KR102652911B1 - Thermo electric device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 열전소자, 상기 열전소자와 전기적으로 연결된 연결 전극부, 상기 연결 전극부 상에 배치된 복수의 접합층, 그리고 상기 복수의 접합층 상에 배치된 커넥터부를 포함하고, 상기 복수의 접합층은 상기 커넥터부의 저면의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치된다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a thermoelectric element, a connection electrode electrically connected to the thermoelectric element, a plurality of bonding layers disposed on the connection electrode, and It includes a connector portion disposed on the plurality of bonding layers, and the plurality of bonding layers are arranged to be spaced apart from each other along a circumference of a bottom surface of the connector portion.
Description
본 발명은 열전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자에 연결되는 커넥터의 접합 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device, and more specifically, to a joint structure of a connector connected to a thermoelectric element.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, and means direct energy conversion between heat and electricity.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. Thermoelectric elements are a general term for devices that use thermoelectric phenomena, and have a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are joined between metal electrodes to form a PN junction pair.
열전소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.Thermoelectric devices can be divided into devices that use temperature changes in electrical resistance, devices that use the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated due to a temperature difference, and devices that use the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption or heat generation occurs due to current. .
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are widely applied to home appliances, electronic components, and communication components. For example, thermoelectric elements can be applied to cooling devices, heating devices, power generation devices, etc. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 복수의 열전 레그가 배치되고, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전 레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다.The thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg, with a plurality of thermoelectric legs disposed between an upper substrate and a lower substrate, a plurality of upper electrodes disposed between a plurality of thermoelectric legs and an upper substrate, a plurality of thermoelectric legs, and and a plurality of lower electrodes are disposed between the lower substrate.
이때, 열전소자에는 전선이 연결되며, 이를 위하여, 전선은 열전소자와 전선을 연결하기 위한 연결전극 상에 배치된 커넥터에 연결될 수 있다. 한편, 전극 및 열전 레그는 솔더링에 의하여 접합될 수 있으며, 이와 마찬가지로 연결전극 및 커넥터도 솔더링에 의하여 접합될 수 있다. At this time, a wire is connected to the thermoelectric element, and for this purpose, the wire may be connected to a connector disposed on the connection electrode for connecting the thermoelectric element and the wire. Meanwhile, the electrode and thermoelectric leg can be joined by soldering, and similarly, the connecting electrode and connector can also be joined by soldering.
일반적으로, 열전소자의 제작 공정 상 열전 레그 및 커넥터의 실장이 동시에 행해지는 것이 바람직하지만, 전극과 열전 레그 사이에서 요구되는 솔더의 인쇄 두께와 연결전극과 커넥터 사이에서 요구되는 솔더의 인쇄 두께가 상이하다. In general, during the manufacturing process of a thermoelectric element, it is preferable that the thermoelectric leg and connector are mounted simultaneously, but the solder printing thickness required between the electrode and the thermoelectric leg is different from the solder printing thickness required between the connection electrode and the connector. do.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자에 연결되는 커넥터의 접합 구조를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a joining structure for a connector connected to a thermoelectric element.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 열전소자, 상기 열전소자와 전기적으로 연결된 연결 전극부, 상기 연결 전극부 상에 배치된 복수의 접합층, 그리고 상기 복수의 접합층 상에 배치된 커넥터부를 포함하고, 상기 복수의 접합층은 상기 커넥터부의 저면의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치된다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a thermoelectric element, a connection electrode electrically connected to the thermoelectric element, a plurality of bonding layers disposed on the connection electrode, and It includes a connector portion disposed on the plurality of bonding layers, and the plurality of bonding layers are arranged to be spaced apart from each other along a circumference of a bottom surface of the connector portion.
상기 연결 전극부는 제1 연결 전극 및 상기 제1 연결 전극과 이격된 제2 연결 전극을 포함하고, 상기 제1 연결 전극은 제1-1 연결 전극 영역 및 제1-2 연결 전극 영역으로 분기되고, 상기 제2 연결 전극은 제2-1 연결 전극 영역 및 제2-2 연결 전극 영역으로 분기되며, 상기 제1-1 연결 전극 영역, 상기 제1-2 연결 전극 영역, 상기 제2-1 연결 전극 영역 및 상기 제2-2 연결 전극 영역 각각에는 상기 복수의 접합층이 배치될 수 있다.The connection electrode portion includes a first connection electrode and a second connection electrode spaced apart from the first connection electrode, and the first connection electrode branches into a 1-1 connection electrode area and a 1-2 connection electrode area, The second connection electrode is branched into a 2-1 connection electrode area and a 2-2 connection electrode area, and the 1-1 connection electrode area, the 1-2 connection electrode area, and the 2-1 connection electrode The plurality of bonding layers may be disposed in each region and the 2-2 connection electrode region.
상기 커넥터부는 복수의 커넥터를 포함하고, 상기 제1-1 연결 전극 영역, 상기 제1-2 연결 전극 영역, 상기 제2-1 연결 전극 영역 및 상기 제2-2 연결 전극 영역 각각에는 각 커넥터가 배치될 수 있다.The connector unit includes a plurality of connectors, and each connector is provided in each of the 1-1 connection electrode region, the 1-2 connection electrode region, the 2-1 connection electrode region, and the 2-2 connection electrode region. can be placed.
상기 복수의 접합층과 상기 열전소자의 외곽 간 제1 방향의 최단거리는 상기 복수의 접합층과 상기 열전소자의 외곽 간 제2 방향의 최단거리보다 짧고, 상기 제1 방향은 상기 열전소자에 상기 연결 전극부가 연결되는 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직하는 방향일 수 있다.The shortest distance in the first direction between the plurality of bonding layers and the exterior of the thermoelectric element is shorter than the shortest distance in the second direction between the plurality of bonding layers and the exterior of the thermoelectric element, and the first direction is connected to the thermoelectric element. This is the direction in which the electrode units are connected, and the second direction may be perpendicular to the first direction.
상기 커넥터부의 저면 중 일부는 오목한 형상을 가지는 영역을 포함하고, 상기 복수의 접합층 중 하나의 접합층은 상기 오목한 형상을 가지는 영역에 대응하도록 배치될 수 있다. A portion of the bottom of the connector portion may include a concave-shaped region, and one bonding layer among the plurality of bonding layers may be disposed to correspond to the concave-shaped region.
상기 오목한 형상은 상기 하나의 접합층의 내측면과 외측면 사이에 배치될 수 있다.The concave shape may be disposed between the inner and outer surfaces of the one bonding layer.
상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 외측면은 상기 커넥터부의 저면의 외측에 배치될 수 있다. The outer surface of at least one of the plurality of bonding layers may be disposed outside the bottom surface of the connector portion.
상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 내측면과 상기 커넥터부의 저면의 외측 간 거리는 상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 외측면과 상기 커넥터부의 저면의 외측 간 거리보다 클 수 있다.The distance between the inner surface of at least one of the plurality of bonding layers and the outer side of the bottom surface of the connector portion may be greater than the distance between the outer side of at least one of the plurality of bonding layers and the outer side of the bottom surface of the connector portion.
상기 커넥터부에 연결되는 전선부를 더 포함하고, 상기 커넥터부는 상기 전선부가 고정되는 제1 전선 고정 부재 및 상기 제1 전선 고정 부재를 수용하는 프레임을 포함하며, 상기 제1 전선 고정 부재는 상기 전선부의 착탈 시 상기 프레임의 제1 벽면 및 상기 제1 벽면에 대향하는 상기 프레임의 제2 벽면 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 이동하고, 상기 복수의 접합층은 상기 제1 벽면으로부터 연장된 제1 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제1 접합층, 그리고 상기 제2 벽면으로부터 연장되고 상기 제1 바닥면과 이격된 제2 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제2 접합층을 포함할 수 있다.It further includes a wire part connected to the connector part, wherein the connector part includes a first wire fixing member to which the wire part is fixed and a frame for accommodating the first wire fixing member, and the first wire fixing member is of the wire part. When attached or detached, the frame moves in a direction toward at least one of a first wall surface of the frame and a second wall surface of the frame opposite the first wall surface, and the plurality of bonding layers include a first bottom surface extending from the first wall surface and It may include a first bonding layer disposed between the connection electrode portions, and a second bonding layer disposed between the connection electrode portion and a second bottom surface extending from the second wall surface and spaced apart from the first bottom surface. there is.
상기 연결 전극부 및 상기 제1 전선 고정 부재 사이는 서로 이격된 상기 제1 접합층 및 상기 제2 접합층 사이에서 이격되도록 배치될 수 있다. The connection electrode portion and the first wire fixing member may be arranged to be spaced apart from the first bonding layer and the second bonding layer that are spaced apart from each other.
상기 복수의 접합층은 상기 프레임의 전선 진입구로부터 연장된 제3 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제3 접합층 및 상기 전선 진입구에 대향하는 제3 벽면으로부터 연장되고 상기 제3 바닥면과 이격된 제4 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제4 접합층을 더 포함할 수 있다. The plurality of bonding layers extend from a third wall surface facing the wire entry hole and a third bonding layer disposed between the third bottom surface extending from the wire entry hole of the frame and the connection electrode portion, and the third bottom surface and It may further include a fourth bonding layer disposed between the fourth spaced apart bottom surface and the connection electrode portion.
상기 커넥터부는 상기 제3 바닥면으로부터 연장된 제2 전선 고정 부재를 더 포함하고, 상기 연결 전극부 및 상기 제2 전선 고정 부재는 서로 이격된 상기 제3 접합층 및 상기 제4 접합층 사이에서 이격되도록 배치될 수 있다.The connector portion further includes a second wire fixing member extending from the third bottom surface, and the connection electrode portion and the second wire fixing member are spaced apart from each other between the third bonding layer and the fourth bonding layer. It can be arranged as much as possible.
상기 복수의 접합층의 총 면적은 상기 제1 바닥면, 상기 제2 바닥면, 상기 제3 바닥면 및 상기 제4 바닥면의 총 면적의 80 내지 120%일 수 있다. The total area of the plurality of bonding layers may be 80 to 120% of the total area of the first bottom surface, the second bottom surface, the third bottom surface, and the fourth bottom surface.
상기 복수의 접합층의 두께는 0.08 내지 0.1mm일 수 있다.The thickness of the plurality of bonding layers may be 0.08 to 0.1 mm.
상기 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 절연층 그리고 상기 제2 절연층 상에 배치된 제2 기판을 포함하고, 상기 연결 전극부는 상기 제1 기판 상에서 상기 복수의 제1 전극의 측면에 배치되며, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 사이에 접합층이 더 배치될 수 있다.The thermoelectric element includes a first substrate, a first insulating layer disposed on the first substrate, a plurality of first electrodes disposed on the first insulating layer, and a plurality of P-type disposed on the plurality of first electrodes. A thermoelectric leg and a plurality of N-type thermoelectric legs, a plurality of second electrodes disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs, a second insulating layer disposed on the plurality of second electrodes, and It includes a second substrate disposed on a second insulating layer, wherein the connection electrode portion is disposed on a side of the plurality of first electrodes on the first substrate, and includes the plurality of first electrodes and the plurality of P-type thermoelectric legs. And a bonding layer may be further disposed between the plurality of N-type thermoelectric legs.
상기 연결 전극부와 상기 커넥터부 사이에 배치된 상기 복수의 접합층의 두께와 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치된 상기 접합층의 두께는 각각 0.8 내지 0.1mm일 수 있다.A thickness of the plurality of bonding layers disposed between the connection electrode portion and the connector portion and a thickness of the bonding layer disposed between the plurality of first electrodes and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs. may be 0.8 to 0.1 mm, respectively.
상기 복수의 접합층은 솔더층일 수 있다.The plurality of bonding layers may be solder layers.
본 발명의 실시예에 따르면, 성능이 우수하고, 신뢰성이 높은 열전소자를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극과 열전 레그 사이에서 요구되는 솔더의 인쇄 두께와 연결전극과 커넥터 사이에서 요구되는 솔더의 인쇄 두께를 모두 만족시킬 수 있는 커넥터의 접합 구조를 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric element with excellent performance and high reliability can be obtained. In particular, according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain a connector joint structure that can satisfy both the solder print thickness required between the electrode and the thermoelectric leg and the solder print thickness required between the connection electrode and the connector.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 소형으로 구현되는 애플리케이션뿐만 아니라 차량, 선박, 제철소, 소각로 등과 같이 대형으로 구현되는 애플리케이션에서도 적용될 수 있다. The thermoelectric element according to the embodiment of the present invention can be applied not only in small-scale applications but also in large-scale applications such as vehicles, ships, steel mills, incinerators, etc.
도 1은 열전소자의 단면도이다.
도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 3은 실링부재를 포함하는 열전소자의 사시도이다.
도 4는 실링부재를 포함하는 열전소자의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자에 포함되는 기판 및 전극의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자 상에 히트싱크가 배치된 열전모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 연결 전극부 상에 배치된 커넥터 및 커넥터에 연결된 전선의 사시도이다.
도 8은 발명의 한 실시예에 따른 커넥터의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 커넥터에 전선이 연결된 상태의 배면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 연결 전극 상에 배치되는 접합층의 패턴의 한 예이다. 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element.
Figure 2 is a perspective view of a thermoelectric element.
Figure 3 is a perspective view of a thermoelectric element including a sealing member.
Figure 4 is an exploded perspective view of a thermoelectric element including a sealing member.
Figure 5 is a top view of a substrate and electrode included in a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a perspective view of a thermoelectric module in which a heat sink is disposed on a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a perspective view of a connector disposed on a connection electrode portion and a wire connected to the connector according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a top view of a connector according to one embodiment of the invention.
Figure 9 is a rear perspective view of a wire connected to a connector according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is an example of a pattern of a bonding layer disposed on a connection electrode according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in various different forms, and as long as it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components may be optionally used between the embodiments. It can be used by combining and replacing.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It can be interpreted as meaning, and the meaning of commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted by considering the contextual meaning of the related technology.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Additionally, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular may also include the plural unless specifically stated in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and B and C", it is combined with A, B, and C. It can contain one or more of all possible combinations.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.Additionally, when describing the components of an embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, sequence, or order of the component.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to that other component, but also is connected to that component. It can also include cases where other components are 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between them.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Additionally, when described as being formed or disposed "above" or "below" each component, "above" or "below" refers not only to cases where two components are in direct contact with each other, but also to one This also includes cases where another component described above is formed or placed between two components. In addition, when expressed as "top (above) or bottom (bottom)", it may include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다. 도 3은 실링부재를 포함하는 열전소자의 사시도이고, 도 4는 실링부재를 포함하는 열전소자의 분해사시도이다.Figure 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element, and Figure 2 is a perspective view of the thermoelectric element. Figure 3 is a perspective view of a thermoelectric element including a sealing member, and Figure 4 is an exploded perspective view of a thermoelectric element including a sealing member.
도 1 내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.Referring to Figures 1 and 2, the
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. The
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부전극(120) 및 상부전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.For example, when voltage is applied to the
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다.Here, the P-type
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다. At this time, the pair of P-type
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. At this time, the P-type
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다. 각 구조물은 개구 패턴을 가지는 전도성층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 구조물 간의 접착력을 높이고, 열전도도를 낮추며, 전기전도도를 높일 수 있다. Alternatively, the P-type
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 하나의 열전 레그 내에서 단면적이 상이하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 열전 레그 내에서 전극을 향하도록 배치되는 양 단부의 단면적이 양 단부 사이의 단면적보다 크게 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 양 단부 간의 온도차를 크게 형성할 수 있으므로, 열전효율이 높아질 수 있다. Alternatively, the P-type
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention can be expressed as a thermoelectric figure of merit (ZT). The thermoelectric performance index (ZT) can be expressed as
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α 2 σ is the power factor (Power Factor, [W/mK 2 ]). And, T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·cp·ρ, where a is the thermal diffusivity [cm 2 /S], cp is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm 3 ].
열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다. To obtain the thermoelectric performance index of a thermoelectric element, the Z value (V/K) is measured using a Z meter, and the thermoelectric performance index (ZT) can be calculated using the measured Z value.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.Here, the
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 이종 소재로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 내전압 성능이 더 요구되는 기판은 알루미늄 기판으로 이루어지고, 열전도 성능이 더 요구되는 기판은 구리 기판으로 이루어질 수도 있다.Additionally, the
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있으며, 후술할 제1 절연층(220) 과 대응될 수 있다. 또한, 각 절연층은 복수의 층으로 형성될 수 있다. In addition, when the
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 바람직하게는, 하부기판(110)의 체적, 두께 또는 면적은 상부기판(160)의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나 보다 더 크게 형성될 수 있다. 이때, 하부기판(110)은 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되는 경우, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되는 경우 또는 후술할 열전모듈의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 하부기판(110) 상에 배치되는 경우에 상부기판(160) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 하부기판(110)의 면적은 상부기판(160)의 면적대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 하부기판(110)의 면적이 상부기판(160)에 비해 1.2배 미만으로 형성되는 경우, 열전달 효율 향상에 미치는 영향은 높지 않으며, 5배를 초과하는 경우에는 오히려 열전달 효율이 현저하게 떨어지며, 열전모듈의 기본 형상을 유지하기 어려울 수 있다. At this time, the
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. 열전소자(100)는 하부기판(110), 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부전극(150) 및 상부기판(160)을 포함한다.Additionally, a heat dissipation pattern, for example, a concave-convex pattern, may be formed on the surface of at least one of the
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에는 실링부재(190)가 더 배치될 수도 있다. 실링부재는 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에서 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다. 여기서, 실링부재(190)는, 복수의 하부전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽 및 복수의 상부전극(150)의 최외곽의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 실링 케이스(192), 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이에 배치되는 실링재(194) 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이에 배치되는 실링재(196)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 실링 케이스(192)는 실링재(194, 196)를 매개로 하여 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 실링 케이스(192)가 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 직접 접촉할 경우 실링 케이스(192)를 통해 열전도가 일어나게 되고, 결과적으로 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 간의 온도 차가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. 여기서, 실링재(194, 196)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 실링재(194, 194)는 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 기밀하는 역할을 하며, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다. 여기서, 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이를 실링하는 실링재(194)는 하부 기판(110)의 상면에 배치되고, 실링케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 실링하는 실링재(196)는 상부기판(160)의 측면에 배치될 수 있다. 이를 위하여, 하부 기판(110)의 면적은 상부 기판(160)의 면적보다 클 수 있다. 한편, 실링 케이스(192)에는 전극에 연결된 리드선(180, 182)를 인출하기 위한 가이드 홈(G)이 형성될 수 있다. 이를 위하여, 실링 케이스(192)는 플라스틱 등으로 이루어진 사출 성형물일 수 있으며, 실링 커버와 혼용될 수 있다. 다만, 실링부재에 관한 이상의 설명은 예시에 지나지 않으며, 실링부재는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도시되지 않았으나, 실링부재를 둘러싸도록 단열재가 더 포함될 수도 있다. 또는 실링부재는 단열 성분을 포함할 수도 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, a sealing
이상에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 이해의 용이 및 설명의 편의를 위하여 임의로 상부 및 하부로 지칭한 것일 뿐이며, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 상부에 배치되고, 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이 하부에 배치되도록 위치가 역전될 수도 있다.In the above, the terms
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자에 포함되는 기판 및 전극의 상면도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자 상에 히트싱크가 배치된 열전모듈의 사시도이다. Figure 5 is a top view of a substrate and electrodes included in a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a perspective view of a thermoelectric module with a heat sink disposed on the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전모듈(1000)은 열전소자(100) 및 열전소자(100) 상에 배치된 히트싱크(200)를 포함한다. 열전소자(100)와 관련하여 도 1 내지 4에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.Referring to Figures 5 and 6, the
이하, 제1 기판(110) 상에 연결 전극부(400)가 배치되는 것을 중심으로 설명한다. Hereinafter, the description will focus on the arrangement of the
전술한 바와 같이, 제1 기판(110) 상에 제1 절연층(170)이 배치되고, 제1 절연층(170) 상에 복수의 제1 전극(120)이 배치된다. As described above, the first insulating
이때, 복수의 제1 전극(120)은 복수의 전극 외곽을 형성하도록 배치될 수 있으며, 제1 기판(110)은 복수의 전극 외곽에 대응하는 복수의 기판 외곽을 가질 수 있다. 여기서, 전극 외곽은 복수의 제1 전극(120)의 가장자리를 의미할 수 있고, 기판 외곽은 제1 기판(110)의 가장자리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전극(120)이 사각 형상으로 배치되는 경우, 복수의 제1 전극(120)은 제1 내지 제4 전극 외곽(E1~E4)을 가질 수 있고, 제1 기판(110)은 제1 내지 제4 전극 외곽(E1~E4)에 각각 대응하는 제1 내지 제4 기판 외곽(S1~S4)을 가질 수 있다.At this time, the plurality of
본 발명의 실시예에 따르면, 연결 전극부(400)는 극성이 서로 상이한 제1 연결 전극(410) 및 제2 연결 전극(420)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 전극(410)에 (-) 단자가 연결되는 경우, 제2 연결 전극(420)에 (+) 단자가 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결 전극부(400)의 제1 연결 전극(410)은 열전소자(100)와 (-) 단자를 연결하고, 제2 연결 전극(420)은 열전소자(100)와 (+) 단자를 연결할 수 있다. 이에 따라, 연결 전극부(400)의 위치는 열전소자(200)의 절연저항에 영향을 미칠 수 있다. 절연저항은 소정의 전압을 가했을 때 절연체가 나타내는 전기저항을 의미하며, 열전소자(100)는 소정의 절연저항을 만족하여야 한다. 예를 들어, 열전소자(100)는 500V의 dc 전압을 가해주었을 때 500MΩ이상의 절연저항을 가지는 요건이 만족되어야 한다. According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 실시예에 따르면, 연결 전극부(400)가 제1 전극 외곽(E1)에 연결되는 경우, 제1 전극 외곽(E1) 및 제1 기판 외곽(S1) 간의 거리(d1)는 제2 내지 제4 전극 외곽(E2~E4) 및 제2 내지 제4 기판 외곽(S2~S4) 간의 거리(d2~d4)보다 길 수 있다. 이때, 연결 전극부(400)는 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 사이에서 제1 절연층(170), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전소자(130) 및 복수의 N형 열전소자(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 절연층(170)을 둘러싸도록 배치된 실링부재(미도시)의 외부에 인출될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the
여기서, 연결 전극부(400)와 제1 기판 외곽(S1) 간의 최단거리(A1, A2)는 12mm 이상, 바람직하게는 14mm 이상, 더욱 바람직하게는 16mm이상일 수 있다. Here, the shortest distance (A1, A2) between the
그리고, 제1 기판 외곽(S1)에 연결되는 제2 기판 외곽(S2)와 제1 연결 전극(410) 간의 최단거리(B1) 및 제1 기판 외곽(S1)에 연결되는 제3 기판 외곽(S3)과 제2 연결 전극(420) 간의 최단거리(B2)는 각각 12mm 이상, 바람직하게는 14mm 이상, 더욱 바람직하게는 16mm 이상일 수 있다. And, the shortest distance (B1) between the second substrate outer edge (S2) connected to the first substrate outer edge (S1) and the
또는, 제1 기판 외곽(S1)과 제2 기판 외곽(S2)이 만나는 지점, 즉 제1 기판 외곽(S1)과 제2 기판 외곽(S2) 사이의 꼭지점으로부터 제1 연결 전극(410)까지의 최단거리(F1) 및 제1 기판 외곽(S1)과 제3 기판 외곽(S3)이 만나는 지점, 즉 제1 기판 외곽(S1)과 제3 기판 외곽(S3) 사이의 꼭지점으로부터 제2 연결 전극(420)까지의 최단거리(F2)는 각각 16mm 이상, 바람직하게는 19mm 이상, 더욱 바람직하게는 21mm 이상일 수 있다.Or, from the point where the first substrate outer edge (S1) and the second substrate outer edge (S2) meet, that is, the vertex between the first substrate outer edge (S1) and the second substrate outer edge (S2) to the
이와 같이, 기판 외곽과 연결 전극부(400) 간의 거리를 조절하면, 500V의 dc 전압 하에서 절연저항이 500MΩ 이상인 열전소자를 얻을 수 있다.In this way, by adjusting the distance between the outer substrate and the
이때, 제1 연결 전극(410) 및 제2 연결 전극(420) 각각에는 전선이 착탈방식으로 끼워지는 커넥터가 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전극 연결부(400), 제1 연결 전극(410) 및 제2 연결 전극(420) 각각은 실링부재의 외부에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 와이어 연결이 간편하며, 전극과 와이어 간 단선 가능성을 최소화할 수 있다. 이때, 각 연결 전극 상에는 2개의 커넥터가 배치될 수도 있으며, 각 연결 전극 상에 배치되는 2개의 커넥터에 연결되는 전선의 극성은 서로 상이하거나, 동일할 수 있다. At this time, a connector into which a wire is removably inserted may be disposed on each of the
이를 위하여, 도시된 바와 같이, 각 연결 전극은 분기된 복수의 연결 전극 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 전극(410)은 제1-1 연결 전극 영역(412) 및 제1-2 연결 전극 영역(414)으로 분기될 수 있고, 제2 연결 전극(420)은 제2-1 연결 전극 영역(422) 및 제2-2 연결 전극 영역(424)으로 분기될 수 있으며, 각 연결 전극 영역에는 커넥터가 배치될 수 있다. To this end, as shown, each connection electrode may include a plurality of branched connection electrode regions. For example, the
본 발명의 실시예에 따르면 연결 전극부 상에 커넥터가 배치될 수 있으며, 커넥터에 전선이 착탈 방식으로 연결될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a connector may be placed on the connection electrode portion, and an electric wire may be connected to the connector in a detachable manner.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 연결 전극부 상에 배치된 커넥터 및 커넥터에 연결된 전선의 사시도이고, 도 8은 발명의 한 실시예에 따른 커넥터의 상면도이며, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 커넥터에 전선이 연결된 상태의 배면 사시도이다. Figure 7 is a perspective view of a connector disposed on a connection electrode portion and a wire connected to the connector according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is a top view of a connector according to an embodiment of the invention, and Figure 9 is a diagram of the connector of the present invention. This is a rear perspective view of a wire connected to a connector according to one embodiment.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 연결 전극(400) 상에 커넥터(500)가 배치되며, 커넥터(500)에 전선(600)이 연결된다. 이때, 커넥터(500)는 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 열전소자(100)는 연결 전극(400) 및 커넥터(500)를 통하여 전선(600)까지 전기적으로 연결될 수 있다. 7 to 9, a
이때, 커넥터(500)는 전선(600)이 고정되는 제1 전선 고정 부재(510) 및 제1 전선 고정 부재(510)를 수용하는 프레임(520)을 포함할 수 있다. 여기서, 프레임(520)은 연결 전극(400)을 향하여 오픈된 형상을 가질 수 있다. 즉, 프레임(520)은 연결 전극(400)를 향하여 배치되는 제1 바닥면(5201)을 포함하는 제1 벽면(5211) 및 연결 전극부(400)를 향하여 배치되는 제2 바닥면(5202)을 포함하는 제2 벽면(5212)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전선 고정 부재(510)는 연결 전극부(400)와 닿지 않도록 소정 거리 이격되어 배치되며, 전선(600)의 착탈 시 프레임(520)의 제1 벽면(5201) 및 제1 벽면(5201)에 대향하는 제2 벽면(5202) 중 적어도 하나를 향하는 방향(X1, X2)으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제1 전선 고정 부재(510)는 전선(600)을 횡 방향으로 가압할 수 있다. 여기서, 횡 방향이라 함은 연결 전극(400)이 배치된 방향과 수평한 방향을 의미할 수 있다.At this time, the
그리고, 프레임(520)은 전선 진입구(In)로부터 연장된 제3 바닥면(5203) 및 전선 진입구(In)에 대향하는 제3 벽면(5213)으로부터 연장되고 제3 바닥면(5203)과 이격된 제4 바닥면(5204)을 더 포함할 수 있다. 이때, 커넥터(500)는 제3 바닥면(5203)으로부터 연장된 제2 전선 고정 부재(530)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 전선 고정 부재(530)는 연결 전극(400)으로부터 소정 거리로 이격되며, 연결 전극(400)를 향하는 방향의 반대 방향을 향하여 경사지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 전선 고정 부재(530)는 전선(600)을 종 방향으로 가압할 수 있다. 여기서, 종 방향이라 함은 연결 전극(400)이 배치된 방향과 수직하는 방향을 의미할 수 있다.And, the
이와 같이, 프레임(520)은 제1 바닥면(5201) 내지 제4 바닥면(5204)을 제외하고 연결 전극부(400)로부터 소정 거리로 이격되어 오픈된 형상일 수 있다. 이에 따르면, 프레임(520) 내부에서 제1 전선 고정 부재(510) 및 제2 전선 고정 부재(530)의 이동에 따라 전선(600)이 용이하게 삽입되고, 삽입된 전선(600)이 높은 인장강도, 예를 들어 2kgf 이상의 인장강도를 가지도록 고정될 수 있다. 뿐만 아니라, 전도성 물질로 이루어진 커넥터(500)에 대하여 허용전압 및 허용전류, 예를 들어 DC 20V 및 1.5mA의 기준을 만족시킬 수 있다. In this way, the
한편, 전술한 바와 같이, 열전소자(100)를 이루는 복수의 제1 전극(120) 및 연결 전극(400)은 동일 평면 상, 즉 제1 절연층(170) 상에 배치된다. 복수의 제1 전극(120) 상에는 복수의 열전 레그가 실장되고, 연결 전극(400) 상에는 커넥터(500)가 실장된다. 이때, 복수의 제1 전극(120)과 복수의 열전 레그 사이 및 연결 전극(400)과 커넥터(500) 사이는 솔더에 의하여 접합될 수 있다. 제작 공정 상 복수의 제1 전극(120) 상에 복수의 열전 레그를 실장하는 공정과 연결 전극(400) 상에 커넥터(500)를 실장하는 공정은 동시에 진행될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 전극(120) 및 연결 전극(400) 상에 솔더가 동시에 인쇄될 수 있다. 이하, 접합층은 복수의 제1 전극(120) 및 복수의 열전 레그와 연결 전극(400) 및 커넥터(500)를 접합하는 층으로, 예를 들어 솔더링을 위하여 도포 또는 인쇄된 솔더층일 수 있다. Meanwhile, as described above, the plurality of
한편, 복수의 제1 전극(120)과 복수의 열전 레그 간 접합을 위하여 접합층의 수축 후 두께는 0.08 내지 0.1mm의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 복수의 제1 전극(120) 상에 접합층은 0.145 내지 0.2mm의 범위로 인쇄되는 것이 바람직하다. Meanwhile, for bonding between the plurality of
그러나, 연결 전극(400)의 전체 면적 상에 접합층이 0.145 내지 0.2mm의 범위로 인쇄될 경우, 커넥터(500)의 제1 바닥면(5201) 내지 제4 바닥면(5204) 사이의 내부 영역으로 접합층이 올라와 굳을 수 있다. 이러한 경우, 제1 전선 고정 부재(510) 및 제2 전선 고정 부재(530)의 움직임에 제약이 가해질 수 있으며, 결과적으로 전선(600)의 삽입이 어려워지거나, 삽입된 전선(600)을 고정하는 힘이 약해질 수 있다.However, when the bonding layer is printed in the range of 0.145 to 0.2 mm on the entire area of the connecting
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 연결 전극부 상의 접합층의 패턴을 조절하고자 한다. In order to solve this problem, an embodiment of the present invention seeks to adjust the pattern of the bonding layer on the connection electrode portion.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 연결 전극 상에 배치되는 접합층의 패턴의 한 예이다. Figure 10 is an example of a pattern of a bonding layer disposed on a connection electrode according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 접합층(700)은 연결 전극부(400)의 일부 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 접합층(700)은 연결 전극(400) 상에서 서로 분리된 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)을 가질 수 있다. 이와 같이, 접합층(700)이 연결 전극부(400)의 전면이 아닌 일부 상에 배치되는 경우, 연결 전극(400) 및 커넥터(500)는 접합층(700)에 의하여 접합될 수 있으며, 복수의 제1 전극(120)과 동일한 두께로 인쇄되더라도 커넥터(500)의 내부 영역으로 접합층(700)이 올라오는 문제를 방지할 수 있다. Referring to FIG. 10 , the
이때, 접합층(700)은 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)을 포함할 수 있으며, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)은 연결 전극(400) 상에서 커넥터(500)의 저면의 둘레를 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. At this time, the
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 연결 전극부(400)가 제1 연결 전극(410) 및 제2 연결 전극(420)을 포함하고, 제1 연결 전극(410)이 제1-1 연결 전극 영역(412) 및 제1-2 연결 전극 영역(414)으로 분기되며, 제2 연결 전극(420)이 제2-1 연결 전극 영역(422) 및 제2-2 연결 전극 영역(424)으로 분기되는 경우, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)은 각 연결 전극 영역(412, 414, 422, 424)에 배치될 수 있으며, 각 연결 전극 영역(412, 414, 422, 424)에 커넥터(500)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 연결 전극부(400)의 연결 방향, 즉 제1 기판(110)의 외곽(S1)을 향하는 방향을 제1 방향이라 하고, 제1 방향에 수직하는 방향, 즉 제1 기판(110)의 외곽(S2)을 향하는 방향을 제2 방향이라 할 때, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)과 제1 기판(110)의 외곽(S1) 간 제1 방향의 최단거리(a1)는 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)과 제1 기판(110)의 외곽(S2) 간 제2 방향의 최단거리(b1)보다 짧을 수 있다. 이에 따르면, 전선(600)을 커넥터(500)에 연결하기 용이하고, 열전소자(100)의 절연저항을 개선할 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, the
한편, 전술한 바와 같이, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)은 커넥터(500)의 저면의 둘레를 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 여기서, 커넥터(500)의 저면은 커넥터(500)를 연결 전극(400) 상에 배치할 때, 연결 전극(400)을 향하는 면, 즉 연결 전극(400)과 직접 접촉하거나 또는 접합층(700)을 매개로 연결 전극(400)과 접촉하는 면을 의미할 수 있다. 이때, 커넥터(500)의 저면 중 일부는 오목한 형상을 가지는 영역(C)을 포함할 수 있다. 여기서, 오목한 형상을 가지는 영역(C)은 커넥터(500)의 전선 진입구(In)로부터 연장된 바닥면일 수 있다. 복수의 접합층(710, 720, 730, 740) 중 하나의 접합층(730)은 오목한 형상(C1)을 가지는 영역(C)에 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 오목한 형상은 접합층(730)의 내측면(732)과 외측면(734) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 접합층의 내측면은 커넥터(500) 내부를 향하는 면이고, 접합층의 외측면은 커넥터(500) 외부를 향하는 면을 의미할 수 있다. 이에 따르면, 전선 진입구(In) 근처에서 커넥터(500)가 연결 전극(400)과 안정적으로 접합 및 고정될 수 있다. Meanwhile, as described above, the plurality of
한편, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740) 중 적어도 하나의 외측면은 커넥터(500)의 저면의 외측에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740) 중 적어도 하나의 내측면(712, 722, 732, 742)과 커넥터(500)의 저면의 외측 간 거리(t1)는 복수의 접합층(710, 720, 730, 740) 중 적어도 하나의 외측면(714, 724, 734, 744)과 커넥터(500)의 저면의 외측 간 거리(t2)보다 클 수 있다. 이에 따르면, 커넥터(500)의 저면이 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)을 통하여 연결 전극(400)과 접합될 수 있으므로, 커넥터(500)과 연결 전극(400) 간 접합 강도가 높아질 수 있다. Meanwhile, the outer surface of at least one of the plurality of
보다 구체적으로, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)은 연결 전극(400)을 향하는 프레임(520)의 바닥면의 형상에 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 연결 전극(400)을 향하는 프레임(520)의 바닥면은 제1 바닥면(5201) 내지 제4 바닥면(5204)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접합층(700)은 제1 벽면(5211)으로부터 연장된 제1 바닥면(5201) 및 연결 전극(400) 사이에 배치된 제1 접합층(710) 및 제2 벽면(5212)으로부터 연장되고 제1 바닥면(5201)과 이격된 제2 바닥면(5202) 및 연결 전극(400) 사이에 배치된 제2 접합층(720)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 접합층(710) 및 제2 접합층(720)은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 연결 전극(400) 및 제1 전선 고정 부재(510) 사이에는 제1 접합층(710) 및 제2 접합층(720)이 배치되지 않으며, 전선(600)의 착탈에 따른 제1 전선 고정 부재(510)의 이동이 자유로울 수 있다.More specifically, the plurality of
그리고, 접합층(700)은 프레임(520)의 전선 진입구(In)로부터 연장된 제3 바닥면(5203) 및 연결 전극(400) 사이에 배치된 제3 접합층(730) 및 전선 진입구(In)에 대향하는 제3 벽면(5213)으로부터 연장되고 제3 바닥면(5203)과 이격된 제4 바닥면(5204) 및 연결 전극(400) 사이에 배치된 제4 접합층(740)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제3 접합층(730) 및 제4 접합층(740)은 서로 이격될 수 있다. 이에 따르면, 연결 전극(400) 및 제2 전선 고정 부재(530) 사이에는 제3 접합층(730) 및 제4 접합층(740)이 배치되지 않으며, 전선(600)의 착탈에 따른 제2 전선 고정 부재(530)의 이동이 자유로울 수 있다.In addition, the
이때, 복수의 접합층(710, 720, 730, 740)의 총 면적은 제1 바닥면(5201), 제2 바닥면(5202), 제3 바닥면(5203) 및 제4 바닥면(5204)의 총 면적의 80 내지 120%일 수 있다. 이에 따르면, 단일의 공정 및 동일한 두께로 복수의 제1 전극(120) 및 연결 전극(400) 상에 솔더를 인쇄할 수 있으며, 이에 따라 복수의 제1 전극(120)과 열전 레그 간 접합층의 두께 및 연결 전극(400)과 커넥터(500) 간 접합층의 두께는 모두 0.08 내지 0.1mm의 범위 이내로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 연결 전극(400) 및 커넥터(500) 사이의 접합력이 높으면서도 커넥터(500)의 내부 영역에 접합층(700)이 배치되지 않아 전선(600)의 삽입이 용이하고, 삽입된 전선(600)의 인장 강도가 높게 유지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 연결 전극(400) 및 커넥터(500) 간 접합층(700)이 형성될 경우, 전선(600)을 커넥터(500)에 삽입 시 30N 이하, 바람직하게는 15N 이하, 더욱 바람직하게는 10N 이하의 전선 삽입력이 요구되며, 삽입된 전선(600)이 커넥터(500)로부터 이탈 시 30N 이상, 바람직하게는 40N 이상, 더욱 바람직하게는 50N 이상의 인장강도가 요구됨을 알 수 있다.At this time, the total area of the plurality of
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. The thermoelectric element according to an embodiment of the present invention can be used in a power generation device, a cooling device, a heating device, etc.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can do it.
Claims (17)
상기 열전소자와 전기적으로 연결된 연결 전극부,
상기 연결 전극부 상에 배치된 복수의 접합층, 그리고
상기 복수의 접합층 상에 배치된 커넥터부를 포함하고,
상기 복수의 접합층은 상기 커넥터부의 저면의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 열전장치.thermoelectric element,
A connection electrode portion electrically connected to the thermoelectric element,
A plurality of bonding layers disposed on the connection electrode portion, and
A connector portion disposed on the plurality of bonding layers,
A thermoelectric device wherein the plurality of bonding layers are arranged to be spaced apart from each other along the circumference of the bottom of the connector portion.
상기 연결 전극부는 제1 연결 전극 및 상기 제1 연결 전극과 이격된 제2 연결 전극을 포함하고,
상기 제1 연결 전극은 제1-1 연결 전극 영역 및 제1-2 연결 전극 영역으로 분기되고,
상기 제2 연결 전극은 제2-1 연결 전극 영역 및 제2-2 연결 전극 영역으로 분기되며,
상기 제1-1 연결 전극 영역, 상기 제1-2 연결 전극 영역, 상기 제2-1 연결 전극 영역 및 상기 제2-2 연결 전극 영역 각각에는 상기 복수의 접합층이 배치된 열전장치.According to paragraph 1,
The connection electrode unit includes a first connection electrode and a second connection electrode spaced apart from the first connection electrode,
The first connection electrode is branched into a 1-1 connection electrode area and a 1-2 connection electrode area,
The second connection electrode branches into a 2-1 connection electrode area and a 2-2 connection electrode area,
A thermoelectric device wherein the plurality of bonding layers are disposed in each of the 1-1 connection electrode region, the 1-2 connection electrode region, the 2-1 connection electrode region, and the 2-2 connection electrode region.
상기 커넥터부는 복수의 커넥터를 포함하고,
상기 제1-1 연결 전극 영역, 상기 제1-2 연결 전극 영역, 상기 제2-1 연결 전극 영역 및 상기 제2-2 연결 전극 영역 각각에는 각 커넥터가 배치되는 열전장치.According to paragraph 2,
The connector unit includes a plurality of connectors,
A thermoelectric device wherein each connector is disposed in each of the 1-1 connection electrode region, the 1-2 connection electrode region, the 2-1 connection electrode region, and the 2-2 connection electrode region.
상기 복수의 접합층과 상기 열전소자의 외곽 간 제1 방향의 최단거리는 상기 복수의 접합층과 상기 열전소자의 외곽 간 제2 방향의 최단거리보다 짧고,
상기 제1 방향은 상기 열전소자에 상기 연결 전극부가 연결되는 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직하는 방향인 열전장치. According to paragraph 2,
The shortest distance in the first direction between the plurality of bonding layers and the outer perimeter of the thermoelectric element is shorter than the shortest distance in the second direction between the plurality of bonding layers and the outer perimeter of the thermoelectric element,
The first direction is a direction in which the connection electrode part is connected to the thermoelectric element, and the second direction is a direction perpendicular to the first direction.
상기 커넥터부의 저면 중 일부는 오목한 형상을 가지는 영역을 포함하고, 상기 복수의 접합층 중 하나의 접합층은 상기 오목한 형상을 가지는 영역에 대응하도록 배치되는 열전장치. According to paragraph 1,
A thermoelectric device wherein a portion of the bottom of the connector portion includes a concave-shaped region, and one bonding layer among the plurality of bonding layers is arranged to correspond to the concave-shaped region.
상기 오목한 형상은 상기 하나의 접합층의 내측면과 외측면 사이에 배치되는 열전장치.According to clause 5,
The concave shape is a thermoelectric device disposed between the inner and outer surfaces of the one bonding layer.
상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 외측면은 상기 커넥터부의 저면의 외측에 배치되는 열전장치. According to paragraph 1,
A thermoelectric device wherein an outer surface of at least one of the plurality of bonding layers is disposed outside the bottom surface of the connector portion.
상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 내측면과 상기 커넥터부의 저면의 외측 간 거리는 상기 복수의 접합층 중 적어도 하나의 외측면과 상기 커넥터부의 저면의 외측 간 거리보다 큰 열전장치.In clause 7,
A thermoelectric device wherein the distance between the inner surface of at least one of the plurality of bonding layers and the outer side of the bottom surface of the connector portion is greater than the distance between the outer side of at least one of the plurality of bonding layers and the outer side of the bottom surface of the connector portion.
상기 커넥터부에 연결되는 전선부를 더 포함하고,
상기 커넥터부는 상기 전선부가 고정되는 제1 전선 고정 부재 및 상기 제1 전선 고정 부재를 수용하는 프레임을 포함하며,
상기 제1 전선 고정 부재는 상기 전선부의 착탈 시 상기 프레임의 제1 벽면 및 상기 제1 벽면에 대향하는 상기 프레임의 제2 벽면 중 적어도 하나를 향하는 방향으로 이동하고,
상기 복수의 접합층은 상기 제1 벽면으로부터 연장된 제1 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제1 접합층, 그리고 상기 제2 벽면으로부터 연장되고 상기 제1 바닥면과 이격된 제2 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제2 접합층을 포함하는 열전장치. According to paragraph 1,
Further comprising a wire portion connected to the connector portion,
The connector portion includes a first wire fixing member to which the wire part is fixed and a frame for accommodating the first wire fixing member,
The first wire fixing member moves in a direction toward at least one of a first wall surface of the frame and a second wall surface of the frame opposite the first wall surface when the electric wire part is attached and detached,
The plurality of bonding layers include a first bonding layer disposed between a first bottom surface extending from the first wall surface and the connection electrode portion, and a second bottom extending from the second wall surface and spaced apart from the first bottom surface. A thermoelectric device comprising a second bonding layer disposed between a surface and the connection electrode portion.
상기 연결 전극부 및 상기 제1 전선 고정 부재 사이는 서로 이격된 상기 제1 접합층 및 상기 제2 접합층 사이에서 이격되도록 배치된 열전장치. According to clause 9,
A thermoelectric device arranged to be spaced apart from the first bonding layer and the second bonding layer, which are spaced apart from each other between the connection electrode portion and the first wire fixing member.
상기 복수의 접합층은 상기 프레임의 전선 진입구로부터 연장된 제3 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제3 접합층 및 상기 전선 진입구에 대향하는 제3 벽면으로부터 연장되고 상기 제3 바닥면과 이격된 제4 바닥면과 상기 연결 전극부 사이에 배치된 제4 접합층을 더 포함하는 열전장치. According to clause 9,
The plurality of bonding layers extend from a third wall surface facing the wire entry hole and a third bonding layer disposed between the third bottom surface extending from the wire entry hole of the frame and the connection electrode portion, and the third bottom surface and A thermoelectric device further comprising a fourth bonding layer disposed between the fourth spaced apart bottom surface and the connection electrode portion.
상기 커넥터부는 상기 제3 바닥면으로부터 연장된 제2 전선 고정 부재를 더 포함하고,
상기 연결 전극부 및 상기 제2 전선 고정 부재는 서로 이격된 상기 제3 접합층 및 상기 제4 접합층 사이에서 이격되도록 배치된 열전장치. According to clause 11,
The connector portion further includes a second wire fixing member extending from the third bottom surface,
The connection electrode portion and the second wire fixing member are arranged to be spaced apart from each other between the third bonding layer and the fourth bonding layer.
상기 복수의 접합층의 총 면적은 상기 제1 바닥면, 상기 제2 바닥면, 상기 제3 바닥면 및 상기 제4 바닥면의 총 면적의 80 내지 120%인 열전장치. According to clause 11,
The thermoelectric device wherein the total area of the plurality of bonding layers is 80 to 120% of the total area of the first bottom surface, the second bottom surface, the third bottom surface, and the fourth bottom surface.
상기 복수의 접합층의 두께는 0.08 내지 0.1mm인 열전장치. According to paragraph 1,
A thermoelectric device wherein the plurality of bonding layers have a thickness of 0.08 to 0.1 mm.
상기 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 절연층 그리고 상기 제2 절연층 상에 배치된 제2 기판을 포함하고,
상기 연결 전극부는 상기 제1 기판 상에서 상기 복수의 제1 전극의 측면에 배치되며,
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 사이에 접합층이 더 배치된 열전장치. According to paragraph 1,
The thermoelectric element includes a first substrate, a first insulating layer disposed on the first substrate, a plurality of first electrodes disposed on the first insulating layer, and a plurality of P-type disposed on the plurality of first electrodes. A thermoelectric leg and a plurality of N-type thermoelectric legs, a plurality of second electrodes disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs, a second insulating layer disposed on the plurality of second electrodes, and comprising a second substrate disposed on the second insulating layer,
The connection electrode portion is disposed on the side of the plurality of first electrodes on the first substrate,
A thermoelectric device further comprising a bonding layer disposed between the plurality of first electrodes, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of N-type thermoelectric legs.
상기 연결 전극부와 상기 커넥터부 사이에 배치된 상기 복수의 접합층의 두께와 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치된 상기 접합층의 두께는 각각 0.8 내지 0.1mm인 열전장치. According to clause 15,
A thickness of the plurality of bonding layers disposed between the connection electrode portion and the connector portion and a thickness of the bonding layer disposed between the plurality of first electrodes and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs. are thermoelectric devices each measuring 0.8 to 0.1 mm.
상기 복수의 접합층은 솔더층인 열전장치.According to clause 16,
A thermoelectric device wherein the plurality of bonding layers are solder layers.
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