KR100780734B1 - 열전반도체소자 유니트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전반도체소자가 수납된 하우징의 수납실을 가열하여 공기를 증발시켜 수납실 내부를 진공상태로 만들어 열전반도체소자 주변에 이슬 맺힘 현상이 발생되는 것을 제거할 수 있는 열전소자 유니트 제조방법에 관한 것으로,

히트싱크 일측면에 열전반도체소자의 방열면을 제1접착제로 가압 접착하여 고착시키는 단계(S1); 상기 열전반도체소자의 흡열면과 쿨블록의 접착면 중 어느 일측면에 제1접착제를 도포한 후, 상기 흡열면에 쿨블록을 탑재하는 단계(S2); 히트싱크와 하우징의 접면부를 제2접착제로 접착하는 단계(S3); 상기 하우징과 히트싱크를 가압 고정하는 단계(S4); 상기 하우징의 수납실과 쿨블록 사이에 형성된 틈 사이로 제2접착제를 충진시켜 하우징과 쿨블록을 접착하는 단계(S5); 상기 조립공정을 거친 유니트 형태의 어셈블리를 건조실에 넣고 가열 건조시키는 단계(S6); 및 상기 건조된 유니트 형태의 어셈블리를 자연냉각시키는 단계(S7);를 포함한다.

열전반도체소자, 열전소자, 쿨블록, 히트싱크, 접착제, 진공, 에폭시

Description

열전반도체소자 유니트 제조방법{Method menufacturing thermoelectric module unit}

도 1은 종래 열전반도체소자 유니트의 정면도

도 2는 본 발명에 의해 제조된 열전반도체소자 유니트의 사시도

도 3은 본 발명에 따른 히트싱크에 열전반도체소자가 고착된 상태의 단면도

도 4는 도 3의 열전반도체소자에 쿨블록이 탑재된 상태의 도면

도 5는 본 발명에 따른 히트싱크에 하우징이 접착된 상태의 단면도

도 6은 도 5의 원내부를 확대한 상세도

도 7은 본 발명에 따른 하우징의 너트가 인서트된 상태를 보인 확대 단면도

도 8은 본 발명에 따른 히트싱크와 하우징의 가압 고정상태를 보인 확대 단면도

도 9는 본 발명에 따른 제2접착제가 하우징과 쿨블록 사이에 충진된 상태의 단면도

도 10은 도 9의 원내부를 확대하여 하우징과 쿨블록 조립상태를 보인 상세도

도 11은 본 발명에 따른 하우징과 쿨블록의 다른 조립상태를 보인 상세도

도 12는 본 발명에 따른 하우징의 평면도

도 13은 본 발명에 따른 열전반도체소자 유니트 제조방법 순서도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 유니트 11 : 히트싱크

12 : 열전반도체소자 13 : 쿨블록

14 : 하우징 15 : 제1접착제

16 : 제2접착제 17 : 너트

본 발명은 열전반도체소자가 수납된 하우징의 수납실을 가열하여 공기를 증발시켜 수납실 내부를 진공상태로 만듦으로써 종래의 문제점인 온도변화에 따라 수분의 응결로 열전반도체소자 주변에 이슬 맺힘 현상이 발생되는 것을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 진공으로 인하여 열전소자 주변에 냉,온공기가 공존하는 현상을 원천적으로 차단하여 냉각성능을 높이고, 열전반도체소자의 두께에 상관없이 쿨블록을 간편하게 조립할 수 있는 열전반도체소자 유니트 제조방법에 관한 것이다.

열전반도체소자는 냉매를 순환시키기 위해 압축기를 가동시키는 기존의 냉각방식을 탈피한 차세대 환경친화적인 냉각방식으로서, 세라믹 재질로 이루어진 박판의 몸체 양측면이 전극전환을 통해 간단하게 냉각과 가열을 동시에 수행하여 상온 의 대상물을 -30∼+180C 까지 일정하게 유지하는 기능을 하게 된다.

도 1은 상기 열전반도체소자를 이용한 종래의 열전반도체소자 유니트(1)를 보인 것이다. 열전반도체소자(2)의 방열면에는 히트싱크(3)가 밀착고정되어 넓은 면적으로 방열을 수행하고, 흡열면에는 쿨블록(4)이 밀착고정되어 열전반도체소자(2)에서 발생된 저온의 열을 외부로 전달하게 된다. 상기 히트싱크(3)와 쿨블록(4) 외측에는 송풍팬(미도시)이 부착되어 방열 및 냉각효율을 높이게 된다.

그런데, 종래의 유니트(1)는 열전반도체소자(2) 양측에 위치한 히트싱크(3)와 쿨블록(4)을 스크류(5)나 보울트 등으로 체결하여 열전반도체소자(2)의 측면에 밀착고정하였기 때문에 열전반도체소자(2)는 공기에 노출된 상태로 사용되었다.

이와 같이 열전반도체소자(2)가 공기에 노출되면, 양측면의 온도차가 심하고 두께가 얇기 때문에 그 주변에 냉,온공기가 공존하여 저온측 표면에 수증기가 응결되어 이슬 맺힘현상이 발생하였다. 이러한 이슬맺힘 현상은 열교환기능을 저하시켜 냉각효율을 낮출 뿐만 아니라 장기적으로 유니트의 수명을 단축시키는 결과를 초래하였다.

뿐만 아니라, 유니트(1)의 핵심인 열전반도체소자(2)가 외부에 노출되어 있기 때문에 물리적인 충격이 가해지면 열전반도체소자(2)가 쉽게 손상되었으며, 유니트(1)를 조립하기 위해 스크류를 체결할 때 적정 토크(0.02kg-m/Bolt/cm) 이상으 로 체결하면 열전반도체소자(2)가 파손되는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 열전반도체소자를 밀폐형으로 조립하는 장치(출원번호:10-1998-31550)가 출원되었다. 이 장치는 케이스(9) 내부에 열전반도체소자(4)를 수납한 후 케이스(9)와 방열판(2)의 접면부에 오링(6)과 라바(7)를 설치하여 밀폐시켰으며, 케이스(9)와 냉열판(1) 사이는 접착제(14a)를 발라 밀폐시키는 구조였다.

그러나, 이러한 종래 밀폐형 유니트는 케이스(9)와 방열판(2)을 오링(6)과 라바(7)로 밀폐시키는 구조이기 때문에 내부가 진공상태가 되지 않기 때문에 수분이 내부에 존재하여 근본적으로 종래의 문제점인 이슬 맺힘 현상을 해결하지 못하였다.

그리고 상기 유니트는 오링(6)과 라바(7)로 밀폐시키는 구조이기 때문에 구조가 복잡할 뿐만 아니라 케이스(9)와 방열판(2)의 표면 거칠기가 매끈하지 않을 경우 내부로 공기가 유입되는 문제가 있었다.

또한, 오링(6)과 라바(7)가 케이스(9)와 방열판(2)에 긴밀하게 접촉하기 위해서는 스크류 등으로 케이스(9)와 방열판(2)을 체결해야 하는데 체결력이 약할 경우에도 공기가 내부로 유입되는 문제가 있어 결국 실용화되지 못하였다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 열전반도체소자 유니트의 제반 문제 점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 열전반도체소자가 수납된 하우징의 수납실을 가열하여 공기를 증발시켜 수납실 내부를 진공상태로 만듦으로써 종래의 문제점인 온도변화에 따라 수분의 응결로 열전반도체소자 주변에 이슬 맺힘 현상이 발생되는 것을 제거할 수 있는 열전소자 유니트 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 수납실을 진공상태로 만들어 열전소자 주변에 냉,온공기가 공존하는 현상을 원천적으로 차단하여 냉각성능을 높일 수 있는 열전소자 유니트 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전반도체소자의 두께에 상관없이 쿨블록을 간편하게 조립할 수 있는 열전반도체소자 유니트 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자 유니트 제조방법은, 히트싱크 일측면에 열전반도체소자의 방열면을 제1접착제로 가압 접착하여 고착시키는 단계;

상기 열전반도체소자의 흡열면과 이에 접착되는 쿨블록의 접착면 중 적어도 어느 일측면에 제1접착제를 도포한 후, 이들이 접착하여 고정될 수 있도록 상기 흡열면에 쿨블록을 탑재하는 단계;

상기 열전반도체소자 및 쿨블록을 하우징의 수납실에 수용하여 고정할 수 있도록 히트싱크와 하우징의 접면부를 제2접착제로 접착하는 단계;

하우징에 돌출된 스톱퍼가 쿨블록의 단턱을 눌러 열전반도체소자의 흡열면에 탑재된 쿨블록을 상기 흡열면에 고착시킬 수 있도록 상기 하우징과 히트싱크를 가압 고정하는 단계;

상기 하우징의 수납실과 쿨블록 사이에 형성된 틈 사이로 제2접착제를 충진시켜 하우징과 쿨블록을 접착하는 단계;

상기 조립공정을 거친 유니트 형태의 어셈블리를 건조실에 넣고 가열 건조시켜 히트싱크와 하우징 및 하우징과 쿨블록을 접착한 각각의 제2접착제를 건조시키되, 히트싱크와 쿨블록의 열전달에 의해 하우징의 수납실에 저장된 공기가 가열되어 하우징과 쿨블록 사이에 충진된 제2접착제를 통과하여 증발토록 하고 증발 후에는 상기 제2접착제가 폐쇄된 상태로 경화되어 수납실 내부가 진공상태가 되게 건조하는 단계; 및

상기 건조된 유니트 형태의 어셈블리를 자연냉각시키는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전반도체소자 유니트 제조방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의해 제조된 열전반도체소자 유니트의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트싱크에 열전반도체소자가 고착된 상태의 단면도이고, 도 4는 도 3의 열전반도체소자에 쿨블록이 탑재된 상태의 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 히트싱크에 하우징이 접착된 상태의 단면도이다. 도 8은 본 발명에 따른 히트싱크와 하우징의 가압 고정상태를 보인 확대 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 제2접착제가 하우징과 쿨블록 사이에 충진된 상태의 단면도이며, 도 10은 도 9의 원내부를 확대하여 하우징과 쿨블록 조립상태를 보인 상세도이다. 도 11은 본 발명에 따른 하우징과 쿨블록의 다른 조립상태를 보인 상세도이고, 도 12는 본 발명에 따른 하우징의 평면도이며, 도 13은 본 발명에 따른 열전반도체소자 유니트 제조방법 순서도이다.

상기 도면에서와 같이 본 발명에 따른 열전반도체소자 유니트(10) 제조방법은, 히트싱크(11) 일측면에 열전반도체소자(12)의 방열면을 제1접착제(15)로 가압 접착하여 고착시키는 단계(S1);

상기 열전반도체소자(12)의 흡열면과 이에 접착되는 쿨블록(13)의 접착면 중 적어도 어느 일측면에 제1접착제(15)를 도포한 후, 이들이 접착하여 고정될 수 있도록 상기 흡열면에 쿨블록(13)을 탑재하는 단계(S2);

상기 열전반도체소자(12) 및 쿨블록(13)을 하우징(14)의 수납실(14a)에 수용하여 고정할 수 있도록 히트싱크(11)와 하우징(14)의 접면부를 제2접착제(16)로 접착하는 단계(S3);

하우징(14)에 돌출된 스톱퍼(14b)가 쿨블록(13)의 단턱(13a)을 눌러 열전반도체소자(12)의 흡열면에 탑재된 쿨블록(13)을 상기 흡열면에 고착시킬 수 있도록 상기 하우징(14)과 히트싱크(11)를 가압 고정하는 단계(S4);

상기 하우징(14)의 수납실(14a)과 쿨블록(13) 사이에 형성된 틈(C) 사이로 제2접착제(16)를 충진시켜 하우징(14)과 쿨블록(13)을 접착하는 단계(S5);

상기 조립공정을 거친 유니트 형태의 어셈블리를 건조실에 넣고 가열하여 히트싱크(11)와 하우징(14) 및 하우징(14)과 쿨블록(13)을 접착한 각각의 제2접착제(16)를 건조시키되, 히트싱크(11)와 쿨블록(13)의 열전달에 의해 하우징(14)의 수납실(14a)에 저장된 공기가 가열되어 하우징(14)과 쿨블록(13) 사이에 충진된 제2접착제(16)를 통과하여 증발토록 하고 증발 후에는 상기 제2접착제(16)가 폐쇄된 상태로 경화되어 수납실(14a) 내부가 진공상태가 되게 건조하는 단계(S6); 및

상기 건조된 유니트 형태의 어셈블리를 자연냉각시키는 단계(S7);를 포함한다.

상기 히트싱크(11)와 열전반도체소자(12)를 고착하는 단계(S1)는 도 3과 같이 히트싱크(11) 일측면에 열전반도체소자(12)의 방열면을 제1접착제(15)로 접착한 후 제1접착제(15)가 완전히 경화되게 하여 고착시키는 공정이다.

상기 제1접착제(15)는 실제 실시예에서 열전도율이 좋은 이액형 열전도 구리스(모델명 : G-747)를 사용하였으며, 열전도는 0.85Watt/mk∼1.09Watt/mk 정도로 일액형 구리스보다 열전도가 더 좋은 것으로 알려져 있다. 상기 이액형 열전도 구리스를 히트싱크(11)와 열전반도체소자(12)의 일측면 또는 양측면에 0.1∼0.5mm 도포한 후 이들을 접착시킨 후 집게와 같은 가압수단으로 히트싱크(11)와 열전반도체소자(12)를 서로 밀착시킨 다음 60∼100℃의 건조실에서 약 1∼3시간 건조하여 제1접착제(15)를 경화시켜 히트싱크(11)와 열전반도체소자(12)를 고착시켰다.

실제 실시예에서는 이액형 열전도 구리스를 히트싱크(11)와 열전반도체소자(12) 각 측면에 0.1mm 도포한 후 80℃에서 2시간 동안 건조하였더니 이액형 열전도 구리스가 완전히 경화되었다.

상기 제1접착제(15)는 열전반도체소자(12)에서 발생하는 열을 히트싱크(11)에 전달하여 방열효과를 높일 수 있도록 하기 위한 것으로 접착력이 우수하고 열전도율이 높을수록 좋다. 상기 제1접착제(15)는 히트싱크(11)와 하우징(14)의 접착면에 발생하는 표면 거칠기, 즉 흠집을 메워 양측 접착면이 밀접하게 면접촉되게 하여 열전달 효율을 높이게 된다.

상기 쿨블록 탑재단계(S2)는 쿨블록(13)을 열전반도체소자(12)의 흡열면에 고착시키기 전 단계로, 후술하는 하우징(14)의 스톱퍼(14b)가 쿨블록(13)의 단턱(13a)을 누를 때 고착되게 하는 것이다.

따라서, 열전반도체소자(12)의 흡열면과 이에 접착되는 쿨블록(13)의 접착면 중 적어도 어느 일측면에 제1접착제(15)를 도포한다. 실제 실시예에서 제1접착제(15)는 이미 언급한 이액형 열전도 구리스를 사용하였고 이를 열전반도체소자(12)와 쿨블록(13) 각 측면에 0.1mm 도포한 후 이들이 접착될 수 있도록 열전반도체소자(12) 흡열면에 쿨블록(13)을 탑재하였다.

상기 히트싱크(11)와 하우징(14) 접착단계(S3)는 수납실(14a)을 갖는 하우징(14)을 히트싱크(11)에 고착시켜 진공상태의 수납실(14a)에 열전반도체소자(12)를 수납하기 위한 전 공정이다.

이를 위해, 하우징(14) 내부 수납실(14a)에 열전반도체소자(12) 및 쿨블록(13)을 수용하여 고정할 수 있도록 하우징(14)을 히트싱크(11)에 접착 고정시킨다. 상기 하우징(14)의 접착면과 히트싱크(11)의 접착면 중 어느 일측면 또는 양측면에 제2접착제(16)를 도포한다. 바람직하게는 양측면에 제2접착제(16)를 도포하는 것이 좋다.

상기 제2접착제(16)는 열전반도체소자(12)의 리드선(12a)을 타고 공기가 유입되지 않도록 리드선(12a) 부분에 충분이 도포되게 한다.

여기서, 사용되는 제2접착제(16)는 본 발명을 달성할 수 있는 조건의 것이라면 모두 적용될 수 있고, 이는 본 발명의 권리 범위에 속한다 할 것이다.

본 발명의 실제 실시예에 적용되는 제2접착제(16)는 일액형 열경화 에폭시를 사용하였다. 상기 일액형 열경화 에폭시는 점도 40,000∼45,000cps, 장력 2,100∼2,500psi, 열전도도 0.1∼0.3watt/m-k, 경도 75∼85A, 수분흡수 0.1∼0.5%인 물성을 가지며, 양측 접착면에 0.3mm 도포하였다. 그 자체에 존재하는 기포를 제거한 것을 사용하면 좋다.

상기 물성을 갖는 일액형 열경화 에폭시를 만들기 위해 에폭시를 포함한 많은 접착제류를 이용하여 실험하였으나 실패를 거듭한 끝에 결국 상기 물성을 갖는 일액형 열경화 에폭시를 찾아내어 성공하였다. 특히 점도와 장력의 수치는 수납 실(14a) 가열시 공기가 배출되기 위해 통공을 형성하고 공기가 팽창하여 수납실(14a)에서 배출된 후 즉시 통공이 닫히는 조건을 수행하는데 상당히 예민하게 반응하여 찾기 힘들었다.

한편, 상기와 같이 히트싱크(11)와 하우징(14)을 접착할 때 하우징(14)에 인서트되고 일측으로 돌출된 너트(17) 부분을 히트싱크(11)에 준비된 구멍에 삽입하게 되면 히트싱크(11)와 하우징(14)의 조립위치는 자동 설정된다.

상기 히트싱크와 하우징 고정단계(S4)는 (S2)단계에서 열전반도체소의 흡열면에 탑재된 쿨블록(13)을 압착시키면서, (S3)단계에서 접착된 히트싱크(11)와 하우징(14)을 가압하여 밀접하게 고착되게 하는 공정이다.

이를 위해, 본 발명에서는 도 8과 같이 하우징(14)과 히트싱크(11)를 보울트(B)로 관통시키고, 그 관통부에 너트(N)를 체결하여 하우징(14)과 히트싱크(11)를 가압하여 고정한다. 상기 보울트(B)는 하우징(14)에 인서트된 너트(17)와 히트싱크(11)에 형성된 구멍을 관통하기 때문에 히트싱크(11)와 하우징(14)을 압착 고정할 수 있다.

이와 같이 보울트(B)를 이용하여 히트싱크(11)와 하우징(14)을 압착 고정하게 되면, 후술하는 건조과정을 거치면서 하우징(14)과 히트싱크(11)는 견고하게 고착되고, 이때 하우징(14)의 스톱퍼(14b)가 쿨블록(13)의 단턱(13a)을 가압하게 되므로 쿨블록(13)은 열전반도체소자(12)의 흡열면에 가압되어 견고히 고착된다.

상기 제2접착제(16) 충진단계(S5)는 하우징(14)과 쿨블록(13) 사이에 형성된 틈(C)으로 제2접착제(16)를 충진시켜 하우징(14)과 쿨블록(13)을 접착하는 공정이다.

여기에 사용된 제2접착제(16)는 이미 설명한 일액형 열경화 에폭시를 사용하였다.

상기 접착제 건조단계(S6)는 본 발명의 핵심적인 공정이라 할 수 있다. 이는 종래에 시도되지 않는 새로운 방법인 것이다.

다시 말해, S1∼S5 공정을 마쳐 유니트 형태를 갖는 어셈블리를 건조실에 넣고 가열하여 제1접착제(15) 및 제2접착제(16)를 건조시킬 때 수납실(14a)에 존재하는 공기가 외부로 증발되게 하는 공정이다.

더 구체적으로, 상기 어셈블리를 건조실에 넣은 후 건조실 온도가 60℃∼100℃가 될 때까지 1∼3시간 동안 가열한다. 실제 실시예에서는 80℃가 될 때까지 2시간 동안 가열하였다.

가열 초기에는 온도가 점진적으로 상승하게 되므로 건조실의 온도가 80℃에 도달할 때까지 약 30분 정도가 소요되는데, 이 과정에서 무른 겔 상태의 제2접착제(16)는 점차 수분이 증발하여 말랑말랑하게 된다. 이후 건조실의 온도는 건조가 완료될 때까지 80℃ 상태를 유지하게 되는데, 알루미륨 소재로 구성된 히트싱크(11)와 쿨블록(13)은 연전달 성능이 우수하기 때문에 건조실의 공기온도보다 빨리 가열되어 상승하게 되므로 이들을 수용하거나 접하고 있는 하우징(14)의 수납 실(14a)의 온도는 급격히 상승하게 된다.

이러한 현상은 여름철에 대기 온도가 35℃이상이 되지 않더라도 금속재로 구성된 기차의 레일 온도가 60℃까지 상승하는 것과 같은 이치이다.

따라서 가열된 히트싱크(11)와 쿨블록(13)에 의해 하우징(14)의 수납실(14a) 온도는 건조실의 온도보다 더 높고 시간이 경과할 수록 온도는 더 상승하여 결국 제2접착제(16)인 일액형 열경화 에폭시는 온도의 상승으로 반죽상태가 된다. 이와 동시에 하우징(14)의 수납실(14a)에 존재하는 공기는 점차 가열되어 팽창하기 시작한다.

수납실(14a)의 가열이 진행될수록 수납실(14a)에 존재하는 공기는 팽창하여 증발시점에 이르게 되는데, 공기의 증발이 급격히 진행되면 증발하는 공기는 상기 반죽상태의 제2접착제(16)를 뚫고 외부로 증발하기 시작한다. 이때 제2접착제(16)는 반죽상태를 유지하기 때문에 충진된 틈(C) 사이에 접착된 상태를 유지하게 된다. 이러한 현상은 경험적으로 예컨대, 밀가루 반죽상태를 뚫고 공기가 배출하는 과정을 연상하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

수납실(14a) 공기의 증발이 완료될 시점에 이르게 되면 건조실은 더 이상 가열되지 않게 되고, 수납실(14a)에서 공기의 증발이 진행되지 않는다. 따라서 틈(C)에 충진된 제2접착제(16)에는 공기가 빠져나가는 통로가 자동으로 닫히게 되므로 수납실(14a)은 진공상태가 된다.

실제, 실시예에서는 건조실을 30분동안 가열하여 80℃에 이르게 하고, 80℃ 상태를 1시간 30분동안 유지토록 하여 건조공정을 수행하였더니 수납실(14a)에서 공기가 완전히 증발하였다.

상기 실시예의 실험결과를 얻기 위해 일액형 열경화 에폭시의 물성은 중요하다. 건조실의 가열 온도가 높을수록 건조시간은 짧고, 낮을수록 건조시간이 길어진다.

만약, 상기와 같이 수납실(14a)을 가열함에도 불구하고 수납실(14a)에 공기가 존재한다면, 그 공기에는 수분이 증발하기 때문에 수분이 거의 제로에 가까워 종래의 단점인 열전반도체소자(12)에 이슬 맺힘 현상은 극복할 수 있게 되어 종래 유니트 제조방법과 현저한 차별성을 가지게 된다.

상기 접착제 건조단계(S6)는 하우징(14)의 수납실(14a)을 가열하고, 상기 가열된 열로 수납실(14a) 내부에 존재하는 공기를 증발시키는 공정이며, 가열된 공기가 틈(C) 사이에 충진된 제2접착제(16)를 통해 외부로 증발되게 하는 것이다. 이때 제2접착제(16)는 공기가 증발할될 때 손상되지 않으면서도 공기 배출 후에는 곧바로 폐쇄하여야 하는 조건을 만족해야 한다. 이는 본 발명을 실현하는데 대단히 중요한 부분이다.

본 발명을 달성하기 위해 제2접착제(16)를 적용하려고 에폭시를 포함한 많은 접착제류를 이용하여 실험하였으나 실패를 거듭한 끝에 결국 상기 물성을 갖는 일액형 열경화 에폭시를 찾아내어 성공하였다. 특히 점도와 장력의 수치는 수납실(14a) 가열시 공기가 증발되기 위해 통공을 형성하고 공기가 팽창하여 수납실(14a)에서 배출된 후 즉시 통공이 닫히는 조건을 수행하는데 상당히 예민하게 반응하여 찾기 힘들었다.

상기와 같이 유니트 어셈블리의 건조가 완료되면, 어셈블리를 자연 냉각시켜(S7) 본 발명의 제조방법을 완료한다.

여기서, 본 발명의 구성요소들을 내부에 수용하여 고정시키는 하우징(14)은 열전반도체소자(12)를 수용할 수 있도록 수납실(14a)이 관통되고, 상기 수납실(14a) 내측벽에는 상기 쿨블록(13)이 걸림고정될 수 있도록 스톱퍼(14b)가 돌출된다. 상기 스톱퍼(14b)는 내측벽 전체 둘레에 형성되는 것이 바람직하며, 규격화된 열전반도체소자(12)의 두께를 모두 수용할 수 있는 위치에 형성되는 것이 좋다. 예컨대, 도 11과 같이 열전반도체소자(12)의 두께가 얇아 쿨블록(13)의 단턱(13a)과 수납실(14a)의 스톱퍼(14b) 사이에 틈(S)이 발생 되어도 본 발명은 전혀 문제가 되지 않는다. 이는 열전반도체소자(12)와 접촉하는 쿨블록(13)이 일액형 열경화 에폭시로 이루어진 제2접착제(16)에 의해 강력하게 고착되므로 상기 틈(S)의 발생은 전혀 문제가 되지 않는다.

상기 하우징(14)은 쿨블록(13)을 고착시키는 제2접착제(16)를 충진할 수 있도록 수납실(14a) 상부 테두리에 안내부재(14c)가 연장되고, 상기 안내부재(14c)의 외벽에는 보강용 리브(14d)가 형성된다.

상기 하우징(14)은 ABS 80중량%와 그라스 20중량%가 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 하우징(14)에 그라스를 혼합한 이유는 그라스가 제2접착제(16)와 잘 접착하고 열에 의한 사출물의 변형에 강하기 때문이다.

또한, 상기 하우징(14)은 사출방식으로 제조될 때 그 테두리에 너트(17)가 인서트된다. 상기 너트(17)는 유니트(10)에 다른 물체가 체결조립되거나 또는 유니트(10)를 다른 물체에 고정시킬 때 체결용으로 사용하게 된다.

한편, 본 발명에 의해 제조된 열전반도체소자(12) 유니트의 구성은, 열전반도체소자(12)를 진공상태의 수납실(14a)에 수용하는 하우징(14), 상기 하우징(14)에 수용된 열전반도체소자(12)의 일측면과 면접촉한 상태로 상기 하우징(14)에 고정되어 열전반도체소자(12)에서 발생되는 고열을 방열시키는 히트싱크(11), 상기 하우징(14)의 수납실(14a)에 수용된 열전반도체소자(12)의 타측면과 면접촉한 상태로 고정되어 열전반도체소자(12)에서 발생하는 저열을 외부로 전달하는 쿨블록(13), 상기 열전반도체소자(12)의 일측면에 히트싱크(11)를 타측면에 쿨블록(13)을 고착시키는 제1접착제(15), 히트싱크(11) 일측면과 하우징(14)을 접착하고 하우징(14)과 쿨블록(13) 사이에 충진되어 이들을 고착시키는 제2접착제(16), 상기 하우징(14)의 테두리에 인서트 사출방식으로 삽입되는 너트(17);를 포함한다.

상기 히트싱크(11)는 열전반도체소자(12)의 방열면에 밀착되어 방열기능을 하는 것으로, 알루미늄소재를 사용한다.

상기 쿨블록(13)은 열전반도체소자(12)의 흡열면에 밀착되어 열전반도체소자(12)에서 발생하는 저열을 목적물이나 목적공간에 전달하여 냉각시키는 것으로, 열전달이 우수한 재질을 사용하며, 바람직하게는 알루미늄소재가 좋다. 상기 쿨블록(13)은 상기 수납실(14a)에 돌출된 스톱퍼(14b)에 걸림 고정될 수 있도록 몸체 일단부에 단턱(13a)이 형성된다.

이상과 같이 열전반도체소자 유니트를 제조하는 본 발명은 열전반도체소자가 수납된 하우징의 수납실을 가열하여 공기를 증발시켜 수납실 내부를 진공상태로 만듬으로서 종래의 문제점인 온도변화에 따라 수분의 응결로 열전반도체소자 주변에 이슬 맺힘 현상이 발생되는 것을 제거할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 수납실을 진공상태로 만들어 열전소자 주변에 냉,온공기가 공존하는 현상을 원천적으로 차단하여 냉각성능을 높이고, 열전반도체소자의 두께에 상관없이 쿨블록을 간편하게 조립할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 히트싱크 일측면에 열전반도체소자의 방열면을 제1접착제로 가압 접착하여 고착시키는 단계(S1);

   상기 열전반도체소자의 흡열면과 이에 접착되는 쿨블록의 접착면 중 적어도 어느 일측면에 제1접착제를 도포한 후, 이들이 접착하여 고정될 수 있도록 상기 흡열면에 쿨블록을 탑재하는 단계(S2);

   상기 열전반도체소자 및 쿨블록을 하우징의 수납실에 수용하여 고정할 수 있도록 히트싱크와 하우징의 접면부를 제2접착제로 접착하는 단계(S3);

   하우징에 돌출된 스톱퍼가 쿨블록의 단턱을 눌러 열전반도체소자의 흡열면에 탑재된 쿨블록을 상기 흡열면에 고착시킬 수 있도록 상기 하우징과 히트싱크를 가압 고정하는 단계(S4);

   상기 하우징의 수납실과 쿨블록 사이에 형성된 틈 사이로 제2접착제를 충진시켜 하우징과 쿨블록을 접착하는 단계(S5);

   상기 조립공정을 거친 유니트 형태의 어셈블리를 건조실에 넣고 가열 건조시켜 히트싱크와 하우징 및 하우징과 쿨블록을 접착한 각각의 제2접착제를 건조시키되, 히트싱크와 쿨블록의 열전달에 의해 하우징의 수납실에 저장된 공기가 가열되어 하우징과 쿨블록 사이에 충진된 제2접착제를 통과하여 증발토록 하고 증발 후에는 상기 제2접착제가 폐쇄된 상태로 경화되어 수납실 내부가 진공상태가 되게 건조하는 단계(S6); 및

   상기 건조된 유니트 형태의 어셈블리를 자연냉각시키는 단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 히트싱크에 열전반도체소자를 고착시키는 단계(S1)는 사용된 제1접착제는 열전도가 0.85Watt/mk∼1.09Watt/mk를 갖는 이액형 열전도 구리스이고, 접착면에 0.1∼0.5mm 도포된 후 60∼100℃에서 1∼3시간 건조되는 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징과 히트싱크를 가압고정하는 단계(S4)는 하우징과 히트싱크를 보울트로 관통시키고, 그 관통부에 너트를 체결하여 하우징과 히트싱크를 가압고정하는 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제2접착제는 일액형 열경화 에폭시이며, 그 물성은 점도 40,000∼45,000cps, 장력 2,000∼2,600psi, 열전도도 0.1∼0.3watt/mk, 경도 75∼85A, 수분흡수 0.1∼0.5%인 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 제2접착제를 건조시키는 단계(S6)는, 60℃∼100℃의 건조실에서 1∼3시간 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 ABS 80중량%와 그라스 20중량%가 혼합된 사출성형품이고, 사출시 테두리에 너트가 인서트 되는 것을 특징으로 하는 열전반도체소자 유니트 제조방법.

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