KR20170059838A - 열전모듈의 제조방법 - Google Patents

열전모듈의 제조방법 Download PDF

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KR20170059838A
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이한샘
송경화
김병욱
곽진우
여인웅
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현대자동차주식회사
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Abstract

개시된 본 발명은 반도체부와, 반도체부의 상부 및 하부에 구비된 전극층과, 상기 전극층에 부착된 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로, 상기 반도체부 또는 기판 중에서 어느 하나의 표면에 용사코팅에 의해 전극층을 형성하고, 상기 전극층에 상기 반도체부 또는 기판 중에서 나머지 하나를 레이저용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 한다.

Description

열전모듈의 제조방법{METHOD OF MAKING THERMOELECTRIC MODULES}
본 발명은 열전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성이 대폭 향상된 열전모듈을 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
열전모듈은 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용한 소자의 총칭으로, 열전소자에는 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에효과를 이용한 소자 등이 있다.
최근에는 제베크효과를 통해 차량의 폐열(열에너지)을 전기에너지로 변환하는 열전모듈이 적용되고 있다.
이러한 열전모듈은 고온부와 저온부 사이의 온도차이가 클수록 그 출력이 커질 수 있고, 이를 위해 배기가스의 폐열을 이용하여 그 온도차이를 증가시켜 출력을 향상시킬 수 있다.
이러한 열전모듈은 P형 반도체 및 N형 반도체가 한 쌍으로 이루어진 반도체부와, 반도체부의 상부 및 하부에 각각 접합된 전극부과, 상기 전극부이 접합되는 한 쌍의 기판 등으로 이루어진다.
이러한 열전모듈을 제조하는 방법으로는 노(furnace)를 이용하여 반도체, 전극부, 기판 등을 고온 분위기에서 접합하는 방식이 주로 적용되고 있다. 하지만, 이러한 노(furnace)를 이용한 방식은 가열 및 냉각 과정에서 과도하게 많은 열이 각 소재 및 접합부 등에 노출될 수 있고, 이에 소재들에 크랙이 발생하거나 접합부에서 탈락 등이 발생하여 그 내구성이 현저히 저하되는 단점이 있었다.
또한, 반도체부 및 전극부 등을 기판 측에 접합하기 위해서는 기판 위에 솔더 및 브레이징 페이스트 등과 같은 접합제를 균일하게 도포하여야 한다.
이러한 접합제의 균일한 도포를 위하여 스크리닝이 주로 이용되고 있다. 하지만, 이러한 스크리닝에 의해서도 접합제의 균일한 도포를 효과적으로 달성하기 어려우므로 그 접합강도의 신뢰성이 저하되고, 이에 열전모듈의 지속적인 출력을 유지하기 어려운 단점이 있었다.
또한, 종래의 열전모듈은 반도체부, 접합제, 전극부의 열팽창계수가 서로 상이함에 따라 열팽창에 의한 내구성이 저하되는 단점이 있었다.
한편, 종래의 열전모듈은 주로 250℃ 이하의 환경에서만 적용되며, 배기매니폴드 등과 같은 차량의 고온/고진동 조건에 열전모듈이 적용될 경우에는 반도체부의 탈락, 기판들의 분리, 접합제의 용융 등과 같은 다양한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러단점을 해결하기 위하여 연구개발된 것으로, 구성요소(반도체부, 전극부, 기판)들 사이의 접합강도 등을 향상시켜 그 내구성을 높일 수 있고, 제조공정의 간략화를 통해 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 열전모듈의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 반도체부와, 반도체부의 상부 및 하부에 구비된 전극층과, 상기 전극층에 부착된 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
상기 반도체부 또는 기판 중에서 어느 하나의 표면에 전극층을 형성하고,
상기 전극층을 상기 반도체부 또는 기판 중에서 나머지 하나에 레이저용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층은 용사코팅에 의해 상기 반도체부 또는 기판 중에서 어느 하나의 표면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예는 반도체부와, 반도체부의 상부에 형성된 상부 전극층과, 상기 반도체부의 하부에 형성된 하부 전극층과, 상기 상부 전극부가 부착되는 상부 기판과, 상기 하부 전극부가 부착되는 하부 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
상기 상부 기판의 표면에 용사코팅에 의해 상부 전극층을 형성함과 더불어, 상기 하부 기판의 표면에 용사코팅에 의해 하부 전극층을 형성하는 전극층 형성단계; 및
상기 상부 전극층 및 하부 전극층 사이에 상기 반도체부를 레이저 용접에 의해 접합하는 반도체부 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층 형성단계 이전에, 상기 상부 기판의 표면 및 상기 하부 기판의 표면에 표면처리층을 형성하고, 상기 표면처리층은 상기 전극층에 대해 친화력을 가진 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층 형성단계는, 용사코팅에 의해 상기 상부 기판의 표면 및 상기 하부 기판의 표면에 도전성 금속재료를 코팅함으로써 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체부 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층을 용융시킴으로써 상기 반도체부의 상면과 상기 상부 전극층을 접합시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층을 용융시킴으로써 상기 반도체부의 하면과 상기 하부 전극층을 접합시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예는 반도체부와, 반도체부의 상부에 형성된 상부 전극부와, 상기 반도체부의 하부에 형성된 하부 전극부와, 상기 상부 전극부가 부착되는 상부 기판과, 상기 하부 전극부가 부착되는 하부 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
상기 반도체부의 상면 및 하면 각각에 용사코팅에 의해 상부 전극층 및 하부 전극층을 형성하는 전극층 형성단계; 및
레이저 용접에 의해 상기 상부 전극층에 상기 상부 기판을 접합하고, 레이저 용접에 의해 상기 하부 전극층에 상기 하부 기판을 접합하는 기판 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층 형성단계 이전에, 상기 반도체부의 상면 및 하면에 표면처리층을 형성하고, 상기 표면처리층은 상기 전극층에 대해 친화력을 가진 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체부는 N형 반도체와 P형 반도체가 적어도 한 쌍으로 이루어지고,
상기 전극층 형성단계는, 상기 N형 반도체의 상면 및 하면과 상기 P형 반도체의 상면에 용사코팅에 의해 도전성 금속재료를 코팅함으로써 상부 전극층 및 하부 전극층을 용사코팅에 의해 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층 형성단계 이후에, 상기 N형 반도체의 상부 전극층과 상기 P형 반도체의 상부 전극층 사이에 제1접속부를 접합하고, 상기 P형 반도체의 하부 전극층과 상기 N형 반도체의 하부 전극층 사이에 제2접속부를 접합하며, 상기 제1접속부 및 상기 제2접속부는 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층과 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층 및 상기 제1접속부를 용융시킴으로써 상기 상부 전극층 및 제1접속부에 상기 상부 기판을 접합시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부를 용융시킴으로써 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부에 상기 하부 기판을 접합시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층 형성단계 이후에, 상기 상부 기판의 표면에 제1접속부를 용사코팅에 의해 형성하고, 상기 하부 기판의 표면에 제2접속부를 용사코팅에 의해 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층 및 상기 제1접속부를 용융시킴으로써 상기 상부 전극층에 상기 상부 기판을 접합시킴과 더불어 상기 제1접속부에 의해 상기 N형 반도체의 상부 전극층과 상기 P형 반도체의 상부 전극층을 접속시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부를 용융시킴으로써 상기 하부 전극층에 상기 하부 기판을 접합시킴과 더불어 상기 제2접속부에 의해 상기 P형 반도체의 하부 전극층과 상기 P형 반도체의 하부 전극층을 접속시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 반도체부 또는 기판에 대해 용사코팅을 통해 전극층을 일체로 형성한 후에 레이저 용접을 통해 전극층을 용융시킴으로써 반도체부 또는 기판를 전극층에 대해 매우 견고하게 접합할 수 있고, 이를 통해 열전모듈의 구성요소들 사이의 접합강도을 대폭 향상시켜 그 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제조공정의 간략화를 통해 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 접합강도의 향상 등을 통해 열전모듈의 적용조건을 보다 폭넓게 할 수 있으므로 차량의 고온/고진동 조건에도 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에서, 상부 기판 및 하부 기판에 상부 전극층 및 하부 전극층을 용사코팅에 의해 형성한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에서, 상부 기판에 형성된 상부 전극층과 하부 기판에 형성된 하부 전극층 사이에 반도체부를 레이저 용접에 의해 접합하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에 의해, 열전모듈이 완성된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에서, 반도체부의 P형 반도체 및 N형 반도체에 상부 전극층 및 하부 전극층을 용사코팅에 의해 형성한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에서, P형 반도체의 상부 전극층과 N형 반도체의 상부 전극층을 제1접속부에 의해 전기적으로 연결하고, P형 반도체의 하부 전극층과 N형 반도체의 하부 전극층을 제2접속부에 의해 전기적으로 연결한 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에서, 레이저용접에 의해 반도체부의 상부 전극층을 상부 기판에 접합하고, 레이저용접에 의해 반도체부의 하부 전극층을 하부 기판에 접합하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법에 의해, 열전모듈이 완성된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
본 발명에 의해 제조되는 열전모듈(10)은 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이, 반도체부(20)와, 반도체부(20)의 상부에 접속된 상부 전극층(31)과, 반도체부(20)의 하부에 접속된 하부 전극층(32)과, 상부 전극층(31)이 부착되는 상부 기판(41)과, 하부 전극층(32)이 부착되는 기판(42)을 포함할 수 있다.
반도체부(20)는 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)가 적어도 한 쌍으로 이루어져 구성될 수 있다.
상부 전극층(31)은 인접한 N형 반도체(21)의 상부 및 P형 반도체(22)의 상부를 접속시키고, 하부 전극층(32)은 인접한 P형 반도체(22)의 하부 및 N형 반도체(21)의 하부를 접속시킨다.
그리고, 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)은 지그재그 형태로 배열된다.
도 1은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법은 반도체부(20) 또는 기판(41, 42) 중에서 어느 하나의 표면에 도전성 금속재료(예컨대, Ag, Cu, Ni, Au 등)를 이용하여 용사코팅을 실시하여 전극층(31, 32)을 일체로 형성하는 용사코팅 단계(S2)와, 용사코팅에 의해 일체로 형성된 전극층(31, 32)에 레이저를 조사하여 용융시킴으로써 전극층(31, 32)에 기판(40) 또는 반도체부(20)을 접합하는 레이저 용접단계(S3)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상부 기판(41)의 표면에 Ag, Cu, Ni, Au 등과 같은 도전성 금속재료를 이용하여 용사코팅을 실시하여 상부 전극층(31)을 일체로 형성할 수 있고, 하부 기판(42)의 표면에 Ag, Cu, Ni, Au 등과 같은 도전성 금속재료를 이용하여 용사코팅을 실시하여 하부 전극층(32)을 일체로 형성할 수 있다(S2).
상술한 용사코팅에 의해 형성되는 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)은 최대 10mm 이하로 조절될 수 있다. 그리고, 용사코팅의 조건은 15000℃이하에서 0.1~600초의 시간동안 진행될 수 있다. 이를 통해 반도체부(20)의 손상이 가지 않으면서도 열전모듈의 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)의 최대 두께를 효과적으로 구현할 수 있다.
한편, 상술한 용사코팅(S2) 이전에 상부 기판(41)의 표면과 하부 기판(42)의 표면에 표면처리층(51, 52)을 형성할 수 있고(S1), 표면처리층(51, 52)은 Ni, Ti, Mo 등과 같이 전극층(31, 32)에 대해 친화력을 가진 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 표면처리층(51, 52)에 의해 용사코팅에 의한 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)의 형성이 보다 용이하고 이루어질 뿐만 아니라 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)이 상부 기판(41) 및 하부 기판(42)에 보다 견고한 일체화된 구조를 형성될 수 있다.
그런 다음에, 도 3을 참조하면, 상부 기판(41)의 상부 전극층(31)과 하부 기판(42)의 하부 전극층(32) 사이에 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)를 레이저 용접에 의해 접합한다(S3).
상부 기판(41)의 이면에서 레이저를 조사하여 상부 전극층(31)을 용융시킴으로써 상부 전극층(31)에 N형 반도체(21)의 상면 및 P형 반도체(22)의 상면을 접합시킬 수 있고, 하부 기판(42)의 이면에서 레이저를 조사하여 하부 전극층(32)을 용융시킴으로써 하부 전극층(32)에 N형 반도체(21)의 상면 및 P형 반도체(22)의 상면을 접합시킬 수 있다.
레이저 소스는 다이오드 레이저, IR 레이저 등과 같이 다양한 종류가 적용가능하고, 레이저의 파워는 1~500W의 범위로 사용할 수 있다.
특히, 레이저의 조사시간은 0.3~600초의 범위일 수 있다. 이때, 레이저의 조사시간이 0.3초 미만이면 레이저에 의한 접합이 용이하게 이루어지지 못하고, 레이저의 조사시간이 600초를 초과하면 접합이 이루어지지 못하거나 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)에 손상이 갈 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 용사코팅에 의해 형성된 전극층(31, 32)을 레이저 조사를 통해 용융시키는 과정에서 고에너지에 의한 driving force로 전극층(31, 32)과 기판(41, 42) 사이의 crosslinking을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 특별한 보강 구조를 설치하지 않더라도 열전모듈(10)의 내구성이 대폭 향상될 수 있다. 이러한 내구성의 향상을 통해 차량의 고온/고진동 환경에서도 용이하게 적용될 수 있고, 지속적인 출력성능을 유지할 수 있는 장점이 있다.
상술한 레이저 용접단계(S3)를 거쳐, 도 4와 같이 상부 기판(41)의 상부 전극층(31)과 하부 기판(42)의 하부 전극층(32) 사이에 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)가 견고하게 접착됨으로써 열전모듈의 제조가 완료될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)의 각 상면 및 하면에 Ag, Cu, Ni, Au 등과 같은 도전성 금속재료를 이용하여 용사코팅을 실시하여 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)을 반도체(21, 22)에 일체로 형성할 수 있다(S2).
상술한 용사코팅에 의해 형성되는 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)은 최대 10mm 이하로 조절될 수 있다. 그리고, 용사코팅의 조건은 15000℃이하에서 0.1~600초의 시간동안 진행될 수 있다. 이를 통해 반도체부(20)의 손상이 가지 않으면서도 열전모듈의 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)의 최대 두께를 효과적으로 구현할 수 있다.
한편, 상술한 용사코팅(S2) 이전에 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)의 상면 및 하면에는 표면처리층(51, 52)을 형성할 수 있고(S1), 표면처리층(51, 52)은 Ni, Ti, Mo 등과 같이 전극층(31, 32)에 대해 친화력을 가진 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 표면처리층(51, 52)에 의해 용사코팅에 의한 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)의 형성이 보다 용이하고 이루어질 뿐만 아니라 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)이 각 반도체(21, 22)에 보다 견고한 일체화된 구조를 형성될 수 있다.
그런 다음에, 도 6과 같이, N형 반도체(21)의 상부 전극층(31)과 P형 반도체(22)의 상부 전극층(32) 사이에 제1접속부(33)를 접합함으로써 N형 반도체(21)의 상부 전극층(31)과 P형 반도체(22)의 상부 전극층(32)을 접속시킬 수 있고, P형 반도체(22)의 하부 전극층(32)과 N형 반도체(21)의 하부 전극층(32) 사이에 제2접속부(34)를 접합함으로써 P형 반도체(22)의 하부 전극층(32)과 N형 반도체(21)의 하부 전극층(32)을 접속할 수 있다.
여기서, 제1접속부(33) 및 제2접속부(34)는 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)과 동일한 도전성 금속재질로 이루어질 수 있다.
그 이후에, 도 7과 같이, 상부 기판(41)과 하부 기판(42) 사이에 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)를 레이저 용접에 의해 접합한다(S3).
상부 기판(41)의 이면에서 레이저를 조사하여 상부 전극층(31) 및 제1접속부(33)를 용융시킴으로써 상부 전극층(31) 및 제1접속부(33)에 상부 기판(41)을 접합시킬 수 있고, 하부 기판(42)의 이면에서 레이저를 조사하여 하부 전극층(32) 및 제2접속부(34)를 용융시킴으로써 하부 전극층(32) 및 제2접속부(34)에 하부 기판(42)을 접합시킬 수 있다.
레이저 소스는 다이오드 레이저, IR 레이저 등과 같이 다양한 종류가 적용가능하고, 레이저의 파워는 1~500W의 범위로 사용할 수 있다.
특히, 레이저의 조사시간은 0.3~600초의 범위일 수 있다. 이때, 레이저의 조사시간이 0.3초 미만이면 레이저에 의한 접합이 용이하게 이루어지지 못하고, 레이저의 조사시간이 600초를 초과하면 접합이 이루어지지 못하거나 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)에 손상이 갈 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 용사코팅에 의해 형성된 전극층(31, 32)을 레이저 조사를 통해 용융시키는 과정에서 고에너지에 의한 driving force로 각 반도체(21, 22)와 전극층(31, 32) 사이의 crosslinking을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 특별한 보강 구조를 설치하지 않더라도 열전모듈(10)의 내구성이 대폭 향상될 수 있다. 이러한 내구성의 향상을 통해 차량의 고온/고진동 환경에서도 용이하게 적용될 수 있고, 지속적인 출력성능을 유지할 수 있는 장점이 있다.
상술한 레이저 용접단계(S3)를 거쳐, 도 8와 같이 상부 기판(41)의 상부 전극층(31)과 하부 기판(42)의 하부 전극층(32) 사이에 반도체부(20)의 N형 반도체(21) 및 P형 반도체(22)가 견고하게 접착됨으로써 열전모듈의 제조가 완료될 수 있다.
한편, 대안적인 구성에 따르면, 용사코팅에 의해 각 반도체(21, 22)에 상부 전극층(31) 및 하부 전극층(32)을 형성한(S2) 후에, 상부 기판(41)의 표면에 제1접속부(33)를 용사코팅에 의해 일체로 형성함과 더불어, 하부 기판(42)의 표면에 제2접속부(34)를 용사코팅에 의해 일체로 형성할 수 있다.
이때, 제1접속부(33)는 N형 반도체(21)의 상부 전극층(31)과 P형 반도체(22)의 상부 전극층(31) 사이의 간격에 대응하도록 형성되고, 제2접속부(34)는 P형 반도체(22)의 하부 전극층(32)과 N형 반도체(21)의 하부 전극층(32) 사이의 간격에 대응하도록 형성된다.
이렇게 제1접속부(33) 및 제2접속부(34)를 용사코팅에 의해 상부 기판(41) 및 하부 기판(42)에 일체로 형성한 후에, 반도체(21, 22)의 상부 전극층(31)들 사이에 제1접속부(33)를 개재시킴과 더불어 반도체(21, 22)들의 하부 전극층(32)들 사이에 제2접속부(34)를 개재시킨다.
그런 다음에 상부 기판(41)의 이면에서 레이저를 조사하여 상부 전극층(31) 및 제1접속부(33)를 용융시킴으로써 상부 전극층(31)에 상부 기판(41)을 접합시킴과 더불어 제1접속부(33)의 용융에 의해 N형 반도체(21)의 상부 전극층(31)과 P형 반도체(22)의 상부 전극층(32)을 접속시키고, 하부 기판(42)의 이면에서 레이저를 조사하여 하부 전극층(32) 및 제2접속부(34)를 용융시킴으로써 하부 전극층(32)에 하부 기판(42)을 접합시킴과 더불어 제2접속부(34)의 용융에 의해 P형 반도체(22)의 하부 전극층(32)과 N형 반도체(21)의 하부 전극층(32)을 접속시킬 수 있다(S3).
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 열전모듈 20: 반도체부
21: N형 반도체 22: P형 반도체
31: 상부 전극층 32: 하부 전극층
41: 상부 기판 42: 하부 기판
51, 52: 표면처리층

Claims (13)

  1. 반도체부와, 반도체부의 상부 및 하부에 구비된 전극층과, 상기 전극층에 부착된 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
    상기 반도체부 또는 기판 중에서 어느 하나의 표면에 전극층을 형성하고,
    상기 전극층을 상기 반도체부 또는 기판 중에서 나머지 하나에 레이저용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극층은 용사코팅에 의해 상기 반도체부 또는 기판 중에서 어느 하나의 표면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  3. 반도체부와, 반도체부의 상부에 형성된 상부 전극층과, 상기 반도체부의 하부에 형성된 하부 전극층과, 상기 상부 전극부가 부착되는 상부 기판과, 상기 하부 전극부가 부착되는 하부 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
    상기 상부 기판의 표면에 상부 전극층을 형성함과 더불어, 상기 하부 기판의 표면에 하부 전극층을 형성하는 전극층 형성단계; 및
    상기 상부 전극층 및 하부 전극층 사이에 상기 반도체부를 레이저 용접에 의해 접합하는 반도체부 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  4. 청구항 3항에 있어서,
    상기 전극층 형성단계 이전에, 상기 상부 기판의 표면 및 상기 하부 기판의 표면에 표면처리층을 형성하고, 상기 표면처리층은 상기 전극층에 대해 친화력을 가진 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  5. 청구항 3항에 있어서,
    상기 전극층 형성단계는, 용사코팅에 의해 상기 상부 기판의 표면 및 상기 하부 기판의 표면에 도전성 금속재료를 코팅함으로써 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  6. 청구항 3항에 있어서,
    상기 반도체부 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층을 용융시킴으로써 상기 반도체부의 상면과 상기 상부 전극층을 접합시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층을 용융시킴으로써 상기 반도체부의 하면과 상기 하부 전극층을 접합시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  7. 반도체부와, 반도체부의 상부에 형성된 상부 전극부와, 상기 반도체부의 하부에 형성된 하부 전극부와, 상기 상부 전극부가 부착되는 상부 기판과, 상기 하부 전극부가 부착되는 하부 기판을 가진 열전모듈을 제조하는 열전모듈의 제조방법으로,
    상기 반도체부의 상면 및 하면 각각에 상부 전극층 및 하부 전극층을 형성하는 전극층 형성단계; 및
    레이저 용접에 의해 상기 상부 전극층에 상기 상부 기판을 접합하고, 레이저 용접에 의해 상기 하부 전극층에 상기 하부 기판을 접합하는 기판 접합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  8. 청구항 7항에 있어서,
    상기 전극층 형성단계 이전에, 상기 반도체부의 상면 및 하면에 표면처리층을 형성하고, 상기 표면처리층은 상기 전극층에 대해 친화력을 가진 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  9. 청구항 7항에 있어서,
    상기 반도체부는 N형 반도체와 P형 반도체가 적어도 한 쌍으로 이루어지고,
    상기 전극층 형성단계는, 상기 N형 반도체의 상면 및 하면과 상기 P형 반도체의 상면에 용사코팅에 의해 도전성 금속재료를 코팅함으로써 상부 전극층 및 하부 전극층을 용사코팅에 의해 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 전극층 형성단계 이후에, 상기 N형 반도체의 상부 전극층과 상기 P형 반도체의 상부 전극층 사이에 제1접속부를 접합하고, 상기 P형 반도체의 하부 전극층과 상기 N형 반도체의 하부 전극층 사이에 제2접속부를 접합하며,
    상기 제1접속부 및 상기 제2접속부는 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층과 동일한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  11. 청구항 10항에 있어서,
    상기 기판 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층 및 상기 제1접속부를 용융시킴으로써 상기 상부 전극층 및 제1접속부에 상기 상부 기판을 접합시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부를 용융시킴으로써 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부에 상기 하부 기판을 접합시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  12. 청구항 9항에 있어서,
    상기 전극층 형성단계 이후에, 상기 상부 기판의 표면에 제1접속부를 용사코팅에 의해 형성하고, 상기 하부 기판의 표면에 제2접속부를 용사코팅에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  13. 청구항 12항에 있어서,
    상기 기판 접합단계는, 상기 상부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 상부 전극층 및 상기 제1접속부를 용융시킴으로써 상기 상부 전극층에 상기 상부 기판을 접합시킴과 더불어 상기 제1접속부에 의해 상기 N형 반도체의 상부 전극층과 상기 P형 반도체의 상부 전극층을 접속시키고, 상기 하부 기판의 이면에서 레이저를 조사하여 상기 하부 전극층 및 상기 제2접속부를 용융시킴으로써 상기 하부 전극층에 상기 하부 기판을 접합시킴과 더불어 상기 제2접속부에 의해 상기 P형 반도체의 하부 전극층과 상기 P형 반도체의 하부 전극층을 접속시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112388189A (zh) * 2019-08-16 2021-02-23 新奥科技发展有限公司 一种模具及方钴矿热电模块的制备方法

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