KR20100070029A - 열전소자 배열판 및 이를 이용한 열전모듈의 제조방법 - Google Patents

열전소자 배열판 및 이를 이용한 열전모듈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 열전소자 배열판은, p형 열전소자(30)가 삽입되는 복수의 제1 구멍(12)을 구비하고, 복수의 제1 구멍(12)이 열전모듈에서의 p형 열전소자(30) 배열과 동일한 배열로 형성되는 제1 소자 배열판(10); 및 n형 열전소자(40)가 삽입되는 복수의 제2 구멍(22)을 구비하고, 복수의 제2 구멍(22)이 열전모듈에서의 n형 열전소자(40) 배열과 동일한 배열로 형성되는 제2 소자 배열판(20)을 포함한다. 상기 열전소자 배열판은 열전소자를 빠르고 정확하게 배열하며, 자동화 공정에 적합하다.

Description

열전소자 배열판 및 이를 이용한 열전모듈의 제조방법 {Thermoelectric Element Arranging Plate and Method of Manufacturing Thermoelectric Module Using the Same}
본 발명은 열전소자 배열판 및 이를 이용한 열전모듈의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 빠른 시간 내에 열전소자를 정확하게 배열할 수 있으며, 자동화 공정에 열전소자 배열판 및 이를 이용하여 빠르고 높은 수율로 열전소자를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
열전모듈(thermoelectric module)은 펠티에 효과(Peltier effect)에 의해 나타나는 열의 흡수 또는 방출 현상을 이용하는 고체식 열펌프(solid state heat pump)이다. 열전모듈은 구조가 간단하면서도 신뢰성이 높고, 기계적인 작동부품이 없기 때문에 소음과 진동을 발생하지 않으며, 소형화가 가능하고 간단한 조작으로 정밀하고 신속하게 온도 조절 및 냉각/가열 전환이 가능하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점들로 인해, 열전모듈은 고정밀 냉각기/항온기, 소형 냉장기, 광부품 소자, 광학 센서, 정밀 전자제품, 반도체 설비, 공조장치 등의 다양한 분야에 적용되고 있다.
또한 상기 열전모듈은 고온부분과 저온부분 사이의 온도차에 의해 발생하는 열이 이동하려는 에너지를 직접 전기 에너지로 변환이 가능하여, 발전용으로도 사용이 가능하다. 열전모듈을 이용한 발전은 이산화탄소를 발생시키지 않아 환경에 해롭지 않으며, 산업폐열, 해양열, 지열 등과 같은 폐열로부터 전기를 생산할 수 있다.
이러한 열전모듈은 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연 기판(1 및 2), 전극 패턴(3 및 4), p형 열전소자(5) 및 n형 열전소자(6)로 구성된다. 상기 p형 열전소자(5)와 n형 열전소자(6)는 하부 전극 패턴(3)과 상부 전극 패턴(4) 사이에 1개씩 교대로 나란히 배열되어, 전기적으로는 직렬, 열적으로는 병렬로 연결됨으로써 모듈을 구성하게 된다.
상기 열전모듈의 제조방법으로는 주로 실리콘 몰드를 이용하는 방법과 표면 실장 장치(surface mounting apparatus)를 이용하는 방법이 사용되는데, 이 방법들은 p형 열전소자와 n형 열전소자를 교대로 배열하는 공정을 효과적으로 진행하지 못하는 단점이 있다.
구체적으로, 실리콘 몰드를 이용하는 방법은, 열전모듈에서의 p형 및 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 실리콘 몰드에 구멍들을 형성하고, 상기 구멍들에 p형 및 n형 열전소자를 하나씩 수작업으로 삽입하여 p형 및 n형 열전소자 배열을 완성한다. 그리고 실리콘 몰드의 표면 위로 노출된 p형 및 n형 열전소자의 상단에 솔더(solder)를 도포한 후 하부 전극 패턴이 형성된 하부 기판을 접합하고, 실리콘 몰드를 제거한다. 이어서 p형 및 n형 열전소자의 하단에 솔더를 도포한 후 상부 전 극 패턴이 형성된 상부 기판을 접합한다.
그러나 상기 실리콘 몰드를 이용하는 제조방법은, 실리콘 몰드에 열전소자를 삽입하는 과정이 수작업으로 이루어지므로 공정시간이 길고, 불량률이 높다. 또한, 숙련된 기능자가 하루 8시간 동안 최대 30개 정도의 열전모듈 만을 제작할 수 있어 대량생산이 매우 어렵다.
한편, 표면 실장 장치를 이용하는 방법은 하부 기판 위에 하부 전극 패턴을 형성하고, 상기 하부 전극 패턴 위에 하부 솔더를 도포한다. 그리고 열전소자를 정해진 좌표에 배열할 수 있는 표면 실장 장치를 사용해서 p형 및 n형 열전소자를 상기 하부 전극 패턴의 하부 솔더 위에 하나씩 배열한다. 그 후, p형 및 n형 열전소자의 상단에 상부 솔더를 도포한 후 상부 전극 패턴이 형성된 상부 기판을 접합한다.
하지만, 상기 표면 실장 장치는 매우 고가이며, p형 열전소자 및 n형 열전소자를 배열하는데 비교적 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 그리고 p형 및 n형 열전소자를 하나씩 배열하는 동안, 일부 열전소자의 위치가 뒤틀리게 되어 불량 발생률이 높다. 아울러 열전소자를 하나씩 집어서 배열하기 때문에 열전소자가 깨질 우려가 있다. 또한, 열전소자의 방향성을 인식하지 못하여 불량을 발생시킬 수 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 열전모듈을 제조할 때 열전소자를 빠르고 정확하게 배열할 수 있고, 자동화 공정에 적합한 열전소자 배열판, 및 상기 열전소자 배열판과 진공 흡입 공정을 이용해서, 높은 수율과 저렴한 비용으로 불량 없이 열전모듈을 신속하게 제조하는 방법을 개발하게 되었 다.
본 발명의 목적은 열전소자를 빠르고 정확하게 배열할 수 있는 열전소자 배열판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자동화 공정에 적합한 열전소자 배열판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 열전소자 배열판과 진공 흡입 공정을 이용해서 높은 수율과 생산효율로 열전모듈을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 열전소자 배열판과 진공 흡입 공정을 이용해서 낮은 비용으로 불량 없이 신속하게 열전모듈을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명은 열전소자를 빠르고 정확하게 배열하며, 자동화 공정에 접합한 열전소자 배열판을 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에 따른 열전소자 배열판은 p형 열전소자가 삽입되는 복수의 제1 구멍을 구비하고, 복수의 제1 구멍이 열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제1 소자 배열판; 및 n형 열전소자가 삽입되는 복 수의 제2 구멍을 구비하고, 복수의 제2 구멍이 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제2 소자 배열판을 포함한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 제1 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제1 직선홈을 구비하며, 제1 구멍은 제1 직선홈 내부에 형성되다. 또한 제2 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제2 직선홈을 구비하며, 제2 구멍은 제2 직선홈 내부에 형성된다.
제1 구멍의 깊이는 p형 열전소자의 높이와 동일하고, 제2 구멍의 깊이는 n형 열전소자의 높이와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 열전모듈을 빠르고 높은 수율로 제조하며, 제조비용을 낮출 수 있는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 구체예에 따른 제조방법은, p형 열전소자가 삽입되는 복수의 제1 구멍을 구비하고, 복수의 제1 구멍이 열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제1 소자 배열판, 및 n형 열전소자가 삽입되는 복수의 제2 구멍을 구비하고, 복수의 제2 구멍이 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제2 소자 배열판 위에 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 각각 공급하는 단계; 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판을 수평으로 각각 진동시켜, p형 열전소자 및 n형 열전소자를 제1 구멍 및 제2 구멍에 각각 삽입하는 단계; 열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제1 흡입구를 구비하는 제1 흡입판, 및 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제2 흡입구를 구비하는 제2 흡입판을 사용하여 p형 열전소자 및 n형 열전소자 를 하부 기판 위에 각각 일체로 이동시키는 단계; 및 하부 기판 위에 놓인 p형 열전소자 및 n형 열전소자의 상부에 상부 기판을 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 제1 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제1 직선홈을 구비하며, 제1 구멍은 제1 직선홈 내부에 형성되고, 제2 소자 배열판은 평행한 복수의 제2 직선홈을 구비하며, 제2 구멍은 제2 직선홈 내부에 형성되고, p형 열전소자 및 n형 열전소자는 제1 직선홈 및 제2 직선홈을 따라 각각 공급되고, 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판은 제1 직선홈 및 제2 직선홈의 길이방향으로 각각 진동한다.
본 발명의 열전소자 배열판은 열전소자를 정확하게 배열할 수 있으며, 열전소자의 정렬공정을 안정화시킨다. 또한 진동을 통해 열전소자를 자동으로 배열하므로, 빠르고 자동화 공정에 접합하다.
아울러, 본 발명의 제조방법은 열전소자가 잘못된 위치에 배열되고, 열전소자의 위치가 뒤틀리는 것을 방지하여 불량률을 낮추며, 높은 수율을 달성한다. 그리고 기존 실리콘 몰드를 사용하는 제조방법에 비해 열전모듈의 생산 속도가 매우 빠르며, 생산효율을 증대시킨다. 또한 고가의 표면 실장 장치가 필요 없어 제조비용을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명의 도면들에 있어서, 각 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되게 도시될 수 있으며, 명세서 전체에서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 구체예에 따른 열전소자 배열판은, 한 쌍의 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)으로 구성된다.
제1 및 제2 소자 배열판(10 및 20)의 재질은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 및 제2 소자 배열판(10 및 20)은 고분자 수지, 금속, 실리콘 등으로 제조될 수 있다.
제1 소자 배열판(10)은 p형 열전소자(30)(도 3 참조)가 삽입되는 복수의 제1 구멍(12)을 구비하며, 제2 소자 배열판(20)은 n형 열전소자(40)(도 3 참조)가 삽입되는 복수의 제2 구멍(22)을 구비한다. 그리고 복수의 제1 구멍(12)은 열전모듈에서의 p형 열전소자(30) 배열과 동일한 배열로 형성되며, 복수의 제2 구멍(22)은 열전모듈에서의 n형 열전소자(40) 배열과 동일한 배열로 형성된다.
구체적으로, 열전모듈에서 p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)는 하나씩 교대로 나란히 배열되는데(도 1 참조), 제1 소자 배열판(10)의 복수의 제1 구멍(12)은 열전모듈에서 p형 열전소자(30)만 배열된 것과 동일한 형태로 배열되며, 제2 소자 배열판(20)의 복수의 제2 구멍(22)은 열전모듈에서 n형 열전소자(40)만 배열된 것과 동일한 형태로 배열된다. 그리고 복수의 제1 구멍(12)과 제2 구멍(22)의 배열을 합치면 열전모듈에서의 전체 열전소자 배열과 동일하게 된다.
열전소자를 배열하기 위하여 종래에 사용된 실리콘 몰드는 열전모듈에서 p형 및 n형 열전소자(30, 40)가 전부 배열된 것과 동일한 형태로 배열되는 구멍들을 갖는다. 상기 실리콘 몰드를 이용할 경우, p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)를 하나씩 대응하는 구멍에 수작업으로 삽입해야 하므로, 공정이 느리고, 열전소자를 잘못된 위치의 구멍에 삽입하는 불량이 발생하게 되며, 대량생산이 어렵다.
그러나 본 발명의 하나의 구체예에서는, 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)의 배열이 각각 열전모듈에서의 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)의 배열에만 대응하므로, 제1 소자 배열판(10)을 사용할 경우에는 p형 열전소자(30)만 이용되고, 제2 소자 배열판(20)을 사용할 경우에는 n형 열전소자(40)만 이용된다. 따라서 상기 열전소자 배열판을 사용하면, p형 및 n형 열전소자(30, 40)를 잘못된 위치의 구멍에 삽입하는 문제를 방지할 수 있고, 공정시간을 단축할 수 있다.
한편, 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)은 각각 수평으로 진동함으로써, p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)를 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)에 각각 자동으로 삽입할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20) 위에 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)를 각각 공급한다. 그리고 진동 장치를 사용하여 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)을 수평으로 각각 진동시킨다. 그러면 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)가 이동하여 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)에 자동으로 각각 삽입된다. 상기 진동 장치는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 적용할 수 있다.
이때, p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)를 각각 공급하는 단계는 서로 동시에 진행되거나, 순차적으로 진행될 수 있다. 또한 제1 소자 배열판(10)과 제2 소자 배열판(20)을 각각 진동시키는 단계 역시 서로 동시에 진행되거나, 순차적으로 진행될 수 있다.
이와 같이, 상기 열전소자 배열판을 사용하면, 진동을 통해 p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)를 각각 자동으로 배열할 수 있어, 공정 시간이 더욱 단축되며, 자동화 공정을 달성할 수 있다.
제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)이 진동할 때, 열전소자가 배열판 밖으로 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판은 각각 모서리에 수직한 제1 벽(16) 및 제2 벽(26)을 구비할 수 있다.
제1 구멍(12)의 깊이는 p형 열전소자(30)의 높이와 동일하고, 제2 구멍(22)의 깊이는 n형 열전소자(40)의 높이와 동일한 것이 바람직하다. 구멍의 깊이와 열전소자의 높이가 다르면, 구멍 속에 먼저 삽입된 열전소자가 구멍의 깊이와 열전소자의 높이 차이만큼 돌출되거나 움푹 들어가게 되어, 다른 열전소자가 진동에 의해 이동하는 것을 방해할 수 있다.
한편, 도 2는 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)의 모양이 정사각형인 경우의 예를 도시하였으나, 제 1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)은 정사각형(도 4(A) 참조) 또는 원형(도 4(B) 참조)의 모양을 갖는다.
도 4를 참조하면, 열전모듈에 사용되는 예를 들면 p형 열전소자(30)의 중심층(32)은 (Bi, Sb)2Te3 계 조성의 고용체 합금으로 이루어지며, n형 열전소자(40)의 중심층(42)은 Bi2(Te, Se)3 계 조성의 고용체 합금으로 이루어진다. 또한 p형 및 n형 열전소자(30, 40)의 상부와 하부에는, 각각 부착성을 높이는 망간몰리브덴(MnMo)층, 확산 경계의 역할을 하는 니켈(Ni)층 및 안정성을 높이는 주석(Sn)층으로 이루어진 기능성 코팅층(34 및 44)이 형성될 수 있다.
그런데, p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)는 기능성 코팅층(34 및 44)이 각각 상부 전극 패턴 및 하부 전극 패턴과 접하도록 배열되어야 하기 때문에, 기능성 코팅층(34 및 44)이 형성된 상하부와 기능성 코팅층이 형성되지 않은 중심부를 구분하기 위하여, p형 및 n형 열전소자(30 및 40)를 단면이 정사각형인 직육면체 또는 원기둥 모양으로 제조한다.
종래의 표면 실장 장치는 이러한 열전소자의 방향성을 인식하지 못하여, 기능성 코팅층이 상하가 아닌 좌우로 놓이게 열전소자들을 배열하는 문제점을 갖고 있다.
그러나 상기 열전소자 배열판에서는, 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)이 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)의 단면과 동일한 정사각형 또는 원형의 모양을 갖기 때문에 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)가 삽입될 때, 기능성 코팅층이 상하부에 위치하게 된다. 따라서 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)의 방향이 틀리게 배열되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 구체예에 따른 열전소자 배열판을 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 열전소자 배열판은 본 발명 의 하나의 구체예와 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)이 각각 제1 직선홈(14) 및 제2 직선홈(24)을 구비한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 구체예에서, 제1 소자 배열판(10)은 서로 평행한 복수의 제1 직선홈(14)을 구비하며, 제1 구멍(12)은 제1 직선홈(14) 내부에 형성된다. 그리고 제2 소자 배열판(20)은 서로 평행한 복수의 제2 직선홈(24)을 구비하며, 제2 구멍(22)은 제2 직선홈(24) 내부에 형성된다.
복수의 제1 직선홈(14) 및 제2 직선홈(24)은 각각 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)의 공급방향과 이동방향을 안내함으로써, p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)가 각각 진동에 의해 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)에 보다 잘 삽입될 수 있도록 한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)를 제1 직선홈(14) 및 제2 직선홈(24)을 따라 각각 공급한다. 그리고 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)을 제1 직선홈(14) 및 제2 직선홈(24)의 길이방향으로 각각 진동시킨다. 그러면 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)는 각각 제1 직선홈(14) 및 제2 직선홈(24)을 따라 이동하면서 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)에 보다 쉽게 삽입된다.
특히, p형 및 n형 열전소자(30 및 40)의 단면이 정사각형인 경우, 진동에 의해 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)가 이동하면서 회전하여 제1 및 제2 구멍(12 및 22)의 모서리와 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)의 모서리가 어긋나서 삽입이 어렵게 되는 문제점을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 하나의 구체예 또는 다른 구체예에 따른 열전소자 배열판을 통해 배열된 열전소자를 이용하여 열전모듈을 제조하는 방법을 설명한다.
도 2 또는 도 5에 도시된 열전소자 배열판의 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)을 진동시켜 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)를 제1 구멍(12) 및 제2 구멍(22)에 각각 삽입하면, 열전모듈에서의 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40) 배열이 각각 형성된다. 도 7은 p형 열전소자(30) 배열과 n형 열전소자(40) 배열을 각각 형성한 후, 제1 소자 배열판(10)과 제2 소자 배열판(20)을 제거한 모습을 나타낸다.
이어서, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 흡입판(50) 및 제2 흡입판(60)을 이용하여 배열된 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)를 하부 기판(70) 위에 각각 일체로 이동시킨다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 흡입판(50)은 열전모듈에서의 p형 열전소자(30) 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제1 흡입구(52)를 구비하며, 제2 흡입판(60)은 열전모듈에서의 n형 열전소자(40) 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제2 흡입구(62)를 구비한다.
제1 흡입구(52)의 크기는 p형 열전소자(30)의 단면 크기보다 작은 것이 바람직하고, 제2 흡입구(62)의 크기는 n형 열전소자(40)의 단면 크기보다 작은 것이 바람직하다.
제1 및 제2 흡입판(50 및 60)의 재질은 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 비교적 고온에 안정한 실리콘 고무로 제조될 수 있다.
제1 흡입구(52)의 배열이 p형 열전소자(30) 배열과 일치하도록 제1 흡입판(50)을 p형 열전소자(30) 위에 위치시키고, 제1 흡입구(52)를 통해 p형 열전소자(30)를 진공흡입하면, 배열을 흩뜨리지 않으면서, p형 열전소자(30)를 일체로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 흡입판(60)을 이용하면 배열된 n형 열전소자(40)를 일체로 이동시킬 수 있다. 이때, p형 열전소자(30)의 진공흡입 및 이동을 용이하게 하기 위하여, 제1 흡입구(52)의 흡입 부분에는 돌출부(53)가 형성될 수 있다. 마찬가지로, n형 열전소자(40)의 진공흡입 및 이동을 용이하게 하기 위하여, 제2 흡입구(62)의 흡입 부분에도 돌출부(63)가 형성될 수 있다.
이때, 진공흡입은 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)을 제거한 후 실시하거나, p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)가 제1 소자 배열판(10) 및 제2 소자 배열판(20)에 각각 삽입된 상태에서 실시할 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)를 각각 일체로 이동시킴으로써, 하부 기판(70) 위에 p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)가 하나씩 교대로 배열되면, 도 10과 같이, 열전모듈에서의 p형 및 n형 열전소자(30 및 40) 배열이 완성된다.
이어서, 하부 기판(70) 위에 놓인 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)의 상부에 상부 기판(80)을 위치시킨다.
하부 기판(70)은 하부 절연 기판(72), 하부 절연 기판(72) 위에 형성된 하부 전극 패턴(74), 및 하부 전극 패턴(74) 위에 도포된 하부 솔더(76)로 구성된다. 그리고 상부 기판(80)은 상부 절연 기판(82), 상부 절연 기판(82) 위에 형성된 상부 전극 패턴(84), 및 상부 전극 패턴(84) 위에 도포된 상부 솔더(86)를 포함한다.
하부 절연 기판(72) 및 상부 절연 기판(82)은 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어 알루미나 기판일 수 있다.
하부 전극 패턴(74) 및 상부 전극 패턴(84)은 Direct Bond Copper Method 나 AgPd Solder를 이용하여 구리 전극을 부착하여 형성될수 있으며, 금속 단일층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 및 상부 전극 패턴(74 및 84)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 주석(Sn)을 포함하는 금속층으로 형성될 수 있다.
하부 솔더(76) 및 상부 솔더(86)는 마스크를 통한 전사 방법 등을 사용하여 도포할 수 있다. 또한 하부 및 상부 솔더(76 및 86)는 예를 들어, 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 인듐(In) 등으로 구성될 수 있다.
이동된 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)는 하부 기판(70)의 하부 솔더(76) 위에 놓인다. 그리고 p형 열전소자(30) 및 n형 열전소자(40)의 상부는 상부 기판(80)의 상부 솔더(86)와 접하게 된다.
종래의 표면 실장 장치를 사용한 열전모듈 제조방법에서는, p형 열전소자와 n형 열전소자를 하부 기판 위에 하나씩 배열하는 동안 일부 열전소자의 위치가 뒤틀리게 되어 불량의 원인이 되었다.
그러나 본 발명의 구체예에 따른 제조방법에서는, p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)를 각각 하부 기판(70) 위에 한번에 배열한 후, 곧바로 상부 기판(80)을 p형 열전소자(30)와 n형 열전소자(40)의 상부에 위치시킬 수 있다. 따라서 열전소자의 위치가 뒤틀릴 염려가 적고, 불량률이 낮다.
상부 기판(80)을 위치시킨 후에는, 하부 기판(70) 및 상부 기판(80)에 열을 가한다. 하부 기판(70) 및 상부 기판(80)에 열을 가하면, 하부 솔더(76) 및 상부 솔더(86)가 용융되어 p형 및 n형 열전소자(30 및 40)의 하단 및 상단이 각각 하부 전극 패턴(74) 및 상부 전극 패턴(84)에 접합되며, 이로써 하부 기판(70) 및 상부 기판(80)이 단단하게 접합된다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 열전모듈의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 열전모듈을 나타내는 사시도이고, (B)는 열전모듈에서 p형 열전소자 및 n형 열전소자의 배열 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 열전소자 배열판을 설명하기 위한 사시도로서, (A)는 제1 소자 배열판을 나타내는 사시도이고, (B)는 제2 소자 배열판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 열전소자 배열판을 사용하여 열전소자를 배열하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 열전소자 배열판을 설명하기 위한 사시도로서, (A)는 제1 소자 배열판을 나타내는 사시도이고, (B)는 제2 소자 배열판을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 열전소자 배열판을 이용하여 열전소자를 배열하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 도 2 또는 도 5에 도시된 열전소자 배열판에 의해 배열된 열전소자를 이용하여 열전모듈을 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요한 부호에 대한 간단한 설명 *
10: 제1 소자 배열판 50: 제1 흡입판
20: 제2 소자 배열판 60: 제2 흡입판
30: p형 열전소자 70: 하부 기판
40: n형 열전소자 80: 상부 기판

Claims (11)

  1. p형 열전소자(30)가 삽입되는 복수의 제1 구멍(12)을 구비하고, 상기 복수의 제1 구멍이 열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제1 소자 배열판(10); 및
    n형 열전소자(40)가 삽입되는 복수의 제2 구멍(22)을 구비하고, 상기 복수의 제2 구멍이 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제2 소자 배열판(20);
    을 포함하는 열전소자 배열판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제1 직선홈(14)을 구비하며, 상기 제1 구멍은 상기 제1 직선홈 내부에 형성되고,
    상기 제2 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제2 직선홈을 구비하며, 상기 제2 구멍은 상기 제2 직선홈 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전소자 배열판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판은 각각 모서리에 수직한 제1 벽(16) 및 제2 벽(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자 배열판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구멍의 깊이는 상기 p형 열전소자의 높이와 동일하고, 상기 제2 구멍의 깊이는 상기 n형 열전소자의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 열전소자 배열판.
  5. p형 열전소자(30)가 삽입되는 복수의 제1 구멍(12)을 구비하고, 상기 복수의 제1 구멍이 열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제1 소자 배열판(10), 및 n형 열전소자(40)가 삽입되는 복수의 제2 구멍(22)을 구비하고, 상기 복수의 제2 구멍이 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성되는 제2 소자 배열판(20) 위에 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 각각 공급하는 단계;
    상기 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판을 수평으로 각각 진동시켜, 상기 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 상기 제1 구멍 및 제2 구멍에 각각 삽입하는 단계;
    열전모듈에서의 p형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제1 흡입구(52)를 구비하는 제1 흡입판(50) 및 열전모듈에서의 n형 열전소자 배열과 동일한 배열로 형성된 복수의 제2 흡입구(62)를 구비하는 제2 흡입판(60)을 사용하여 상기 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 하부 기판(70) 위에 각각 일체로 이동시키는 단계; 및
    상기 하부 기판 위에 놓인 p형 열전소자 및 n형 열전소자의 상부에 상부 기판(80)을 위치시키는 단계;
    를 포함하는 열전모듈의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제1 직선홈(14)을 구비하며, 상기 제1 구멍은 상기 제1 직선홈 내부에 형성되고,
    상기 제2 소자 배열판은 서로 평행한 복수의 제2 직선홈(24)을 구비하며, 상기 제2 구멍은 상기 제2 직선홈 내부에 형성되고,
    상기 p형 열전소자 및 n형 열전소자는 상기 제1 직선홈 및 제2 직선홈을 따라 각각 공급되고,
    상기 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판은 상기 제1 직선홈 및 제2 직선홈의 길이방향으로 각각 진동하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판은 각각 모서리에 수직한 제1 벽(16) 및 제2 벽(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구멍의 깊이는 상기 p형 열전소자의 높이와 동일하고, 상기 제2 구멍의 깊이는 상기 n형 열전소자의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 각각 삽입하는 단계 후에, 상기 제1 소자 배열판 및 제2 소자 배열판을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하부 기판은 하부 절연 기판(72), 상기 하부 절연 기판 위에 형성된 하부 전극 패턴(74), 상기 하부 전극 패턴 위에 도포된 하부 솔더(76)를 포함하고,
    상기 상부 기판은 상부 절연 기판(82), 상기 상부 절연 기판 위에 형성된 상부 전극 패턴(84), 상기 상부 전극 패턴 위에 도포된 상부 솔더(86)를 포함하고,
    상기 p형 열전소자 및 n형 열전소자는 상기 하부 솔더 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하부 기판 및 상부 기판이 접합되도록, 상기 하부 기판 및 상부 기판에 열을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
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