KR20060095431A - 열교환기 및 열교환기의 제조방법 - Google Patents

열교환기 및 열교환기의 제조방법 Download PDF

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노리오 타카하시
와타루 키요사와
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코마츠 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)와 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 및 흡열측 전극(41, 42) 사이에는 절연층으로서 수지(5, 6)가 개재된다. 수지(5)는 방열측 열교환체(2)에 용착되고, 수지(6)는 방열측 열교환체(3)에 용착되어 있다. 수지(5, 6)의 소재는, 예를 들면 열경화성 플라스틱이다. 열경화성 플라스틱은 가열에 의해 연화되고, 그 후에 경화된다. 열교환체(2, 3)에 대한 수지(5, 6)의 용착의 때에, 열교환체(2, 3)와 수지(5, 6)는 가열 및 가압된다. 그러면 수지(5, 6)는 연화되어 열교환체(2, 3)의 표면에 있는 홈이나 흠집에 들어간다. 홈이나 흠집에 들어간 수지(5, 6)는 연화되어 열교환체(2, 3)의 표면에 있는 홈을 메운다.

Description

열교환기 및 열교환기의 제조방법{HEAT EXCHANGER AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태1에 따른 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 수지의 용착공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태2에 따른 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 기본적인 열교환기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 열교환기의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명은, 방열측 및 흡열측 열교환체 사이에 열전변환소자 모듈을 개재하는 열교환기 및 그 제조방법에 관하여, 특히 열교환기내의 열저항을 작게 함과 아울러, 열교환기 제조시의 수율을 향상시키기 위한 것이다.
반도체 제조장치(예를 들면 에쳐장치)에는 냉매나 약액 등이 이용된다. 냉매나 약액은 온도조정이 필요하고, 온도조정하는 장치로서는 열교환기가 이용된다. 도 5는 기본적인 열교환기의 구조를 나타내는 도면이다.
열교환기(20)는, 방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)와, 이들 방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이에 개재되는 열전변환소자 모듈(4)을 포함한다. 열전변환소자 모듈(4)은, 방열측 전극(41)과, 흡열측 전극(42)과, 각 전극(41, 42) 사이에 개재되는 p형 및 n형 열전변환소자(43, 44)로 구성된다. 각 전극(41, 42)과 p형 및 n형 열전변환소자(43, 44)는, 방열측 전극(41), n형 열전변환소자(44), 흡열측 전극(42), p형 열전변환소자(43), 방열측 전극(41), n형 열전변환소자(44), …의 순서로 직렬로 접속된다.
방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)와 열전변환소자 모듈(4)은 전기적으로 절연되어야 한다. 그 때문에, 방열측 열교환체(2)와 방열측 전극(41) 사이 및 흡열측 열교환체(3)와 흡열측 전극(42) 사이에는 알루마이트 등의 얇은 절연층(21, 22)이 개재된다. 방열측 전극(41)과 절연층(21) 및 흡열측 전극(42)과 절연층(22)은, 그리스(23, 24)나 접착제 등을 개재해서 접착한다.
그런데 일반적으로 그리스나 접착제는 금속 등과 비교해서 열저항이 크다. 이 때문에 열교환기에 그리스 등이 형성되면, 열전도율이 저하하여 열교환의 효과가 저하한다. 특히 열교환기의 방열측에서는 큰 열량이 이동하기 때문에, 방열측에 그리스 등이 형성되면 열교환의 효율이 크게 저하한다. 효율의 저하만큼을 보충하기 위해서는 전류를 크게 할 필요가 있어 소비전력의 상승을 초래한다. 그래서 최근에는 열교환기의 열저항을 작게 하기 위한 기술이 개발되고 있다.
특허 제 3510831호 공보에는, 열교환체와 열전변환소자 모듈의 방열측 전극을 그리스를 개재시키는 일 없이 접착하는 기술이 개시되어 있다. 도 6은 특허 제 3510831호 공보에서 개시된 열교환기의 구조를 나타내는 도면이다.
특허 제 3510831호에 따른 기술에 의하면, 방열측 열교환체(2)의 표면에 용사에 의해 알루미나의 절연피막(25)이 형성되고, 또한 이 절연피막(25)의 표면에 플라즈마 용사 또는 메탈라이즈 가공에 의해 동, 동합금, 니켈 등의 금속피막(27)이 형성된다. 그리고 이 금속피막(27)과 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 전극(41)과 땜납(8)으로 고착된다. 이러한 구조에 의하면 방열측 열교환체(2)와 방열측 전극(41)사이에 그리스 등이 존재하지 않기 때문에, 열저항이 작아진다.
또한 특허 제 3510831호 공보에 따른 기술에서는, 흡열측 열교환체(3)의 표면에도 용사에 의해 알루미나의 절연피막(26)이 형성되어 있다. 그리고 절연피막(26)과 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42)이 그리스(9)를 개재해서 접착한다. 그리스(9)가 형성되어 있는 것은, 열전변환소자 모듈(4)에 대해서 흡열측 열교환체(3)를 슬라이딩 가능하게 하기 위해서이다. 열전변환소자 모듈(4)에 대해서 흡열측 열교환체(3)가 고정되어 있으면, 흡열측 열교환체(3)가 열팽창·수축했을 경우에 열전변환소자 모듈(4)이 손상될 우려가 있다. 열전변환소자 모듈(4)과 흡열측 열교환체(3) 사이에 그리스가 개재되면, 이와 같은 손상은 생기지 않는다.
방열측 및 흡열측 열교환체는 주조나 압출재 등의 금속에 의해 형성된다. 주조나 압출의 때, 방열측 및 흡열측 열교환체에는 홈이 함유된다. 방열측 및 흡열측 열교환체의 표면에 있는 홈은 작은 구멍이 된다. 또한 방열측 및 흡열측 열교환체의 표면에는 홈 이외에도 미세한 흠집 등이 존재할 경우가 있다.
특허 제 3510831호 공보에서 개시된 알루미나의 용사로는 방열측 및 흡열측 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집 등을 메울 수 없다. 따라서 표면에 홈이나 흠집 등이 있는 부분에는 절연피막이 형성되지 않기 때문에, 열교환체와 열전변환소자 모듈의 전극과의 절연이 확보되지 않는다. 이러한 열교환체는 절연시험단계에서 불량품으로 판단되어 폐기된다. 즉 특허 제 3510831호 공보의 기술에는 열교환기 제조시의 수율이 저하한다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 실상을 감안하여 이루어진 것이고, 열교환체와 열전변환소자 모듈 사이의 절연을 확보하여 열교환기 제조시의 수율을 향상시키는 것이다.
제 1 발명은, 방열측 열교환체(2) 및 흡열측 열교환체(3)와, 복수의 방열측 전극(41) 및 흡열측 전극(42)과 복수의 열전변환소자(43, 44)로 구성되고, 상기 방열측 열교환체(2)와 상기 흡열측 열교환체(3) 사이에 개재되는 열전변환소자 모듈(4)과, 상기 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 전극(41)과 상기 방열측 열교환체(2) 사이에 개재되는 방열측 절연층(5)과, 상기 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42)과 상기 흡열측 열교환체(3) 사이에 개재되는 흡열측 절연층(6)을 구비한 열교환기에 있어서, 상기 방열측 절연층(5) 및 상기 흡열측 절연층(6) 중 적어도 한쪽은, 인접하는 열교환체(2, 3)에 용착된 수지(5, 6)인 것을 특징으로 한다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 수지(5, 6)는, 인접하는 열교환체(2, 3)의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메우고 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 열전변환소자 모듈(4)의 전극(41, 42)과 상기 수지(5, 6) 사이에 금속박(7)이 개재되는 것을 특징으로 한다.
제 4 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42)과 상기 흡열측 절연층(6) 사이에 그리스(9)가 개재되는 것을 특징으로 한다.
제 1 ~ 제 4 발명을 도 2를 이용해서 설명한다.
열교환기(1)는, 크게는 방열측 열교환체(2) 및 흡열측 열교환체(3)와, 방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이에 개재되는 열전변환소자 모듈(4)로 구성된다. 열전변환소자 모듈은 복수의 방열측 및 흡열측 전극(41, 42)과 복수의 열전변환소자(43, 44)로 구성된다. 열전변환소자 모듈(4)은 통전하면, 방전측 전극(41)과 흡열측 전극(42) 사이에 온도차가 생겨, 방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이에서 열교환이 행해진다.
방열측 열교환체(2)와 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 전극(41) 사이에는 절연층으로서 수지(5)가 개재된다. 수지(5)는 방열측 열교환체(2)에 용착되어 있다. 또한 흡열측 열교환체(3)와 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42) 사이에는 절연층으로서 수지(6)가 개재된다. 수지(6)는 방열측 열교환체(3)에 용착되어 있다. 수지(5, 6)의 소재는, 예를 들면 열경화성 플라스틱이다. 열경화성 플라스틱은 가열에 의해 연화되고, 그 후에 경화된다. 방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)에 대한 수지(5, 6)가 용착될 때에, 방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)와 수지(5, 6)는 가열 및 가압된다. 그러면 수지(5, 6)는 연화되어 방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)의 표면에 있는 홈이나 흠집에 들어간다. 홈이나 흠집에 들어간 수지(5, 6)는 경화되어, 방열측 및 흡열측 열교환체(2, 3)의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메운다.
수지(5)와 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 전극(41) 사이에는 금속박(7)이 개재된다. 수지(5)는 금속박(7)에도 용착되어 있다. 또한 금속박(7)과 방열측 전극(41)은 납땜에 의해 고착되어 있다. 한편, 수지(6)와 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42) 사이에는 그리스(9)가 개재된다. 그리스(9)에 의해 수지(6)는 흡열측 전극(42)에 대해서 슬라이딩 가능한 상태로 접착되어 있다. 또한 그리스(9)가 아니라 금속박과 땜납으로 흡열측 전극(42)과 수지(6)를 고착시키는 경우도 있다.
제 5 발명은, 2개의 열교환체 사이에 열전변환소자 모듈이 개재되는 열교환기의 제조방법에 있어서, 상기 열교환체와 수지시트를 접촉시키고, 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집에 용융한 상기 수지시트가 들어갈 정도로 열교환체와 수지시트를 가열 및 가압해서, 열교환체와 열전변환소자 모듈을 절연하는 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
제 5 발명은 제 1 발명에 따른 열교환기를 제조하는 방법이다.
본 발명에 의하면, 열교환체와 열전변환소자 모듈의 전극 사이에 절연층(수지)이 형성된다. 수지는 가열에 의해 연화된 후에 경화되어, 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메운다. 이 때문에 열교환체 표면의 흠이나 흡집의 유무에 관계없이, 열전변환소자 모듈의 전극과 열교환체와의 절연을 확보할 수 있다. 따라서 열교환기 제조시의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한 제 4 발명에 따르면, 그리스에 의해 열전변환소자 모듈에 대해서 흡열측 열교환체가 슬라이딩 가능한 상태로 접착한다. 이 때문에 흡열측 열교환체가 팽창, 수축해도 열전변환소자 모듈이 파손되거나, 흡열측 열교환체로부터 열전변환소 자 모듈이 박리된다는 문제를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
또한 이하의 설명에서는 냉각 또는 가열에 관계없이, 열전변환소자 모듈에 의해서 소정 온도로 제어되는 측을 흡열측이라고 부르고, 또한 열전변환소자 모듈의 열교환에 의해서 생긴 열을 방출하는 측을 방열측이라고 부르고 있다. 하기 실시형태에서는 반도체 제조장치(예를 들면 에쳐장치)에서 사용되는 약액의 온도제어를 하는 열교환기를 상정하고 있다.
[실시예1]
[열교환기의 구조]
도 1은 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2는 실시형태1에 따른 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이고, 도 1의 R부를 상세하게 나타내는 도면이다.
열교환기(1)에는, 내부에 냉각수가 흐르는 방열측 열교환체(2)와, 내부에 약액(플로리네이트, 가르덴, 순수, 에틸렌글리콜 등)이 흐르는 흡열측 열교환체(3)가 단층형상으로 번갈아 배치된다. 이들 열교환체(2, 3)는, 블록(2a, 3a)과 플레이트(2b, 3b)로 구성된다. 블록(2a, 3a)의 표면에는 홈이 형성되어 있다. 블록(2a)에 플레이트(2b)가 덮여지면, 블록(2a)의 홈상부가 막혀져서 냉각수용 유로(2c)가 형성된다. 마찬가지로, 블록(3a)에 플레이트(3b)가 덮여지면 블록(3a)의 홈상부가 막혀져서 약액용 유로(3c)가 형성된다. 방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3)는 알루미늄(A6063, AC4C 등), 동, 동합금, 스텐레스동 등과 같은 열전도율이 높은 금 속으로 형성된다.
방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이에는 열전변환소자 모듈(4)이 개재된다. 열전변환소자 모듈(4)은, 방열측 전극(41) 및 흡열측 전극(42)과 p형 및 n형 열전변환소자(43, 44)가 각각 복수 배치되어서 모듈화되어 있다. 방열측 전극(41) 및 흡열측 전극(42)은 열전도율이 높고 저항이 작은 금속, 예를 들면 동(銅)의 플레이트이다. 방열측 전극(41) 및 흡열측 전극(42)의 표면 양단에는 p형 열전변환소자(43) 및 n형 열전변환소자(44)가 각각 땜납으로 접속된다. 방열측 전극(41) 및 흡열측 전극(42)과 p형 열전변환소자(43) 및 n형 열전변환소자(44)는 직렬로 접속된다. 방열측 전극(41)은 방열측에 배치되고, 흡열측 전극(42)은 흡열측에 배치된다.
열전변환소자 모듈(4)에 화살표(L) 방향의 전류가 흐르면, 방열측 전극(41)이 가열되고 흡열측 전극(44)이 냉각된다. 열전변환소자 모듈(4)에 화살표(R) 방향의 전류가 흐르면, 방열측 전극(41)이 냉각되고 흡열측 전극(42)이 가열된다. 이와 같이 열전변환소자 모듈(4)에 통전되면, 방열측 전극(41)과 흡열측 전극(42) 사이에 온도차가 생겨, 방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이에서 열교환이 행해진다.
열전변환 소자 모듈(4)에 의해 흡열측 열교환체(3)로부터 방열측 열교환체(2)에 열을 이동시킬 경우에, 흡열측 열교환체(3)로부터 열전변환소자 모듈(4)로 이동하는 열량을 Qc라고 하고, 열전변환소자 모듈(4)로부터 방열측 열교환체(2)로 이동하는 열량을 Qh라고 하며, 열전변환소자 모듈(4)이 소비하는 전력을 W로 하면, Qh＝Qc＋W라는 관계가 성립된다. 이 관계로부터 Qh＞Qc인 것을 알 수 있다. 따라서 열전변환소자 모듈(4)과 방열측 열교환체(2) 사이의 열저항을 가능한 작게 해서 열교환의 효율을 향상시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 것으로부터 열전변환소자 모듈(4)과 방열측 열교환체(2) 사이에 열저항이 큰 그리스 등을 형성하는 것은 바람직하지 않다.
방열측 열교환체(2)와 열전변환소자 모듈(4)의 방열측 전극(41) 사이에는 수지(5)와 금속박(7)과 땜납(8)이 개재된다. 방열측 열교환체(2)측으로부터 방열측 전극(41)측을 향해서 수지(5), 금속박(7), 땜납(8)의 순서로 적층된다.
수지(5)는 방열측 열교환체(2)의 표면에 용착되어 있다. 수지(5)의 소재는 열경화성 플라스틱이고, 보다 구체적으로는, 포름알데히드 수지(페놀 수지, 아미노 수지 등)나 가교형 수지(불포화 폴리에스테르 수지, 디아릴프탈레이트 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 등)이다. 일반적으로 열경화성 플라스틱은 가열되면 연화되어서 가공가능하게 되지만, 가열이 계속되면 화학반응을 일으켜서 경화된다. 또한 한번 경화되면 가열되어도 다시 연화되는 일은 없다. 본 실시형태에서는 이와 같은 열경화성 플라스틱의 특성을 이용하고 있다. 수지(5)는 용착의 때에 연화되어 방열측 열교환체(2)의 표면에 있는 홈이나 흠집에 들어간 후에 경화된다. 수지(5)의 층의 두께는 방열측 열교환체(2)와 방열측 전극(41)의 절연이 확보되는 정도이면 되고, 예를 들면 0.1㎜정도이면 된다. 수지(5)는 반드시 방열측 열교환체(2)의 표면 전체면에 형성될 필요는 없고, 도 2에서 나타내는 바와 같이 적어도 방열측 전극(41)에 대응하는 위치에 부분적으로 형성되어 있으면 된다. 또 한 수지(5)의 용착방법에 대해서는 후술한다.
수지(5)는 금속박(7)에도 용착되어 있다. 금속박(7)은 동, 동합금, 니켈, 백금 등 열전도율이 높아서 전기저항이 작은 금속이면 된다. 금속박(7)은, 반드시 수지(5)의 전체면에 형성될 필요는 없고, 도 2에서 나타내는 바와 같이 적어도 방열측 전극(41)에 대응하는 위치에 부분적으로 형성되어 있으면 된다. 금속박(7)을 부분적으로 형성할 경우는, 수지(5)에 용착된 금속박을 방열측 전극(41)의 배치 패턴에 맞추어서 에칭하면 된다. 방열측 전극(41)과 금속박(7)은 납땜된다. 이렇게 해서 방열측 전극(41)과 금속박(7) 사이에는 땜납(8)의 층이 형성된다. 금속박(7) 및 땜납(8)에 의해 방열측 전극(41)은 수지(5)에 대해서 고정된다.
흡열측 열교환체(3)와 흡열측 전극(42) 사이에는 수지(6)와 그리스(9)가 개재되고, 흡열측 열교환체(3), 수지(6), 그리스(9), 흡열측 전극(42)의 순으로 적층된다.
수지(6)의 소재나 용착방법 등은, 수지(5)의 경우와 같다. 흡열측 전극(42)과 수지(6)에는 그리스(9)가 개재된다. 일반적으로 그리스는 다른 부재와 비교해서 열전도율이 낮다. 그래서 그리스(9)에 세라믹이나 금속가루나 섬유 등을 혼합하면, 그리스(9) 자체의 열전도율이 높아져서 바람직하다. 열전도율이 낮으면 그리스(9)를 일부러 흡열측에 형성하고 있는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.
방열측 열교환체(2)의 온도는, 냉각수용 유로(2c)를 흐르는 냉각수의 온도인 수도 ~ 30도 정도라는 좁은 범위에서 변화한다. 한편, 흡열측 열교환체(3)의 온도는, －20도 ~ ＋80도라는 넓은 범위에서 변화한다. 이 때문에 방열측 열교환체(2) 는 크기가 대폭 변화하지 않지만, 흡열측 열교환체(3)는 대폭 팽창 또는 수축한다. 방열측 열교환체(2) 및 흡열측 열교환체(3)의 양자에 열전변환소자 모듈(4)이 고정되었을 경우는, 흡열측 열교환체(3)의 팽창이나 수축의 정도에 따라서는 열전변환소자 모듈(4)이 변형되어서 파손되거나, 흡열측 열교환체(3)로부터 열전변환소자 모듈(4)이 박리되거나 한다. 이러한 문제를 피하기 위해서, 흡열측 열교환체(3)와 열전변환소자 모듈(4) 사이에는 그리스(9)가 개재되어 있고, 열전변환소자 모듈(4)의 흡열측 전극(42)에 대해서 수지(6)가 슬라이딩 가능한 상태로 접착되어 있다.
단 흡열측 열교환체(3)의 온도변화범위가 그렇게 크지 않을 경우는, 그리스(9)를 형성하지 않아도 된다. 방열측의 구조와 마찬가지로, 금속박과 땜납으로 흡열측 전극(42)이 수지(6)에 대해서 고정되어도 된다. 흡열측 전극(42)과 흡열측 열교환체(3) 사이에 그리스가 개재되지 않을 경우는, 열저항이 작아지기 때문에 열교환의 효율이 더욱 상승한다.
방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3) 사이이고, 또한 열전변환소자 모듈(4)의 외주의 부분에는, O링(12)을 끼워 장착한 프레임(11)이 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다. 프레임(11)은 열전변환소자 모듈(4)을 외부로부터 차폐하여 열전변환소자 모듈(4)이 결로에 의해 단락되는 것을 방지한다.
방열측 열교환체(2)와 흡열측 열교환체(3)는 단층형상으로 번갈아 배치되고, 그 양측(도 1의 상하)에 방열측 열교환체(2, 2)가 배치된다. 또한 방열측 열교환체(2, 2)의 외측에는 고정판(10, 10)이 배치된다. 고정판(10, 10)은, 네 귀퉁이에 배치되는 체결볼트(13)로 서로 고정된다. 체결볼트(13)가 단단히 조여지면, 방열측 열교환체(2)와 열전변환소자 모듈(4)과 흡열측 열교환체(3)의 밀착성이 향상되기 때문에 열전도율이 높아진다. 따라서 열교환이 효율 좋게 행해진다.
[수지의 용착방법]
다음에 열교환체와 수지의 용착방법에 대해서 설명한다. 여기서는 방열측 열교환체(2)와 수지(5)와 금속박(7)을 용착하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3은 수지의 용착공정을 나타내는 도면이다.
우선 앵커효과를 높이기 위해 방열측 열교환체(2)의 표면을 알루마이트 처리한다(스텝S31). 알루마이트 처리 후, 방열측 열교환체(2)에 시트형상의 수지(5)를 얹고, 또한 수지(5)에 금속박(7)을 얹는다(스텝S32). 이 상태에서는, 수지(5)는 방열측 열교환체(2)와 금속박(7)에 단순히 접착하여 좁혀질 뿐이다. 이런 방열측 열교환체(2)와 수지(5)와 금속박(7)을 로에 넣고, 로내를 진공상태로 해서 승온한다. 로내에서는 방열측 열교환체(2) 및 금속박(7)에 대해서 수지(5)의 방향으로 힘이 가해진다. 이와 같이 방열측 열교환체(2)와 수지(5)와 금속박(7)은 가열 및 가압된다(스텝S33). 온도 및 압력이 적절하면, 수지(5)는 연화되어서 방열측 열교환체(2)의 표면에 있는 홈이나 흠집에 들어간다. 홈이나 흠집에 들어간 수지(5)는 경화되어 열교환체(2)의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메운다. 금속박(7)을 열전변환소자 모듈(2)의 방열측 전극(41)의 배치패턴에 맞출 경우는 금속박(7)을 에칭한다.
또한 흡열측 열교환체(3)와 수지(6)의 용착도 마찬가지로 해서 행해진다. 단 방열측에는 금속박을 형성하지 않을 경우는, 흡열측 열교환체(3)에 대해서 수지(6)를 용착할 뿐이다.
이상, 실시형태1에 의하면, 열교환체와 열전변환소자 모듈의 전극 사이에 절연층(수지)이 형성된다. 수지는 가열에 의해 연화된 후에 경화되어 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메운다. 이 때문에 열교환체 표면의 홈이나 흠집의 유무에 관계없이, 열전변환소자 모듈의 전극과 열교환체와의 절연을 확보할 수 있다. 따라서 열교환기 제조시의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한 방열측 및 흡열측 열교환체와 열전변환소자 모듈 사이의 적어도 한 쪽에 그리스와 같은 열저항이 큰 물질을 개재시킬 필요가 없기 때문에, 열저항을 작게 할 수 있다. 이 때문에 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있고, 소전력으로 큰 열량의 교환 및 정확한 온도제어를 할 수 있다.
[실시예2]
도 4는 실시형태2에 따른 열교환기(1)의 구조를 나타내는 도면이고, 도 1의 R부를 상세하게 나타내는 도면이다.
실시형태1과 실시형태2를 비교하면, 흡열측의 구조는 같지만, 방열측의 구조가 약간 다르다. 수지(5)는, 한쪽의 면이 방열측 열교환체(2)에 용착되고, 다른쪽의 면이 실시형태1의 것보다 두꺼운 금속박(7)에 용착된다. 금속박(7)은 열전교환소자 모듈의 방열측 전극이 겹쳐져 있고, 금속박(7)의 양단에는 p형 및 n형 열전변환소자(43, 44)가 각각 땜납으로 접속된다. 수지(6)는, 한쪽의 면이 흡열측 열교환체(3)에 용착되고, 다른쪽의 면이 그리스(9)와 접촉한다. 그리스(9)는 열전변환소자 모듈의 흡열측 전극(42)과 접촉한다.
본 실시형태에 의하면, 실시형태1과 같은 효과가 얻어진다. 또한 방열측 열 교환체와 열전변환소자 모듈의 방열측 전극 사이에 개재되는 부재가 작아지기 때문에 열저항이 더욱 작아지게 된다.
또한 실시형태1, 2에 있어서, 방열측 열교환체(2)가 냉각수용 유로(2c)를 구비하는 것이 아니라, 방열용 핀을 구비하고 있어도 좋다. 또한 열전변환소자 모듈(4)에 흐르는 전류의 방향을 바꿈으로써 냉각과 가열을 전환할 수 있다.
또한 흡열측 열교환체를 반도체 웨이퍼를 적재하는 적재 플레이트로 하고, 반도체 웨이퍼를 냉각 또는 가열하기 위한 온도조정 플레이트로 이용해도 된다. 온도조정 플레이트는, 적재 플레이트의 하방에 방열측 열교환체를 대략 평행하게 배치하고, 적재 플레이트와 방열측 열교환체 사이에 열전변환소자 모듈이 개재된다. 적재 플레이트의 상면에는 위치결정핀을 개재해서 반도체 웨이퍼가 적재된다. 그리고 열전변환소자 모듈에서 열교환을 행해서 반도체 웨이퍼의 온도를 제어한다. 이와 같은 온도조정 플레이트에 대해서, 실시형태1, 2에서 설명한 바와 같이 방열측 열교환체 및 적재 플레이트의 표면에 수지 및 금속박을 형성한다. 그리고, 방열측 열교환체측의 금속박과 열전변환소자 모듈의 방열측 전극을 납땜 등에 의해 고착하고, 적재 플레이트측의 금속박과 열전변환소자 모듈의 흡열측 전극을 열전도성 그리스를 개재해서 밀착시킨다. 이렇게 함으로써 접촉면의 열저항이 작고, 전열효율이 좋은 적재 플레이트가 얻어진다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 열교환체와 열전변환소자 모듈 사이의 절연을 확보하여 열교환기 제조시의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 방열측 열교환체 및 흡열측 열교환체;
    복수의 방열측 전극 및 흡열측 전극과 복수의 열전변환소자로 구성되고, 상기 방열측 열교환체와 상기 흡열측 열교환체 사이에 개재되는 열전변환소자 모듈;
    상기 열전변환소자 모듈의 방열측 전극과 상기 방열측 열교환체 사이에 개재되는 방열측 절연층;및
    상기 열전변환소자 모듈의 흡열측 전극과 상기 흡열측 열교환체 사이에 개재되는 흡열측 절연층을 구비한 열교환기에 있어서,
    상기 방열측 절연층 및 상기 흡열측 절연층 중 적어도 한쪽은, 인접하는 열교환체에 용착된 수지인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수지는 인접하는 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집을 메우고 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열전변환소자 모듈의 전극과 상기 수지 사이에 금속박이 개재되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열전변환소자 모듈의 흡열측 전극과 상기 흡열측 절연층 사이에 그리스가 개재되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 두 개의 열교환체 사이에 열전변환소자 모듈이 개재되는 열교환기의 제조방법에 있어서,
    상기 열교환체와 수지시트를 접촉시키고, 열교환체의 표면에 있는 홈이나 흠집에 용융된 상기 시트가 들어갈 정도로 열교환체와 수지시트를 가열 및 가압해서, 열교환체와 열전변환소자 모듈을 절연하는 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
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