KR20120081777A - 열전 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20120081777A
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윤영복
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Abstract

본 발명은 대향하는 한 쌍의 기판, 열전 소자, 및 전극을 포함하며, 상기 전극은 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 위치에 요철부를 가지는 것인 열전 모듈과 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 열전 소자와 금속 전극이 접합되지 않는 부위의 금속 전극에 일정 간격으로 돌출된 요철부를 형성함으로써 잉여 솔더가 각 열전 소자들 사이에 고이지 않게 하여　솔더링　시 발생하는 열이 열전소자에 전달되거나 열응력이 발생하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 열전 모듈에서 금속 전극의 구조 변경을 통하여 접착부와 소자 부분의 손상을 저감시켜 모듈의 열전성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

열전 모듈 및 이의 제조방법{Thermoelectric module and method of preparing the same}
본 발명은 열전 성능 및 신뢰성이 개선된 열전 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 열전 장치는 열전 소자, 전극, 및 기판(substrate)으로 구성된 모듈부와 이러한 모듈에 DC 전원을 공급하는 전원부로 나뉘어진다.
다음 도 1은 전원부를 제외한 모듈부의 구조를 나타낸 것이다. 열전 소자(thermoelectric element)로서 일반적으로 N형(11)과 P형(12) 반도체가 사용되며 복수의 쌍을 이루는 N형(11)과 P형(12) 반도체를 평면에 배열하고 이를 다시 금속 전극들(13, 14)을 이용해 직렬로 연결하여 모듈을 구성한다.
모듈에 전류를 인가하면 한편의 금속 전극에서 캐리어(carrier)인 전자(electron, e-)와 정공(hole, h+)이 생성 되어 N형 반도체로는 전자가, P형 반도체로는 정공이 각각 흐르며 열을 전달하고 이들 캐리어는 반대편 전극에서 재결합 된다. 　
캐리어가 생성되는 전극과 그와 인접한 기판(15)에서는 흡열이, 캐리어가 재결합 되는 전극과 그와 인접한 기판(16)에서는 발열이 일어나는데 이들 부위를 각각 저온부(cold side)와 고온부(hot side)로 불리며 열전 모듈의 양면을 구성한다.
통상 열전 모듈은 다음 도 1과 같은 기판, 전극, 열전 소자의 구조로 이루어지며, 상기 전극과 기판은 소성, 도금, 접착 등의 방법을 이용하여 평평하게 접착되고, 열전 소자와 전극은 주로 솔더(solder)를 이용하여 접착시킨다. 그러나, 이러한 종래 방식은 열전 소자들 사이에 여분의 솔더가 뭉치는 현상이 발생하여 열 응력이 발생하거나, 열전 반도체의 성능 및 신뢰성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 솔더링이 뭉침으로 인해 전류가 흐르는 path가 이탈되어 열전 모듈의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
또한, 상기 열전 모듈은 각 소자와 기판의 열팽창 계수 차이에 따라 기판 휨 변형이 발생한다. 이러한 기판 휨　변형은 접착부, 소자　등에　손상을 유발시키는데, 소자의 손상은 열전 신뢰성 및 성능을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
따라서 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 본 발명의 목적은 금속 전극의 형상을　설계하여 열전 성능 및 신뢰성이 개선된 열전 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 열전 모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은 대향하는 한 쌍의 기판, 열전 소자, 및 전극을 포함하며, 상기 전극은 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 위치에 요철부를 가지는 것일 수 있다.
상기 요철부는 열전 소자와 전극이 접합되지 않는 부위의 전극 위에 형성된 것일 수 있다.
상기 전극에 형성된 요철부는 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 폭과, 솔더링 접착시 이웃하는 열전 소자로 솔더가 이동되지 않는 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 전극에 형성된 요철부의 두께는 100~300㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 요철부는 상기 전극과 일체형으로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 요철부는 상기 전극과 상이한 별도의 부재를 부착시켜 형성되는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 제조방법은 대향하는 한 쌍의 기판에 전극들에 요출부를 형성시키는 단계, 및 열전 소자들과 전극들을 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 요철부는 화학 도금법을 이용하여 전극과 일체형으로 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 요철부는 전극을 형성시킨 후, 요철부 형상만큼 별도의 부재를 부착시켜 형성시킬 수도 있다.
별도의 부재로 부착시키는 경우, 상기 부재는 동판 및 도금된 동판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서는 열전 소자와 접합되지 않는 부위의 금속 전극에 일정 간격으로 돌출된 요철부를 형성함으로써 잉여 솔더가 각 열전 소자들 사이에 고이지 않게 하여　솔더링　시 발생하는 열이 열전소자에 전달되거나 열응력이 발생하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 열전 모듈에서 금속 전극의 구조 변경을 통하여 접착부와 소자 부분의 손상을 저감시켜 모듈의 열전성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상의 기판, 전극, 열전 소자의 구조로 이루어지는 열전모듈의 구조를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 구조를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
본 발명은 금속 전극의 형상을 변경하여 신뢰성을 향상시킨 열전 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열전 모듈은 대향하는 한 쌍의 기판, 상기 기판에 형성된 전극들, 및 상기 전극들에 직렬 연결된 열전 소자를 포함하며, 상기 전극은 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 위치에 요철부를 가지도록 그 구조를 변경한 것이다.
열전 모듈은 서로 대향하는 한 쌍의 기판 위에 금속 전극들이 형성되며, 상기 금속 전극들과 수직인 방향으로 열전 소자들이 접합된다. 본 발명에서는 상기 전극과 열전 소자들을 솔더링을 통하여 접합시킴에 있어 솔더링 뭉침을 방지하기 위하여, 상기 금속 전극과 열전 소자들이 접합되지 않는 부위에 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 위치에 일정 간격 돌출된 요철부를 포함하도록 하였다.
본 발명에 따르면, 금속 전극 상에 열전 소자인 P형 반도체와 N형 반도체가 접합되는데, 상기 요철부는 상기 이웃하는 P형 반도체와 N형 반도체 간의 이격된 위치에 형성시킨다.
따라서, 상기 전극에 형성된 요철부는 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 거리만큼의 폭을 가지며, 솔더링 접착시 이웃하는 열전 소자로 솔더가 이동되지 않는 범위의 두께, 바람직하기로는 100㎛ ~ 300㎛ 이다.
상기 요철부는 열전 소자와 전극이 접합되지 않는 부위의 전극 위에 형성된 다. 따라서, 솔더를 이용하여 상기 전극과 열전 소자들을 접합시킬 때 솔더가 열전 소자들 간의 사이에 뭉치는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 상기 열전 소자들 간의 사이에 전극의 요철부가 형성되어 있기 때문에 금속 전극과 열전 소자들을 최적의 솔더만을 이용하여 접합시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 요철부는 상기 전극과 일체형으로 형성시킬 수 있다. 이는 상기 전극 위에 화학적 도금법을 이용하여 상기 요철부 형상을 형성시키는 것이다. 이때 사용되는 도금액은 통상의 화학 도금액에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 요철부는 상기 전극과 상이한 별도의 부재를 부착시켜 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 위에 요철부의 형상대로 별도의 부재를 이용하여 프레스 등의 방법을 이용하여 plate 형태로 제조하여 부착시킬 수 있다. 이때 사용되는 부재의 재질은 상기 전극과 동일한 것이 바람직하며, 동판 및 도금된 동판이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 제조방법은 대향하는 한 쌍의 기판에 전극들에 요철부를 형성시키는 단계, 및 열전 소자들과 상기 전극들을 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 열전 모듈에 포함되는 기판, 전극 및 열전 소자들은 통상의 열전 모듈에 사용되는 것들이면 모두 가능하며, 특별히 그 종류가 한정되는 것은 아니다.
상기 전극에 요철부를 형성시키는 방법은 화학 도금법을 이용하여 전극과 일체형으로 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 전극에 요철부를 형성시키는 다른 방법은 전극을 형성시킨 후, 요철부 형상만큼 별도의 부재를 부착시켜 형성시킬 수도 있다. 별도의 부재로 부착시키는 경우, 상기 부재는 동판, 및 여러 가지 도금액으로 도금된 동판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 상기 동판의 도금액도 특별히 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
다음 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 구조를 나타낸 것이고, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
열전 소자(thermoelectric element)로서 일반적으로 N형(111)과 P형(112) 반도체가 사용되며 복수의 쌍을 이루는 N형(111)과 P형(112) 반도체를 평면에 배열하고 이를 다시 금속 전극들(113, 114)을 이용해 직렬로 연결하여 모듈을 구성한다. 상기 금속 전극들(113, 114)는 각각 기판(115, 116)에 형성되어 있다.
상기 금속 전극(113)에는 상기 열전 소자인 N형(111)과 P형(112) 반도체와 접합되지 않는 부위에 대향하는 다른 금속 전극(114) 방향으로 일정 간격 돌출된 요철부(117)를 포함한다. 그 다음, 상기 금속 전극들(113, 114)과 열전 소자들인 N형(111)과 P형(112) 반도체를 솔더 레지스트 조성물을 이용하여 솔더(118)에 의해 접합시킨다.
여기서 상기 요철부(117)는 상기 금속 전극(113)의 상에 형성되고, 이웃하는 열전 소자들인 N형(111)과 P형(112) 반도체 사이의 폭을 가지며, 상기 금속 전극들과 열전 소자들을 접합시키는 솔더(118)의 두께보다는 두꺼운 높이로 형성시키는 것이 바람직하다.
따라서, 모듈에 전류를 인가하여 구동시킬 때, 각 전자와 정공의 흐름이 불규칙한 솔더 뭉침 등으로 인해 이탈되거나 끊어지는 등의 문제없이 정해진 path를 따라 이동할 수 있고, 제품 신뢰성이 개선되는 효과를 가진다.
상기 요철부는 서로 대향하는 전극들에 모두 형성되는 것이며, 그 폭과 두께는 상기 설명한 바와 같다.
또한, 상기 요철부의 형성은 화학 도금액을 이용하여 전극과 일체형으로 형성시킬 수도 있고, 별도의 부재를 이용하여 판상의 요철부를 만들어 상기 전극에 부착시킬 수도 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 열전 모듈은 열전 소자와 금속 전극이 접합되지 않는 부위의 금속 전극에 일정 간격으로 돌출된 요철부를 형성함으로써 잉여 솔더가 각 열전 소자들 사이에 고이지 않게 하여　솔더링　시 발생하는 열이 열전소자에 전달되거나 열응력이 발생하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 열전 모듈의 열전성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 대향하는 한 쌍의 기판, 열전 소자, 및 전극을 포함하며,
    상기 전극은 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 위치에 요철부를 가지는 것인 열전 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 요철부는 열전 소자와 전극이 접합되지 않는 부위의 전극 위에 형성된 것인 열전 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 요철부는 이웃하는 열전 소자 간의 이격된 폭과, 솔더링 접착시 이웃하는 열전 소자로 솔더가 이동되지 않는 범위의 두께를 가지는 것인 열전 모듈.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 요철부의 두께는 100㎛ ~ 300㎛인 것인 열전 모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 요철부는 상기 전극과 일체형으로 형성되는 것인 열전 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 요철부는 상기 전극과 상이한 별도의 부재를 부착시켜 형성되는 것인 열전 모듈.
  7. 대향하는 한 쌍의 기판에 전극들에 요철부를 형성시키는 단계, 및
    열전 소자들과 상기 전극들을 접합시키는 단계를 포함하는 열전 모듈의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 요철부는 화학 도금법으로 형성된 것인 열전 모듈의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 요철부는 상기 전극을 형성시킨 후, 요철부 형상만큼 별도의 부재를 부착시킨 것인 열전 모듈의 제조방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019066354A1 (ko) * 2017-09-26 2019-04-04 엘지이노텍 주식회사 열전 소자
CN111133596A (zh) * 2017-09-26 2020-05-08 Lg伊诺特有限公司 热电装置
EP3690966A4 (en) * 2017-09-26 2021-07-21 LG Innotek Co., Ltd. THERMOELECTRIC DEVICE
CN111133596B (zh) * 2017-09-26 2023-10-31 Lg伊诺特有限公司 热电装置

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