KR20100116749A - Thermoelectric module and manufacturing method of it - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a thermoelectric module according to the prior art.
도 2 는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the thermoelectric module according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조시에 사용되는 사출금형의 구조를 개략적으로 보인 분해 사시도.Figure 3 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the injection mold used in the manufacture of the thermoelectric module according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 5 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계를 세부적으로 나타낸 순서도.Figure 5 is a flow chart showing in detail the semiconductor forming step is a step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계 중 금형장입과정을 나타낸 종단면도.Figure 6 is a longitudinal cross-sectional view showing a mold loading process of the semiconductor forming step, which is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 7 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계 중 슬러리사출과정을 나타낸 종단면도.Figure 7 is a longitudinal sectional view showing a slurry injection process of the semiconductor forming step, which is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 8 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계 중 두께보정과정을 나타낸 종단면도.8 is a longitudinal sectional view showing a thickness correction process in a semiconductor forming step which is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 9 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계 중 금형개방과정을 나타낸 종단면도.Figure 9 is a longitudinal cross-sectional view showing a mold opening process of the semiconductor forming step that is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 10 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계 중 기판인출과정을 나타낸 종단면도.10 is a longitudinal sectional view showing a substrate withdrawal process during the semiconductor forming step which is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
도 11 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계가 완료된 기판의 외관을 보인 평면도.11 is a plan view showing an appearance of a substrate on which a semiconductor forming step is completed in a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention;
도 12 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 모듈형성단계를 개략적으로 나타낸 종단면도.12 is a longitudinal sectional view schematically showing a module forming step in a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100. 열전모듈 110. 상부기판100.
120. 하부기판 130. 전극120.
132. 상부전극 134. 하부전극132.
140. P형반도체 150. N형반도체140.P type semiconductor 150.N type semiconductor
200. 사출금형 220. 고정측금형200.
222. 슬러리유동홀 240. 가동측금형222.
242. 성형공간 260. 절단금형242. Molding
262. 반도체형성홀 S100. 분말제조단계262. Semiconductor formation hole S100. Powder manufacturing step
S200. 수소환원단계 S300. 슬러리단계S200. Hydrogen reduction step S300. Slurry stage
S400. 전극형성단계 S500. 반도체형성단계S400. Electrode formation step S500. Semiconductor Formation Step
S520. 금형장입과정 S540. 슬러리사출과정S520. Mold loading process S540. Slurry Injection Process
S560. 두께보정과정 S580. 금형개방과정S560. Thickness correction process S580. Mold Opening Process
S590. 기판인출과정 S600. 모듈형성단계S590. Substrate Withdrawal Process S600. Module formation stage
본 발명은 열전모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사출금형 내부에 인서트(Insert)된 기판 일면에 P형반도체 또는 N형반도체가 사출 성형하여 박막화되도록 한 열전모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a thermoelectric module and a method of manufacturing the P-type semiconductor or N-type semiconductor on one surface of the substrate (Insert) inserted into the injection mold to form a thin film. It is about.
열전모듈은 크게 제백(Seeback) 효과를 이용한 발전이나, 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 냉각의 두 가지 응용처가 있다.Thermoelectric modules have two main applications: power generation using Seeback effect or cooling using Peltier effect.
제백 효과는 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 폐열발전이나 체온을 이용한 소형전자소자(예컨대, 시계)의 전원, 방사능 반감 열을 이용한 우주 탐사선의 전원 등으로 쓰이고 있다.The Seebeck effect occurs when electromotive force occurs when the temperature difference between both ends is used, and it is used as a power source for small electronic devices (eg, clocks) using waste heat generation or body temperature, and a space probe using radiation half-heat.
반대로 양단에 전류를 흘리면 전하를 따라 열이 이동하여 한쪽은 냉각이 되고 다른 쪽은 가열이 되는 현상을 펠티어효과라 하는데, 이를 이용하면 기계적 동작이 없는 순전히 전자만을 이용한 냉각장치를 만들 수 있다.On the contrary, when the current flows through both ends, the heat moves along the charge, so that one side is cooled and the other side is heated, which is called the Peltier effect.
이러한 열전모듈을 이용한 냉각은 전체적인 냉각효율로 보았을 때에는 기존의 컴프레셔 타입의 냉각기에 비해 많이 떨어지나 상대적으로 기계적인 소음이 없고 온도 제어가 아주 정확하며, 반응 응답 시간이 짧아져 그리 낮지 않은 냉온(섭씨 5~10도) 유지나 소형의 냉장고에서는 비교적 높은 냉각효율을 가지므로 많이 이용되고 있다.Cooling using the thermoelectric module is much lower than the conventional compressor type cooler in terms of overall cooling efficiency, but has relatively low mechanical noise, very accurate temperature control, and short response response time. 10 ° C.) It is widely used in oil or small refrigerators because of its relatively high cooling efficiency.
이하 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명한 다.Hereinafter, a configuration of a thermoelectric module according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.1 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of a thermoelectric module according to the prior art.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 열전모듈(10)의 상/하면에는 상부기판(11) 및 하부기판(12)이 구비된다. 상기 상부기판(11) 및 하부기판(12)은 열을 방출 또는 흡열하는 역할을 수행하는 것으로, 일정 거리만큼 상/하로 이격된 상태로 유지된다.As shown in the figure, an
상기 상부기판(11)과 하부기판(12) 사이에는 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 구비된다. 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)는 열전소재가 일정한 형상으로 일정한 크기를 가지도록 형성한 요소로서 상기 상부기판(15)과 하부기판(16) 사이에 교번하여 배치된다.An N-
상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)와 상부기판(11) 사이에는 연결도선(17)이 구비된다. 상기 연결도선(17)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 연결되도록 하는 구성이다.A connecting
상기 연결도선(17)의 하측에는 금속층(25)이 구비된다. 상기 금속층(25)은 연결도선(17)으로부터 이동하는 원자가 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 금속층(25)은 니켈로 형성되며, 인 또는 붕소를 소량 함유하게 된다.The
즉, 상기 금속층(25)은 열전특성의 저하를 차단하여 안정화될 수 있도록 하는 것으로, 상기 금속층(25)은 연결도선에 코팅 처리된다.That is, the
상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16) 사이에는 장벽층(27)이 구비된다. 상기 장벽층(27)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 아래에서 설명할 납땜층(26)으로부터 오염되는 것을 방지하기 위함이다.A
상기 금속층(25)과 장벽층(27) 사이에는 납땜층(26)이 구비된다. 상기 납땜층(26)은 금속층(25)과 장벽층(27)이 서로 접착된 상태를 유지하도록 하는 구성이다.A
상기 납땜층(26) 중 하측에 위치한 납땜층(26)의 하면에는 N접점(20) 및 P접점(21)이 각각 구비된다.
상기 N접점(20)과, P접점(21)은 서로 이격된 상태로 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)의 하면에 부착된 것으로, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)에 전원을 공급하는 역할을 수행한다.The
그러나 상기와 같이 구성되는 열전모듈(10)은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the
즉, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16) 상/하측에는 납땜층(26)이 구비된다. 이러한 상기 납땜층(26)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 상부기판(11) 및 하부기판(12)에 고정되도록 하기 위해 구성된 것이다.That is, a
따라서, 열전모듈(10)에는 인체 유해물질이 포함되므로 작업자의 안전상 바람직하지 못하다.Therefore, since the
또한, 상기 납땜층(26)이 구비됨에 따라 장벽층(27)은 불가피하게 형성되어야 한다.In addition, as the
따라서, 열전모듈(10)의 두께가 두꺼워지며, 공정수가 증가하게 되어 불량율 이 급증하게 되는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that the thickness of the
뿐만 아니라, 납땜층(26)을 형성하기 위한 솔더링(Soldering)공정은 많은 시간이 요구되므로 생산성을 저하시키게 되며, 열전모듈(10)의 가격을 상승시키는 요인이 되어 바람직하지 못하다.In addition, the soldering (Soldering) process for forming the
또한, 대한민국 특허청 특허등록 제0721925호에는 열전모듈의 저온부 전극 접합시 열전소자와 전극 사이에 치밀하고 연속적인 도전층을 형성하고, 도전성 접착제를 사용하여 상기 전극에 외부단자를 연결하는 것을 특징으로 하는 "열전모듈의 제조 방법"이 게시되어 있다.In addition, the Korean Patent Office Patent Registration No. 0721925 forms a dense and continuous conductive layer between the thermoelectric element and the electrode when bonding the low-temperature electrode of the thermoelectric module, and connects the external terminal to the electrode using a conductive adhesive "Method for manufacturing a thermoelectric module" is published.
그러나 이러한 종래의 기술을 이용하여 열전모듈을 제조할 시에는 도전성 접착제가 별도로 더 구비되어야 하며, 열전소자와 전극을 도전성 접착제로 부착하는데 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다. However, when manufacturing a thermoelectric module using the conventional technology, a conductive adhesive should be further provided separately, and it takes a lot of time to attach the thermoelectric element and the electrode with the conductive adhesive, so there is a problem in that productivity is lowered.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사출금형 내부에 인서트(Insert)된 기판 일면에 P형반도체 또는 N형반도체가 사출 성형된 열전모듈 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric module in which P-type semiconductors or N-type semiconductors are injection molded on one surface of a substrate inserted into an injection mold, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은, P형반도체 및 N형반도체가 사출 성형된 후 얇은 두께를 갖도록 절단함으로써 생산성이 향상되도록 한 열전모듈 제조방법을 제공하는 것에 있다.It is another object of the present invention to provide a thermoelectric module manufacturing method in which productivity is improved by cutting a P-type semiconductor and an N-type semiconductor to have a thin thickness after injection molding.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전모듈은, 상/하 면을 형성하며 발열 또는 흡열하는 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부기판 및 하부기판의 일면에 구비되어 공급된 전원의 흐름을 안내하는 전극과, 상기 전극 사이에 이격된 다수 P형반도체 및 N형 반도체를 포함하여 구성되며, 상기 P형반도체와 N형반도체 중 어느 하나는, 전극이 형성된 상태로 사출금형 내부에 인서트(Insert)된 상부기판 또는 하부기판에 사출 성형됨을 특징으로 한다.The thermoelectric module according to the present invention for achieving the object as described above, the upper substrate and the lower substrate to form an upper / lower surface to generate heat or endotherm, and the power of the power supply is provided on one surface of the upper substrate and the lower substrate And a plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced between the electrodes to guide the flow, wherein any one of the P-type semiconductors and the N-type semiconductors is inserted into the injection mold with the electrodes formed. (Insert) characterized in that the injection molded on the upper substrate or the lower substrate.
상기 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성됨을 특징으로 한다.The electrode may be formed of silver (Ag) or copper (Cu).
상기 P형반도체 및 N형반도체는 열전분말과 유기용제가 혼합된 슬러리(slurry)를 사출 성형하여 형성한 것임을 특징으로 한다.The P-type semiconductor and the N-type semiconductor are characterized in that formed by injection molding a slurry (slurry) mixed with the thermal powder and the organic solvent.
상기 P형반도체 및 N형반도체는 가열 가압에 의해 소결되어 전극과 부착됨을 특징으로 한다.The P-type semiconductor and the N-type semiconductor are sintered by heat and pressure to be attached to the electrode.
본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법은, 열전모듈의 외관 일부를 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와, 상기 상부전극 또는 하부전극의 일면에 P형반도체 또는 N형반도체를 형성하는 반도체형성단계와, 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며, 상기 반도체형성단계는, 상기 상부전극 또는 하부전극 일측에 열전분말과 유기용제가 혼합된 슬러리(slurry)를 사출하여 P형반도체 또는 N형반도체를 형성하는 과정임을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, an electrode forming step of forming an upper electrode or a lower electrode on one surface of an upper substrate or a lower substrate forming a part of an exterior of the thermoelectric module, and P on one surface of the upper electrode or the lower electrode And a module forming step of forming a thermoelectric module by bonding the upper substrate and the lower substrate to form a semiconductor or N-type semiconductor, wherein the semiconductor forming step includes one side of the upper electrode or the lower electrode. It is characterized in that the process of forming a P-type semiconductor or N-type semiconductor by injecting a slurry (slurry) mixed with a thermal starch powder and an organic solvent.
상기 전극형성단계는, 상기 상부기판 하면에 상부전극을 형성하는 과정과, 상기 하부기판 상면에 하부전극을 형성하는 과정으로 이루어지며, 상기 상부전극과 하부전극은 일부가 서로 겹쳐지는 위치에 형성됨을 특징으로 한다.The electrode forming step includes a process of forming an upper electrode on a lower surface of the upper substrate, and a process of forming a lower electrode on an upper surface of the lower substrate, wherein the upper electrode and the lower electrode are formed at positions where portions of the upper electrode overlap each other. It features.
상기 반도체형성단계는, 상기 상부전극 또는 하부전극이 형성된 상부기판 또는 하부기판을 사출금형 내부에 인서트(insert)하는 금형장입과정과, 상기 사출금형 내부에 슬러리를 사출하여 P형반도체 또는 N형반도체를 형성하는 슬러리사출과정과, 사출된 슬러리를 일정 두께만큼 절단하는 두께보정과정과, 사출금형을 형개(型開)하는 금형개방과정과, 개방된 사출금형 내부로부터 슬러리가 부착된 상부기판 또는 하부기판을 인출하는 기판인출과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The semiconductor forming step includes a mold loading process of inserting an upper substrate or a lower substrate on which the upper electrode or the lower electrode is formed into an injection mold, and injecting a slurry into the injection mold to form a P-type semiconductor or an N-type semiconductor. A slurry injection process for forming a mold, a thickness correction process for cutting an injected slurry by a predetermined thickness, a mold opening process for opening an injection mold, and an upper substrate or a lower substrate to which a slurry is attached from inside an open injection mold. Characterized in that the substrate withdrawal process to withdraw the substrate.
상기 모듈형성단계에서, 상기 슬러리에 포함된 유기용제는 제거되는 것을 특징으로 한다.In the module forming step, the organic solvent contained in the slurry is characterized in that it is removed.
상기 모듈형성단계에서, 일단부가 상기 상부기판과 하부기판에 각각 부착된 슬러리의 타단부는 하부기판과 상부기판에 각각 부착됨을 특징으로 한다.In the module forming step, the other end of the slurry is attached to the lower substrate and the upper substrate, one end is attached to the upper substrate and the lower substrate, respectively.
상기 전극형성단계 이전에는, P형반도체 및 N형반도체를 구성하게 될 열전분말을 제조하는 분말제조단계와, 분쇄된 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계와, 상기 수소환원단계를 거친 열전분말을 유기용제와 혼합하여 슬러리(slurry)화하는 슬러리단계가 구성됨을 특징으로 한다.Prior to the electrode forming step, a powder manufacturing step of preparing a thermal starch powder that will constitute a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, a hydrogen reduction step of hydrogen reduction of the pulverized thermal starch powder, and a thermal starch powder undergoing the hydrogen reduction step It is characterized in that the slurry step of slurrying by mixing with the organic solvent.
상기 금형장입과정과, 슬러리사출과정 및 두께보정과정은 P형반도체와 N형반도체를 형성시에 각각 실시됨을 특징으로 한다.The mold loading process, the slurry injection process, and the thickness correction process are each performed at the time of forming a P-type semiconductor and an N-type semiconductor.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 열전모듈을 저렴한 제조비용으로 대량 생산 가능하며, 박막화가 가능한 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration, the thermoelectric module can be mass-produced at a low manufacturing cost, and there is an advantage in that it can be thinned.
이하에서는 본 발명에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration of a thermoelectric module according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2에는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the thermoelectric module according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열전모듈(100)은 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 의해 상/하면 외관이 형성된다. 상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것으로 열전도성이 좋고 일정 강도 이상을 가진 재질로 형성된다.As shown in the figure, the
상기 상부기판(110)의 하면과 하부기판(120)의 상면에는 전극(130)이 구비된다. 상기 전극(130)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 이러한 전원의 흐름을 안내하는 것으로, 상기 상부기판(110)의 하면과 접촉하는 상부전극(132)과, 상기 하부기판(120)의 상면과 접촉하는 하부전극(134)을 포함하여 구성된다.
상기 상부전극(132) 및 하부전극(134)은 열전모듈(100)에 공급되는 전원의 손실을 최소화하기 위하여 전기전도성이 높은 재질로 형성된다. 보다 상세하게는 은(Ag)이나 구리(Cu)등 전도성이 우수한 소재로 형성됨이 바람직하다.The
그리고, 상기 상부전극(132)과 하부전극(134)의 일면에는 아래에서 설명하게 될 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 각각 한 개씩 이격되도록 구비된다.In addition, one surface of each of the
보다 상세하게는 상기 상부전극(132)의 하면 좌측에는 P형반도체(140)가 구비되며, 상기 P형반도체(140)로부터 우측으로 이격된 곳에는 N형반도체(150)가 구비된다.In more detail, the P-
그리고, 상기 하부전극(134)의 상면 좌측에는 N형반도체(150)가 구비되며, 상기 N형반도체(150)로부터 우측으로 이격된 곳에는 P형반도체(140)가 구비된다.An N-
따라서, 상기 상부전극(132) 및 하부전극(134)에 전원이 공급되면 상부기판(110)과 하부기판(120)은 서로 교차되게 연결되어 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 전기적으로 직렬을 이룰 수 있도록 한다.Therefore, when power is supplied to the
상기 상부전극(132)과 하부전극(134) 사이에는 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 구비된다. 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 열전 특성을 가지는 열전분말과 유기용제가 혼합되어 형성된 슬러리(slurry)를 소결하여 형성된 것으로, 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 구성하는 열전분말의 재질은 일반적인 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.The P-
그리고, 상기 P형반도체(140)와 N형반도체(150)는 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 형성된 상부기판(110) 또는 하부기판(120)에 사출 성형된다.The P-
이하 상기와 같이 구성되는 열전모듈(100)을 제조하기 위한 사출금형(200)의 구성 및 이를 이용한 열전모듈의 일실시예의 제조방법을 첨부된 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of the
상기 사출금형(200)은 사출성형기(미도시)에 설치 고정되고 내부에 열전분말과 유기용제가 혼합되어 형성된 슬러리(slurry)가 사출됨으로써 P형반도체(140) 또는 N형반도체(150)가 다수 이격 형성되도록 하는 구성으로 P형반도체(140)를 형성하기 위한 것과, N형반도체(150)를 형성하기 위한 사출금형(200)이 각각 요구된다.The
상기 사출금형(200)은 좌측의 고정측금형(220)과 우측의 가동측금형(240) 및 상기 고정측금형(220)과 가동측금형(240) 사이에 위치하는 절단금형(260)을 포함하여 구성된다.The
상기 고정측금형(220)은 사출성형기의 노즐(미도시)로부터 사출되는 슬러리가 우측방향으로 관통할 수 있도록 슬러리유동홀(222)이 다수 천공 형성되며, 상기 노즐로부터 이격되지 않고 접촉된 상태를 유지하게 된다.The fixed
그리고, 상기 가동측금형(240)은 좌/우 방향 및 상/하방향으로 직선 왕복운동하도록 구성되어 좌측면 상/하부가 절단금형(260)의 우측면 상/하부와 접촉함으로써 내부에 수용된 슬러리가 N형반도체(150) 또는 P형반도체(160)를 형성할 수 있도록 한다.In addition, the
이를 위해 상기 가동측금형(240)의 좌측면에는 우측방향으로 함몰된 성형공간(242)이 형성된다.To this end, a
상기 성형공간(242)은 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110) 또는 하부전극(134)이 형성된 하부기판(120)을 내부에 수용하여 움직임을 제한할 수 있도록 상기 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 크기와 대응되는 크기로 함몰 형성된다.The
상기 고정측금형(220)과 가동측금형(240) 사이에는 절단금형(260)이 구비된다. 상기 절단금형(260)은 고정측금형(220)의 우측에서 상/하 방향으로 직선 왕복운동하여 상기 슬러리유동홀(222)을 통해 사출된 슬러리가 절단되도록 하는 구성이다.A cutting
보다 상세하게는 상기 절단금형(260)에는 N형반도체(150) 또는 P형반도체(140)의 단면과 대응되는 형상 및 크기를 가지는 반도체형성홀(262)이 천공 형성되며, 상기 반도체형상홀(262)은 한 번의 사출 성형시에 상부기판(110) 또는 하부기판(120)에 형성하고자 하는 N형반도체(150) 또는 P형반도체(140)의 개수 및 위치 에 대응된다.In more detail, in the cutting
그리고, 상기 반도체형성홀(262)은 우측으로 갈수록 홀의 크기가 점차 증가하도록 형성된다.The
따라서, 상기 절단금형(260)과 가동측금형(240)이 서로 이격되면 상기 반도체형성홀(262) 내부에 위치한 슬러리는 상부전극(132) 또는 하부전극(134)에 부착된 상태로 절단금형(260)으로부터 쉽게 분리 가능하게 된다.Therefore, when the cutting
이하 상기와 같이 구성되는 사출금형(200)을 이용하여 열전모듈을 제조하는 방법을 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thermoelectric module using the
도 4에는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 반도체형성단계를 세부적으로 나타낸 순서도가 도시되어 있다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating a semiconductor forming step, which is one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.
먼저, 상기 상부기판(110)과 하부기판(120)을 준비한 다음 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)에 사용되어질 열전분말을 제조하는 분말제조단계(S100)가 실시된다. 상기 분말제조단계(S100)는 열전분말 볼밀 공법을 이용하여 미세하게 분쇄하는 것으로, 아래에서 설명할 전극형성단계(S400) 및 반도체형성단계(S500)를 위한 준비과정이다.First, a powder manufacturing step S100 of preparing the
상기 볼밀 공법은 분쇄하고자 하는 원료에 압축,전단(專斷), 충격 중의 하나 또는 이것을 조합한 기계적인 힘을 가함으로써 실시된다. The ball mill method is performed by applying a mechanical force of one of compression, shear, impact or a combination thereof to a raw material to be crushed.
그리고, 본 발명에서 볼밀 공법을 거친 열전분말은 열전성능을 높이기 위해 2㎛이내의 직경을 가지게 된다.And, in the present invention, the thermal starch powder, which has undergone the ball mill method, has a diameter within 2 μm in order to increase the thermoelectric performance.
이후 상기 분말제조단계(S100)에서 미세하게 분쇄된 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계(S200)가 실시된다. 상기 수소환원단계(S200)는 열전분말의 열전성능을 향상시키기 위한 과정으로, 일반적으로 수소환원 후의 열전분말은 수소환원 전의 열전분말보다 열전성능이 향상된다.Thereafter, a hydrogen reduction step (S200) of hydrogen-reducing the finely ground thermal starch powder in the powder manufacturing step (S100) is performed. The hydrogen reduction step (S200) is a process for improving the thermoelectric performance of the thermoelectric powder, and in general, the thermoelectric powder after the hydrogen reduction is improved in the thermoelectric performance than the thermoelectric powder before the hydrogen reduction.
그런 다음 수소환원단계(S200)를 거쳐 열전성능이 향상된 열전분말을 유기용제와 혼합하여 슬러리(slurry)화 하는 슬러리단계(S300)가 진행된다.Then, through the hydrogen reduction step (S200), a slurry step (S300) is performed in which a thermoelectric powder having improved thermoelectric performance is mixed with an organic solvent to make a slurry.
상기 유기용제는 열전모듈(100)의 제조시 사용되는 열전분말의 소성 온도 이하에서 완전 제거가 가능한 물질을 사용하였으며, 열전분말은 슬러리 전체 부피에 대하여 50% 내지 95%의 부피 비율을 갖도록 하였다. 이러한 이유는 분말의 비가 이보다 낮으면 소결 후 내부에 많은 기공을 남기게 되고, 너무 높으면 페이스트의 유동이 나빠져서 사출성형이 용이하지 않기 때문이다.The organic solvent used was a material that can be completely removed below the firing temperature of the thermoelectric powder used in the manufacturing of the
이후 상기 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask,미도시) 또는 메탈메쉬(Metal Mash,미도시)를 안착시킨 다음, 볼밀 가공된 은이나 동과 같은 금속 분말을 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)로 통과시켜 전극(130)을 형성하는 전극형성단계(S400)가 진행된다.Then, a metal mask (not shown) or metal mesh (not shown) prepared in advance on one surface of the
즉, 상기 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)에는 상기 전극(130)이 형성되어질 위치에 미세한 구멍이 천공 형성되도록 하고, 이러한 미세 구멍을 통해 상기 은이나 동과 같은 금속 분말이 통과하도록 함으로써 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 스크린프린팅되도록 하는 과정이다.That is, fine holes are formed in the metal mask or the metal mesh at the position where the
따라서, 상기 은이나 동과 같은 금속 분말은 스크린프린팅된 후에 상부기판(110) 또는 하부기판(120)으로부터 분리되지 않고 부착된 상태를 유지할 수 있도록, 유기용제와 혼합된 슬러리 상태로 적용되어야 함이 바람직하다.Therefore, the metal powder such as silver or copper should be applied in a slurry state mixed with an organic solvent so that the metal powder such as silver or copper may remain attached without being separated from the
그리고, 상기 전극형성단계(S400)가 완료된 상부전극(132) 또는 하부전극(134)은 도 11과 같이 등간격으로 이격된 상태가 된다.The
이후 상기 상부전극(132) 또는 하부전극(134) 일면에 슬러리를 사출성형하여 P형반도체(140) 또는 N형반도체(150)를 사출 성형하는 반도체형성단계(S500)가 실시된다.Thereafter, the semiconductor forming step (S500) of performing injection molding of the P-
즉, 상기 반도체형성단계(S500)는 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 형성된 상부기판(110) 또는 하부기판(120)에 전술한 사출금형(200)을 이용하여 P형반도체(140) 또는 N형반도체(150)를 사출성형하는 과정으로 다수 과정을 포함하여 구성된다.That is, the semiconductor forming step (S500) is a P-
즉, 상기 반도체형성단계(S500)는 상기 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 형성된 상부기판(110) 또는 하부기판(120)을 사출금형(200) 내부에 인서트(insert)하는 금형장입과정(S520)과, 상기 사출금형(200) 내부에 슬러리를 사출하여 P형반도체(140) 또는 N형반도체(150)를 형성하는 슬러리사출과정(S540)과, 사출된 슬러리를 일정 두께만큼 절단하는 두께보정과정(S560)과, 사출금형(200)을 형개(型開)하는 금형개방과정(S580)과, 개방된 사출금형(200) 내부로부터 슬러리가 부착된 상부기판(110) 또는 하부기판(120)을 인출하는 기판인출과정(S590)으로 이루어진다.In other words, the semiconductor forming step S500 may include inserting an
상기 반도체형성단계(S500)를 첨부된 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 금형장입과정(S520)은 도 6과 같이 성형공간(242) 내부에 상부전극(132)이 부착된 상부기판(110)을 인서트(insert)하는 과정으로, 상기 P형반도체(140) 또는 N형반도체(150)가 형성되어질 상부전극(132)이 좌측에 위치하게 된다.Referring to the semiconductor forming step (S500) with reference to Figures 5 to 10, the mold loading process (S520) is the
이후 상기 사출금형(200) 내부를 형폐한 다음 상기 사출성형기를 이용하여 슬러리를 사출하는 슬러리사출과정(S540)을 실시하게 된다.Thereafter, the
상기 슬러러사출과정(S540)에서 슬러리는 슬러리유동홀(222)과 반도체형성홀(262)을 동시에 채워져 도 7과 같은 상태가 된다.In the slurry injection process (S540), the slurry is simultaneously filled with the
이후 상기 N형반도체(150) 또는 P형반도체(140)의 요구되는 두께만큼 슬러리를 절단하는 두께보정과정(S560)이 실시된다. 상기 두께보정과정(S560)에서는 가동측금형(240)과 절단금형(260)이 동시에 도 8과 같이 하방향으로 움직여 슬러리에 전단력을 발생함으로써 슬러리를 절단하게 되며,Thereafter, a thickness correction process (S560) of cutting the slurry by the required thickness of the N-
이때 상기 반도체형성홀(262)에 채워져 있는 슬러리는 결국 상기 N형반도체(150) 또는 P형반도체(140)의 두께 및 크기와 대응되게 된다.In this case, the slurry filled in the
이후 상기 가동측금형(240)을 우측방향으로 이동시켜 성형공간(242)을 외부로 개방시키게 된다.(금형개방과정:S580)Thereafter, the
이때 상기 반도체형성홀(262) 내부에 사출되어 있던 슬러리는 우측방향으로 점차 크기가 증가하도록 형성된 반도체형성홀(262)의 형상에 의해 상부전극(132)에 부착된 상태로 반도체형성홀(262)로부터 분리된다.At this time, the slurry injected into the
그런 다음 상기 슬러리 및 상부전극(132)이 부착된 상부기판(110)을 성형공간(242)으로부터 분리하게 되면 도 11과 같이 상부기판(10)의 전면에 이격 형성된 상부전극(132)의 일부분에는 슬러리가 형성된다.Then, when the
상기와 같은 과정에 따라 반도체형성단계(S500)는 완료되며, 상기 하부전극(134)이 부착된 하부기판(120)에 N형반도체(150) 또는 P형반도체(140)를 형성하는 과정은 상부기판용 사출금형(200)과는 별도로 준비된 사출금형을 이용하여 금형장입과정(S520), 슬러리사출과정(S540) 및 두께보정과정(S560)을 동일하게 실시하면 된다.According to the above process, the semiconductor forming step S500 is completed, and the process of forming the N-
상기와 같은 과정이 완료되면, 상기 전극(130) 위에 형성된 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 250℃ 이하의 온도의 비산화성 분위기중에서 1-3시간동안 탈바인딩 처리되어 유기 용제가 제거된다.When the above process is completed, the P-
이후 상기 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)과 하부전극(134)이 형성된 하부기판(120)은 도 10과 같이 위치시킨 상태로 소결금형(미도시) 내부에 장입한 다음 가열 가압하여 소결함으로써 모듈형성단계(S600)를 끝으로 열전모듈의 제조가 완료된다.Thereafter, the
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the above technical scope.
예를 들어 본 발명의 일실시예에서는, 절단금형의 상/하방향 움직임에 의해 슬러리가 절단되도록 구성하였으나, 슬러리를 정밀한 두께로 절단하는 범위 내에서 별도의 절단용 칼을 이용하여 절단할 수도 있을 것이다.For example, in one embodiment of the present invention, the slurry is cut by the up / down movement of the cutting mold, but may be cut using a separate cutting knife within the range of cutting the slurry to a precise thickness. will be.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 열전모듈에서는, 사출금형 내부에 인서트(Insert)된 기판 일면에 P형반도체 또는 N형반도체가 사출 성형되도록 구성하였다.As described in detail above, in the thermoelectric module according to the present invention, the P-type semiconductor or the N-type semiconductor is configured to be injection molded on one surface of the substrate inserted into the injection mold.
전극과 P형반도체 및 N형반도체의 두께를 미세하게 조절하여 박막화가 가능한 이점이 있다.The thickness of the electrode, the P-type semiconductor, and the N-type semiconductor can be finely controlled to have a thin film.
또한, 다양한 크기 및 형상을 가지는 열전모듈을 구현 가능한 이점이 있다.In addition, there is an advantage that can implement a thermoelectric module having a variety of sizes and shapes.
그리고, 본 발명에서는, P형반도체 및 N형반도체가 사출 성형된 후 얇은 두께를 갖도록 절단함으로써 제조 공정이 단순화되어 생산성이 향상되며 제조원가가 현저히 절감되는 이점이 있다.In addition, in the present invention, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are injection molded and cut to have a thin thickness, thereby simplifying the manufacturing process, thereby improving productivity and significantly reducing manufacturing costs.
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