KR20120071594A - 열전 모듈 - Google Patents

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KR20120071594A
KR20120071594A KR1020100133198A KR20100133198A KR20120071594A KR 20120071594 A KR20120071594 A KR 20120071594A KR 1020100133198 A KR1020100133198 A KR 1020100133198A KR 20100133198 A KR20100133198 A KR 20100133198A KR 20120071594 A KR20120071594 A KR 20120071594A
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lead wire
thermoelectric
thermoelectric element
thermoelectric module
electrode
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KR1020100133198A
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양현직
신동익
황영남
윤영복
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삼성전기주식회사
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    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
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    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서, 상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선; 상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및 상기 리드선 접합부와 열전 소자 접합부 사이를 물리적으로 차단하는 차단부; 를 포함하여 구성된다.

Description

열전 모듈{THERMOELECTRIC MODULE}
본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전 모듈과 리드선 연결시 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 방지하여 신뢰성을 향상시킨 열전 모듈에 관련된다.
열전현상은 열과 전기 사이의 가역적인 직접적인 에너지 변환을 의미하며, 재료 내부의 전자(electron)와 정공(홀, hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용하는 제벡효과(Seebeck effect)로 구분된다.
일반적인 열전 장치는 열전 소자, 전극, 기판(substrate)으로 구성된 모듈부와 이러한 모듈에 DC 전원을 공급하는 전원부로 구분할 수 있다. 도 1은 일반적인 열전 모듈의 구성을 보인 일부절개 사시도이다.
도 1을 참조하면, 열전 소자(thermoelectric element)에는 일반적으로 N형과 P형 반도체가 사용되며 복수의 쌍을 이루는 N형과 P형 반도체를 평면에 배열하고 이를 다시 금속 전극을 이용해 직렬로 연결하여 열전 모듈을 구성할 수 있다.
열전 모듈에 전류를 인가하면 한편의 금속 전극에서 캐리어(carrier)인 전자(e-)와 정공(h+)이 생성 되어 N형 반도체로는 전자가, P형 반도체로는 정공이 각각 흐르며 열을 전달하고 이들 캐리어는 반대편 전극에서 재결합된다. 캐리어가 생성되는 전극과 그와 인접한 기판에서는 흡열이, 캐리어가 재결합 되는 전극과 그와 인접한 기판에서는 발열이 일어나는데 이들 부위를 각각 저온부(cold side)와 고온부(hot side)로 칭할 수 있으며, 열전 모듈의 양면을 구성한다.
그러나 이러한 종래 방식은 전원 공급을 위한 리드선 접합 시 솔더 등의 접착부재가 열전 소자의 접합부로 흐를 수 있다.
상기와 같이 접착부재가 열전 소자 또는 열전 소자 접합부에 접촉되면, 열전 소자 접합부 또는 열전 소자 등에 손상을 야기시켜 성능 및 신뢰성에 악영향을 미친다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 리드선 접합을 위한 접착부제가 열전 소자 또는 열전 소자 접합부로 흘러가는 현상을 방지할 수 있는 열전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 일실시예에 따른 열전 모듈은, 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서, 상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선; 상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및 상기 리드선 접합부와 열전 소자 접합부 사이를 물리적으로 차단하는 차단부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 차단부은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈은, 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서, 상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선; 상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및 상기 리드선 연결용 전극의 일측면 상에서 상기 리드선 접합부와 열전 소자 접합부 사이에 구비되는 격벽;을 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 상기 격벽은 절연재료 또는 도전재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 격벽은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 접착부재로는 솔더 등이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈은, 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서, 상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선; 상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및 상기 리드선 접합부가 구비되는 전극 영역에 구비되는 요홈;를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 요홈은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 접착부재는 솔더 등이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈은, 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서, 상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선; 상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및 상기 리드선 접합부가 구비되는 부분의 전극 두께가 열전 소자 접합부가 구비되는 부분의 전극 두께보다 얇게 형성되어 이루어지는 단차부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열전 모듈은 리드선 연결시 접착부재가 열전 소자 또는 열전 소자 접합부로 흐르는 현상이 방지되므로, 열전 모듈의 열전성능 및 신뢰성을 개선할 수 있다는 유용한 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 열전 모듈의 구성을 보인 일부절개 사시도이다.
도 2는 일반적인 열전 모듈의 구성 및 리드선 연결용 전극의 구성을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중요 부분의 구성을 보인 확대 평면도, 정면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 보인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중요 부분의 구성을 보인 확대 평면도, 정면도 및 측면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 일반적인 열전 모듈(1)의 구성 및 리드선 연결용 전극(30)의 구성을 보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 일반적인 열전 모듈(1)의 전극(20)은 대부분 평면 형상으로 형성되며, 전극(20)상의 열전 소자 접합부(31)와 리드선 접합부(32)에는 아무런 경계부가 없었다.
따라서, 리드선(60)을 연결하기 위하여 접착부재를 도포하는 과정에서 접착부재가 열전 소자(50) 방향으로 넘쳐 흐를 수 있었으며, 접착부재가 열전 소자 또는 열전 소자의 접합면에 접촉됨으로써 신뢰성 저하를 유발한다는 문제점이 있었던 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보인 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈(100)은 리드선, 리드선 연결용 전극(130) 및 차단부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 리드선은 열전 모듈(100)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
상기 리드선 연결용 전극(130)은 일반적으로 열전 모듈(100)의 가장자리에 위치하며 일측에는 한 개의 N형 또는 P형 열전 소자가 접합되고, 타측에는 리드선이 접합된다.
상기와 같이 열전 소자가 접합되는 부분을 열전 소자 접합부(131), 리드선이 연결되는 부분을 리드선 접합부(132)로 칭하기로 한다.
이때, 상기 차단부는 리드선 연결용 전극(130)에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자 또는 열전 소자 접합면에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중요 부분의 구성을 보인 확대 평면도, 정면도 및 측면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈(100)은 리드선, 리드선 연결용 전극(130) 및 격벽(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 격벽(133)은 리드선 연결용 전극(130)의 일면, 즉 기판(110)과 전극(120)이 결합되는 면의 반대쪽 면에 구비될 수 있다.
또한, 상기 격벽(133)은 리드선 접합부(132)와 열전 소자 접합부(131) 사이에 위치한다.
상기와 같이 구성된 격벽(133)은 리드선 연결용 전극(130)에 리드선을 접합하기 위한 솔더 등의 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 상기 격벽(133)은 절연재료 또는 도전재료로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 보인 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중요 부분의 구성을 보인 확대 평면도, 정면도 및 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈(200)은 리드선, 리드선 연결용 전극(230) 및 요홈(233)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 요홈(233)은 리드선 연결용 전극(230)의 일면, 즉 기판(210)과 전극(220)이 결합되는 면의 반대쪽 면에 구비될 수 있다.
또한, 상기 요홈(233)은 상기 리드선 접합부(232)가 구비되는 전극(220) 영역에 구비될 수 있으며, 리드선 연결용 전극(230)에 리드선을 접합하기 위한 솔더 등의 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 요홈(233)은 리드선이 전극(220) 상에 효율적으로 접합될 수 있도록 안내하는 가이드 역할을 수행할 수 있으며, 솔더 등의 접착부재가 열전 소자 또는 열전 소자 접합부(131) 방향 뿐만 아니라 측면 방향으로도 흐르지 않게 하는 기능을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈은, 리드선, 리드선 연결용 전극 및 단차부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 단차부는 리드선 연결용 전극의 일면, 즉 기판과 전극이 결합되는 면의 반대쪽 면에 구비될 수 있다.
또한, 상기 단차부는 리드선 접합부가 구비되는 전극 부분의 두께가 열전 소자 접합부가 구비되는 전극 부분의 두께보다 얇게 형성됨으로써 이루어질 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 열전 모듈
10 : 기판
20 : 전극
30 : 리드선 연결용 전극
31 : 열전 소자 접합부
32 : 리드선 접합부
50 : 열전 소자
60 : 리드선
100 : 열전 모듈
110 : 기판
120 : 전극
130 : 리드선 연결용 전극
131 : 열전 소자 접합부
132 : 리드선 접합부
133 : 격벽
200 : 열전 모듈
210 : 기판
220 : 전극
230 : 리드선 연결용 전극
231 : 열전 소자 접합부
232 : 리드선 접합부
233 : 요홈

Claims (10)

  1. 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서,
    상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선;
    상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및
    상기 리드선 접합부와 열전 소자 접합부 사이를 물리적으로 차단하는 차단부;
    를 포함하는
    열전 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 것인
    열전 모듈.
  3. 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서,
    상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선;
    상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및
    상기 리드선 연결용 전극의 일측면 상에서 상기 리드선 접합부와 열전 소자 접합부 사이에 구비되는 격벽;
    을 포함하는
    열전 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽은 절연재료 또는 도전재료로 이루어지는 것인
    열전 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 것인
    열전 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접착부재는 솔더인
    열전 모듈.
  7. 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서,
    상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선;
    상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및
    상기 리드선 접합부가 구비되는 전극 영역에 구비되는 요홈;
    를 포함하는
    열전 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 요홈은 리드선 연결용 전극에 리드선을 접합하기 위한 접착부재가 열전 소자에 접촉하는 것을 차단하는 것인
    열전 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착부재는 솔더인
    열전 모듈.
  10. 기판, 전극, 열전 소자를 포함하는 열전 모듈에 있어서,
    상기 열전 모듈에 전원을 공급하는 리드선;
    상기 리드선이 연결되는 리드선 접합부와 열전 소자가 연결되는 열전 소자 접합부가 구비되는 리드선 연결용 전극; 및
    상기 리드선 접합부가 구비되는 부분의 전극 두께가 열전 소자 접합부가 구비되는 부분의 전극 두께보다 얇게 형성되어 이루어지는 단차부;
    를 포함하는
    열전 모듈.
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