KR20130009443A - 열전 모듈 - Google Patents

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최동혁
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Abstract

본 발명은 열전 모듈을 공개한다. 상기 열전 모듈은, 일면에 복수의 홈들이 형성된 상부 기판 및 하부 기판; 상기 복수의 홈들에 매립되도록 형성되는 복수의 방열 패드; 상기 복수의 방열 패드의 표면에 형성되며, 상기 복수의 방열 패드와 일대일 대응되도록 형성되는 복수의 전극; 및 p형 소자 및 n형 소자를 포함하며, 상기 복수의 전극과 전기적으로 연결되는 열전소자를 포함한다. 그에 따라, 열전 모듈은 상부기판 및 하부기판 각각에 형성된 홈들 내부에 방열 패드를 매립되도록 형성하여 열 전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판과 전극 사이의 전기적 쇼트(Short)가 발생하지 않도록 절연체로서 사용될 수 있다.

Description

열전 모듈{THERMOELECTRIC MODULE}
본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 특히, 방열 패드를 포함하는 열전 모듈에 관한 것이다.
화석 에너지 사용의 급증으로 지구 온난화 및 에너지 고갈 문제가 야기되고 있으며, 이에 의해 열전 모듈(Thermoelectric Module)에 관한 관심이 높아지고 있다.
열전 모듈은 대기 오염을 일으키는 원인 물질의 하나인 프레인 가스 등을 대체하여 냉각 수단으로 활용되고 있을 뿐만 아니라, 제벡 효과(Seebeck Effect)에 의한 소형 발전기로도 널히 사용되고 있는 소자이다.
열전 모듈은 열전 소자를 매개로 금속이 상호 접지되어 형성된 루프에 전류가 흐르게 되면 페르미 에너지 차이로 전위차가 발생하게 되고, 그에 의해 전자가 한쪽 금속 면에서 다른 쪽으로 이동하기 위해 필요한 에너지를 가지고 가기 때문에 흡열 또는 냉각이 일으키게 된다.
반면, 다른 금속 면은 상기 전자가 가지고 온 에너지만큼 열 에너지를 내보내기 때문에 열이 발생하게 되는데, 이를 펠티어 효과(Peltier Effect)라 하며 열전 소자에 의한 냉각 장치의 작동 원리가 된다.
이때, 상기 반도체의 종류와 전류가 흐르는 방향에 따라 흡열과 방열의 위치가 결정되며, 재질에 따라 그 효과에도 차이가 발생한다.
도 1은 일반적인 구조의 열전 모듈을 나타내는 개략적인 단면도이다.
일반적인, 열전 모듈(10)은 N형 열전 소자(11)와 P형 열전 소자(12)가 전극(3, 6)에 의해 전기적으로 연결되며, 여기서 직류 전류가 가해지면 상부 기판(13)에서는 흡열이, 하부 기판(14)에서는 방열이 일어난다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 전류의 방향에 의해 흡열과 방열의 위치는 변경될 수 있다.
한편, 상부 기판(13) 및 하부 기판(14)은 열전달성이 높아야됨과 동시에 열절연성을 가지도록 형성되어 열 전달효율을 극대화할 필요가 있다.
본 발명의 실시 예들은 열전 모듈에 관한 것으로, 열 전달 효율을 증대시키기 위한 수단을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 열전 모듈은, 일면에 복수의 홈들이 형성된 상부 기판 및 하부 기판; 상기 복수의 홈들에 매립되도록 형성되는 복수의 방열 패드; 상기 복수의 방열 패드의 표면에 형성되며, 상기 복수의 방열 패드와 일대일 대응되도록 형성되는 복수의 전극; 및 p형 소자 및 n형 소자를 포함하며, 상기 복수의 전극과 전기적으로 연결되는 열전소자를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 열전 모듈은, 하면에 제1 홈들이 형성된 상부 기판; 상기 상부 기판과 마주보는 상면에 제2 홈들이 형성된 하부 기판; 상기 상부 및 하부 기판의 상기 제1 및 제2 홈들 각각에 매립되도록 형성되는 제1 및 제2 방열 패드; 상기 제1 및 제2 방열 패드 각각과 일대일 대응되도록 형성되며, 열전 모듈에 전원이 인가될 전원의 흐름을 안내하는 제1 및 제2 전극; 및 서로 마주보도록 형성된 제1 및 제2 전극 사이에 형성되는 열전 소자를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 상부기판 및 하부기판 각각에 형성된 홈들 내부에 방열 패드를 매립되도록 형성하여 열 전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판과 전극 사이의 전기적 쇼트(Short)가 발생하지 않도록 절연체로서 사용될 수 있다.
도1은 일반적인 열전 모듈을 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 모듈을 나타내는 단면도들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 선반 라벨 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 나타내는 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전 모듈(100)은 기판(110, 120), 방열 패드(132, 134), 전극(142, 144) 및 열전 소자(152, 154)를 포함한다.
기판(132, 134)은 상부기판(110) 및 하부기판(120)으로 구성되며, 이 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 의해 상/하면 외관이 형성된다.
상술한, 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것으로 열전도성이 높은 재질로 형성된다. 일 예로, 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 알루미나(Alumina) 중 어느 하나의 도전성 금속으로 형성될 수 있다.
상부 기판(110)의 하면 및 하부 기판(120)의 상면 각각에는 일정한 간격을 두고 복수의 홈들(125)이 형성될 수 있다. 이때, 홈들(125)은 습식 또는 건식 에칭 식각 공정을 통해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 홈들(125)은, 추후에 도시될 방열 패드(132, 134)를 매립하기 위한 공간으로서 사용된다.
그리고, 상부 기판(110) 및 하부 기판(120) 각각의 두께가 일 예로, 100㎛ 이라고 가정하면, 홈의 깊이는 일 예로, 10㎛ 일 수 있다.
방열 패드(132, 134)는 상부기판(110) 및 하부기판(120) 각각에 형성된 홈들(125) 내부에 매립되도록 형성되어 열 전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판(110, 120)과 전극(142, 144) 사이의 전기적 쇼트(Short)가 발생하지 않도록 절연체로서 사용될 수 있다.
방열 패드(132, 134)는 상부 기판(110)의 하면의 홈에 형성되는 상부 방열패드(132)와, 하부 기판(120)의 상면의 홈에 형성되는 하부 방열 패드(134)를 포함하여 구성될 수 있다.
방열 패드(132, 134)는 일 예로, 고분자 수지로 형성될 수 있다. 본 발명에서의 고분자 수지라 함은, 실리콘 수지에 열전도성 필러를 분산시켜 형성된 것이다.
보다 구체적으로, 방열 패드(132, 134)는 겔(Gel)화시킨 실록산 폴리머(Siloxane Polimer)에 열전도율(Thermal conductivity)이 높은 알루미나(Alnumina), 실리콘 나이트라이드(SiNx) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나의 열전도성 필러를 조합시켜 방열용 페이스트로 형성될 수 있다.
이러한, 방열 패드(132, 134)는 스크린 인쇄 및 건조 방식을 이용하여 완성될 수 있다.
전극(142, 144)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 전원의 흐름을 안내할 수 있다.
전극(142, 144)은 일 예로, 전기 전도도가 높은 도전성 금속인 구리(Cu)로 형성될 수 있고, 전극(142, 144)의 두께는 일 예로, 100㎛일 수 있다.
전극(142, 144)은 상부 기판(110)의 하면과 접촉하는 상부 전극(144)과, 하부 기판(120)의 상면과 접촉하는 하부 전극(142)을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상부 전극(144)은 상부 기판(110)의 홈에 형성된 상부 방열 패드(134) 각각과 일대일 대응되도록 형성될 수 있고, 하부 전극(142)은 하부 기판(120)의 홈에 형성된 하부 방열 패드(132) 각각과 일대일 대응되도록 형성될 수 있다.
이때, 상부 전극(144) 및 하부 전극(142)의 장측 길이는 일 예로, 각각과 대응되는 방열 패드(132, 134)들의 장측 길이보다 작게 형성될 수 있다.
이는, 전극들(142, 144)의 장측 길이를 방열 패드들(132, 134)의 장측 길이보다 작게 형성함으로써, 기판(110, 120)과 소정의 거리를 두고 이격되도록 하여 전극(142, 144)과 기판(110, 120) 사이의 쇼트(Short)를 방지하기 위함이다.
열전 소자(152, 154)는 전극(142, 144)과 전기적으로 연결되며, 전극(142, 144)으로 직류 전류가 가해지면 상부 기판(110)에는 방열, 하부 기판(120)에서는 흡열이 발생된다. 그러나, 본 발명의 일실시예와 한정되는 것이 아니라, 하부 기판(120)에는 방열, 상부 기판(110)에서는 흡열이 발생될 수도 있다.
이러한, 열전 소자(152, 154)는 P형 열전 소자(P)와 N형 열전 소자(N)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 열전 모듈(100)은 상부기판(110) 및 하부기판(120) 각각에 형성된 홈들(125) 내부에 방열 패드(132, 134)를 매립되도록 형성하여 열 전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 기판(110, 120)과 전극(142, 144) 사이의 전기적 쇼트(Short)가 발생하지 않도록 절연체로서 사용될 수 있다.
100: 열전 모듈

Claims (12)

  1. 일면에 복수의 홈들이 형성된 상부 기판 및 하부 기판;
    상기 복수의 홈들에 매립되도록 형성되는 복수의 방열 패드;
    상기 복수의 방열 패드의 표면에 형성되며, 상기 복수의 방열 패드와 일대일 대응되도록 형성되는 복수의 전극; 및
    p형 소자 및 n형 소자를 포함하며, 상기 복수의 전극과 전기적으로 연결되는 열전소자를 포함하는 열전모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 기판의 두께는, 100㎛인 열전 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들의 깊이는, 10㎛인 열전 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 패드의 장측 길이는, 상기 전극의 장측 길이보다 길게 형성되는 열전 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 패드는, 고분자 수지로 형성되는 열전 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 고분자 수지는,
    겔(Gel)화시킨 실록산 폴리머(Siloxane Ploimer)에 열전도율이 높은 알루미나(Alnumina), 실리콘 나이트라이트(SiNx) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나의 열전도성 필러를 조합시켜 방열성 페이스트로 형성된 것인 열전 모듈.
  7. 하면에 제1 홈들이 형성된 상부 기판;
    상기 상부 기판과 마주보는 상면에 제2 홈들이 형성된 하부 기판;
    상기 상부 및 하부 기판의 상기 제1 및 제2 홈들 각각에 매립되도록 형성되는 제1 및 제2 방열 패드;
    상기 제1 및 제2 방열 패드 각각과 일대일 대응되도록 형성되며, 열전 모듈에 전원이 인가될 전원의 흐름을 안내하는 제1 및 제2 전극; 및
    서로 마주보도록 형성된 제1 및 제2 전극 사이에 형성되는 열전 소자를 포함하는 열전모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방열 패드의 장측 길이는, 상기 제1 및 제2 전극의 장측 길이보다 길게 형성되는 열전 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방열 패드는, 고분자 수지로 형성되는 열전 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 수지는,
    겔(Gel)화시킨 실록산 폴리머(Siloxane Ploimer)에 열전도율이 높은 알루미나(Alnumina), 실리콘 나이트라이트(SiNx) 및 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나의 열전도성 필러를 조합시켜 방열성 페이스트로 형성된 것인 열전 모듈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 기판 각각의 두께는, 100㎛인 열전 모듈.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 홈들의 깊이는, 10㎛인 열전 모듈.
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