KR101798854B1

KR101798854B1 - 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101798854B1
Application number: KR1020160004520A
Authority: KR
Inventors: 박상현; 유충열; 김홍수; 서민수; 김동국
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2017-11-20
Also published as: KR20170085209A

Abstract

본 발명은 접촉 저항을 줄인 고효율의 중온 열전 발전 모듈을 개발하기 위한 전제로서 열전 소자의 접촉 저항을 정확하게 측정할 수 있는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 제1 전도체; 상기 제1 전도체와 정렬되어 배치되는 제2 전도체; 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 사이에 연결되어 펄스 전류를 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체에 공급하는 디지털 전류원; 및 저항 측정용 전압을 인가받고, 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이에 개재되는 피측정 열전 소자의 표면을 스캐닝하여 접촉 저항을 측정하는 측정부를 포함한다.

Description

열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING OF CONTACT RESISTANCE OF THERMOELECTRIC DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 접촉 저항을 줄인 고효율의 중온 열전 발전 모듈을 개발하기 위한 전제로서 열전 소자의 접촉 저항을 정확하게 측정할 수 있는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

수십 년간 저효율 에너지 변환 기술로 알려진 열전발전기술은 중온(300~700℃) 영역에서 10% 이상의 효율이 가능한 것으로 보고되고 있으며 신규 에너지 재생기술로 크게 주목받으며 국내외에서 활발히 연구가 진행되고 있다. 열전모듈을 제작하는 과정에서 열전소재와 전극을 접합하게 되는데 여기서 발생하는 접촉저항을 줄이는 것이 고효율의 중온 열전 발전 모듈을 제작하기 위한 필수적인 요소기술이 된다.

따라서, 고효율인 모듈 제작의 전제 조건으로 열전 소자의 접촉저항을 정확하게 측정하는 것이 중요하며 종래의 외삽법(Extrapolation)에 의한 접촉저항 측정 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 Mo-Cu 전극 소결체와 열전 소자인

사이에 중간재인 티타늄(Ti, Titanium)이 사용된 열전 소자 상의 기준점(D)과 프로브의 접촉점(C) 간에 소정의 전압(V)을 인가하고, 전극 소결체의 일측(B)과 열전 소자의 일측(A) 간에 전류가 흐르도록 소정의 전류를 인가하며, 프로브를 일정 간격으로 접촉해 가면서 위치 값(x)을 증가시키면 V=IR의 식에 의해 접촉 저항(R, Resistance)을 측정한 결과를 획득하게 된다. 이후에, 상술한 바와 같이 획득한 결과값을 근사적으로 연결한 추세선에 따라 외삽 방식으로 연속적인 저항값을 도출할 수 있다.

그러나, 상술한 종래의 방식에 의하면, 소정 간격으로 위치 값(x)을 증가시키며 저항을 측정하고, 측정 값에 해당하는 점을 근사적으로 연결한 추세선을 이용하여 접합 계면의 저항을 구하게 되는데, 접촉저항의 크기가 매우 작기 때문에 저항 측정 횟수가 적은 경우 추세선을 구하기 위한 측정 값 중 하나가 조금만 변해도 오차가 매우 크게 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 방식에 따른 저항 측정 시 사용하는 전류에 따라 열전 소자의 펠티어(Peltier) 효과로 인하여 측정하는 샘플 양단에 온도 차이가 발생하고 이는 접촉저항 측정의 오차를 유발하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 열전 소자의 접촉저항을 측정하는데 있어서 직접(Direct) 측정 방식의 접촉저항 측정 시스템으로 외삽 방식의 오차를 줄이고 열전 소자 양단의 온도차를 감소시켜 펠티어 효과를 제거해 접촉저항 측정의 오차를 줄이는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치는, 제1 전도체; 상기 제1 전도체와 정렬되어 배치되는 제2 전도체; 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 사이에 연결되어 펄스 전류를 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체에 공급하는 디지털 전류원; 및 저항 측정용 전압을 인가받고, 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이에 개재되는 피측정 열전 소자의 표면을 스캐닝하여 접촉 저항을 측정하는 측정부를 포함한다.

여기서, 상기 측정부는 상기 피측정 열전 소자의 표면에 접촉되는 핀을 구비한 스프링 프로브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 측정부는 상기 스프링 프로브를 상기 피측정 열전 소자의 표면에 대하여 기울어진 상태로 접촉되도록 제어하는 마이크로 포지셔너를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치는, 상기 피측정 열전 소자가 개재되는 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 상기 측정부의 스캔 방향으로 이동시키는 구동 스테이지를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 구리(Cu)일 수 있다.

또한, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 각 수직단면의 크기가 상기 피측정 열전 소자의 수직단면의 크기의 4배 내지 19배일 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치는, 상기 제1 전도체, 상기 제2 전도체, 상기 디지털 전류원, 상기 측정부 및 상기 구동 스테이지를 수용하는 금속 하우징을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전 소자의 접촉 저항 측정 방법은, 스프링 프로브를 이용하여 제1 전도체와 제2 전도체 간에 개재된 피측정 열전 소자의 접촉 저항을 측정하는 방법에 있어서, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 사이에 상기 피측정 열전 소자를 개재하는 단계; 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 간에 펄스 전류를 공급하는 단계; 상기 스프링 프로브를 상기 피측정 열전 소자의 표면에 기울어진 채로 접촉시키는 단계; 및 상기 피측정 열전 소자가 개재된 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 스캔 방향으로 이동시키며 상기 스프링 프로브를 통하여 접촉 저항을 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 열전 소자의 접촉저항을 측정하는데 있어서 직접 측정 방식의 접촉저항 측정 시스템을 사용하여 추세선 근사 과정이 필요치 않은 바, 외삽 방식을 적용하는 경우에 발생할 수 있는 오차, 즉, 소정 간격으로 측정한 저항값을 근사화하여 획득한 추세선을 이용하는 과정에서 발생하는 오차를 제거하고, 계면이 형성되어 있는 위치와 두께를 정확하게 파악할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명은 저항 측정 시 펄스 전류를 사용함으로써, 열전 소자 양단의 온도차를 감소시키고 펠티어 효과를 제거해 접촉저항 측정의 오차를 줄이는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 열전 소자 샘플에 전류를 걸어주기 위한 전도체의 크기를 샘플의 크기보다 크게 형성함으로써, 전도체를 통한 흡열 및 가열이 원활히 이루어지도록 하고, 이를 통하여 열전 소자 양단의 온도차를 감소시키고 펠티어 효과를 제거해 접촉저항 측정의 오차를 줄이는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 장치에 적용되는 펄스 전류의 예를 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치에서 피측정 열전 소자 양단 간 발생하는 온도차를 열화상 카메라로 측정한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치에서 피측정 열전 소자 양단 간 발생하는 온도차를 열화상 카메라로 측정한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 열전 소자에 직류형 전류를 공급한 경우의 접촉 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 열전 소자에 펄스형 전류를 공급한 경우의 접촉 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 접촉 저항 측정 방법을 도시한 흐름도이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치를 나타낸 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치는, 제1 전도체(110), 제2 전도체(120), 디지털 전류원(200), 측정부(300), 구동 스테이지(400)를 포함할 수 있다.

제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)는, 피측정 열전 소자(10)를 고정시키기 위하여 서로 정렬되어 배치되고, 디지털 전류원(200)으로부터 펄스 전류를 공급받아 사이에 개재된 피측정 열전 소자(10)에 펄스 전류를 걸어주게 된다. 여기서, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)는, 구리(Cu) 재질의 블록(Block)인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 피측정 열전 소자(10)에 전류를 도통시킬 수 있는 한 주석/구리(Sn/Cu) 합금 등 어떤 재질도 채용 가능하다.

한편, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)는, 피측정 열전 소자(10) 양단에 발생하는 온도차를 감소시키기 위하여 가열 및 흡열 기능, 즉, 피측정 열전 소자(10)의 흡열과 발열이 일어나는 부분의 열을 분산시켜 피측정 열전 소자(10)의 온도를 전체적으로 일정하게 만드는 열분산 기능을 수행할 수 있으며, 이를 위하여 그 수직 단면의 크기가 피측정 열전 소자(10)의 수직단면의 크기의 4배 내지 19배일 수 있다. 여기서, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)의 수직 단면이 너무 작으면 열분산 효과를 볼 수 없고, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)의 수직 단면이 너무 크면 장비의 수평 및 수직 길이(E, F) 및 무게가 증가되어 효율성이 떨어지게 된다.

예를 들면, 피측정 열전 소자(10)의 수직 단면의 크기가 약 0.3×0.8=0.24㎠인 경우에, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)인 구리 블록의 수직 단면의 크기를 약 1.15㎠ 내지 4.5㎠, 바람직하게는 약 2.25㎠로 하면 가열 및 흡열 효과를 관찰할 수 있다.

여기서, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)의 피측정 열전 소자(10)가 접촉하지 않는 타단에는 탄성 부재(111, 112), 예를 들면, 탄성 계수(Spring constant)가 약 7.84N/cm인 스프링을 설치하여 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)와 피측정 열전 소자(10) 간 고정 및 접촉을 개선 시킬 수 있다.

또한, 디지털 전류원(200)은, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120) 사이에 연결되어 펄스 전류를 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)에 공급한다. 즉, 디지털 전류원(200)은, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120) 사이에 고정된 피측정 열전 소자(10)에 펄스 전류를 걸어주는 역할을 한다. 여기서, 디지털 전류원(200)은, 펄스형(Pulse shape) 전류뿐 아니라 직류형(DC) 전류 또는 교류형(AC) 전류를 인가할 수도 있다.

즉, 펄스형 전류를 인가하는 디지털 전류원(200)을 사용하게 되면 전류의 방향이 짧은 시간 간격으로 변화하면서 인가되므로 피측정 열전 소자(10)에 일정한 방향으로 온도차가 형성되지 않는다. 다시 말하면, 펄스형 전류를 측정용 전류로 사용함으로써 피측정 열전 소자(10)에 발생하는 펠티어 효과를 완화시킬 수 있다.

한편, 측정부(300)는, 저항 측정용 전압을 인가받고, 제1 전도체(110)와 제2 전도체(120) 사이에 개재되는 피측정 열전 소자(10)의 표면을 스캐닝하여 접촉 저항을 측정한다. 이때, 측정부(300)는, 스프링 프로브(310) 및 마이크로 포지셔너(Micro-Positioner)(320)를 포함할 수 있다.

스프링 프로브(310)는, 피측정 열전 소자(10)의 표면에 접촉되는 핀을 구비하고, V=IR의 식에 의하여 제1 전도체(110)와 핀 간의 거리에 대응하는 접촉 저항을 측정할 수 있도록 한다. 이때, 측정부(300)의 프로브로 텅스텐(W, Tungsten) 프로브를 사용할 수도 있으나, 스프링 프로브(310)를 사용함으로써 스캐닝 시 피측정 열전 소자(10)의 표면이 긁히는 것을 방지하고, 이를 통하여 반복 측정 시 표면의 손상에 의한 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 스프링 프로브(310)의 부근에 카메라(도시되지 않음)를 설치하여 스프링 프로브(310)가 피측정 열전 소자(10)의 표면에 접촉되었는지 여부 및 무리하게 압력을 받아 휘어지는 여부를 확인할 수 있다.

또한, 마이크로 포지셔너(320)는, 스프링 프로브(310)를 피측정 열전 소자(10)의 표면에 대하여 기울어진 상태로 접촉되도록 제어한다. 이때, 마이크로 포지셔너(320)는, 구동 스테이지(400)와는 분리되어 바닥에 고정될 수 있고, 스프링 프로브(310)를 기울어지게 잡아 스캐닝 측정이 원활하게 할 수 있다.

한편, 구동 스테이지(400)는, 피측정 열전 소자(10)가 개재되는 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)를 측정부(300)의 스캔 방향으로 이동시킨다. 여기서, 구동 스테이지(400)는, 정교한 스캐닝을 위하여 그 분해능이 약 2㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이때, 구동 스테이지(400)에 연결된 스크류(도시되지 않음)를 회전시켜 피측정 열전 소자(10)에 고정을 위한 압력을 가할 수 있으며, 피측정 열전 소자(10)를 고정하면서도 손상시키지 않기 위하여 최대 압력은 약 500kPa 이하로 하는 것이 바람직하다.

즉, 스프링 프로브(310)는 마이크로 포지셔너(320)에 고정되어 있는 상태로 피측정 열전 소자(10)의 표면에 접촉되어 있고, 구동 스테이지(400)가 이동하면서 측정부(300)가 접촉 저항을 연속적으로 측정하게 된다.

아울러, 제1 전도체(110), 제2 전도체(120), 디지털 전류원(200), 측정부(300) 및 구동 스테이지(400)를 수용하는 금속 하우징(도시되지 않음)을 통하여 장비 전체를 금속 실드(Metal Shield)로 감싼 상태로 측정이 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 금속 하우징을 통하여 백색 잡음(White Noise) 등 장비에 대한 간섭을 방지할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 장치에 적용되는 펄스 전류의 예를 나타낸 그래프로서, 디지털 전류원(200)이 인가하는 펄스형 전류는 열전 소자의 양단의 온도차를 감소시킬 수 있는 한 다양한 형태로 생성될 수 있음을 나타낸다.

도 3a에 도시된 바에 의하면, 디지털 전류원(200)이 인가하는 펄스형 전류가 최고값(I-High)에 머무는 시간, 즉, 펄스 폭(Width)과 최저값(I-low)에 머무는 시간을 동일하게 설정하고, 최고값 및 최저값의 절대값을 동일하게 설정한 것을 알 수 있다. 이때, 측정부(300)는, 전류가 최고값에서 최저값으로 하강하는 점(M1 및 M3) 및 전류가 최저값에서 최고값으로 상승하는 점(M2)에서 측정을 수행하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

도 3b에 의하면, 도 3a에 도시된 펄스형 전류와 펄스폭 등 다른 특성은 유사하나, 도 3a에 도시된 펄스형 전류와는 달리 전류의 최고값을 약 2배로 증가시키고, 전류의 최저값을 0으로 설정한 것을 알 수 있다.

한편, 도 3c에 의하면, 디지털 전류원(200)이 인가하는 펄스형 전류가 최고값(I-High)에 머무는 시간, 즉, 펄스 폭(Width)과 최저값(I-low)에 머무는 시간을 동일하게 설정하고, 최고값 및 최저값의 절대값을 상이하게, 즉, 최고값의 절대값이 최저값의 절대값보다 크도록 설정한 것을 알 수 있다.

또한, 도 3d에 의하면, 디지털 전류원(200)이 인가하는 펄스형 전류가 최고값(I-High)에 머무는 시간, 즉, 펄스 폭(Width)과 최저값(I-low)에 머무는 시간을 상이하게 설정할 수도 있는데, 이러한 펄스 폭 등은 장비의 실측 환경에 따라 적절히 변형할 수 있는 설정 조건이다.

도 4a 내지 도 5b는 피측정 열전 소자에 종래와 같이 전선으로 전류를 공급하는 경우와 본 발명의 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)를 이용하여 전류를 공급하는 경우에 피측정 열전 소자(10) 양단 간 발생하는 온도차를 열화상 카메라로 측정한 도면으로, 도 4a에 도시된 바와 같이 수직 단면의 크기가 0.24㎠인 열전 소자(10)에 주석/구리 전선을 이용하여 50mA의 전류를 공급한 경우 양단간 온도차(ΔT)가 약 0.5℃인 반면, 도 5a에 도시된 바와 같이 상술한 구리 블록을 이용하여 50mA의 전류를 공급한 경우 양단간 온도차가 약 0.2℃로 감소되는 것이 관찰된다. 한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 수직 단면의 크기가 0.24㎠인 열전 소자(10)에 주석/구리 전선을 이용하여 500mA의 전류를 공급한 경우 양단간 온도차가 약 2.3℃인 반면, 도 5b에 도시된 바와 같이 상술한 구리 블록을 이용하여 500mA의 전류를 공급한 경우 양단간 온도차가 약 0.3℃로 감소되는 것이 관찰된다. 다시 말하면, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)로 넓은 수직 단면을 갖는 구리 블록을 채용함으로써 50mA에서 500mA까지 공급되는 전류값을 10배로 증가시키는 경우에도 전선을 채용한 경우 온도차가 약 1.8℃가 증가하는 데 비하여 열전 소자(10) 양단간 온도차가 단지 0.1℃만 증가하는 식의 열분산 효과를 얻을 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 열전 소자에 직류형 전류를 공급한 경우의 접촉 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7a 및 도 7b는 열전 소자에 펄스형 전류를 공급한 경우의 접촉 저항 측정 결과를 나타낸 그래프로, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

이때, 비금속 부분은 비스무트텔룰라이드(BiTe)계로 이루어지며, 이와 접합하는 금속 부분은 구리(Cu)인 열전 소자를 사용한다.

먼저, 도 6a는 40mA 내지 100mA의 직류형 전류를 10mA의 간격으로 열전 소자에 걸었을 때 열전 소자 표면에서 0㎛ 내지 1400㎛ 까지 스프링 프로브(310)로 스캔 거리(Distance)를 변화시키면서 측정부(300)를 통하여 측정한 접촉 저항값(Resistance)(mΩ)을 도시한 그래프로, 전류의 세기가 증가할수록 펠티어 효과가 증가하게 되어 온도차의 증가에 따라 저항값의 차이도 증가함을 알 수 있다.

또한, 도 6b는 도 6a와 동일한 조건으로 접촉 저항을 측정한 경우 40mA 내지 100mA의 각 전류 크기 별 열전 소자의 양단의 저항(

,

) 및 저항 차(ΔR)의 변화를 도시한 그래프로, 전류의 세기가 증가함에 따라 양단의 저항 차가 감소하는 형태로 크게 변화함을 알 수 있다.

한편, 도 6c 및 도 6d는 도 6a 및 도 6b와 반대 방향의 전류를 걸어준 후 측정한 결과로, 도 6d를 보면 알 수 있듯이 양단의 저항 차가 증가하는 형태로 크게 변화함을 알 수 있다.

한편, 도 7a는 40mA 내지 100mA의 펄스형 전류를 10mA의 간격으로 열전 소자에 걸었을 때 열전 소자 표면에서 0㎛ 내지 1400㎛ 까지 스프링 프로브(310)로 스캔 거리(Distance)를 변화시키면서 측정부(300)를 통하여 측정한 접촉 저항값(Resistance)(mΩ)을 도시한 그래프로, 전류의 세기가 증가함에도 불구하고 펠티어 효과에 의한 온도차가 제거되어 저항값이 거의 일정한 것을 알 수 있다.

또한, 도 7b는 도 7a와 동일한 조건으로 접촉 저항을 측정한 경우 40mA 내지 100mA의 각 전류 크기 별 열전 소자의 양단의 저항(

,

) 및 저항 차(ΔR)의 변화를 도시한 그래프로, 전류의 세기가 증가함에도 불구하고 양단의 저항 차가 일정함을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 접촉 저항 측정 방법을 도시한 흐름도로서, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 열전 소자의 접촉 저항 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120) 사이에 피측정 열전 소자(10)를 개재한다(S100). 이때, 피측정 열전 소자(10)는, 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)의 피측정 열전 소자(10)가 접촉하지 않는 타단에 설치된 스프링에 의하여 고정될 수 있다.

이후에, 디지털 전류원(200)을 활성화하여 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120) 간에 펄스형 전류를 공급한다(S200). 이를 통하여 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120) 사이에 개재된 피측정 열전 소자(10)에 펄스형 전류가 걸리게 된다.

다음에, 마이크로 포지셔너(320)를 제어하여 스프링 프로브(310)를 피측정 열전 소자(10)의 표면에 기울어진 채로 접촉시킨다(S300). 이때, 스프링 프로브(310)에는 저항 측정용 전압이 인가된다.

이후에, 구동 스테이지(400)는 피측정 열전 소자(10)가 개재된 제1 전도체(110) 및 제2 전도체(120)를 스캔 방향으로 이동시키고, 측정부(300)는, 스프링 프로브(310)를 통하여 저항 측정용 전압 및 펄스형 전류 간의 관계식에 따라 접촉 저항을 측정한다(S400).

이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 피측정 열전 소자
110: 제1 전도체
120: 제2 전도체
200: 디지털 전류원
300: 측정부
310: 스프링 프로브
320: 마이크로 포지셔너
400: 구동 스테이지

Claims

제1 전도체;
상기 제1 전도체와 정렬되어 배치되는 제2 전도체;
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 사이에 연결되어, 최고값에 머무는 시간 및 최저값에 머무는 시간이 동일하게 설정된 직사각 펄스 전류를 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체에 공급하는 디지털 전류원; 및
저항 측정용 전압을 인가받고, 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이에 개재되는 피측정 열전 소자의 표면을 스캐닝하여 접촉 저항을 측정하는 측정부를 포함하고,
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 각 수직단면의 크기가 상기 피측정 열전 소자의 수직단면의 크기의 4배 내지 19배인 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측정부는 상기 피측정 열전 소자의 표면에 접촉되는 핀을 구비한 스프링 프로브를 포함하는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 측정부는 상기 스프링 프로브를 상기 피측정 열전 소자의 표면에 대하여 기울어진 상태로 접촉되도록 제어하는 마이크로 포지셔너를 더 포함하는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 피측정 열전 소자가 개재되는 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 상기 측정부의 스캔 방향으로 이동시키는 구동 스테이지를 더 포함하는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
[청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]

청구항 1에 있어서,
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 구리(Cu)인 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
삭제
청구항 4에 있어서,
상기 제1 전도체, 상기 제2 전도체, 상기 디지털 전류원, 상기 측정부 및 상기 구동 스테이지를 수용하는 금속 하우징을 더 포함하는 열전 소자의 접촉 저항 측정 장치.
스프링 프로브를 이용하여 제1 전도체와 제2 전도체 간에 개재된 피측정 열전 소자의 접촉 저항을 측정하는 방법에 있어서,
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 사이에 상기 피측정 열전 소자를 개재하는 단계;
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 간에 최고값에 머무는 시간 및 최저값에 머무는 시간이 동일하게 설정된 직사각 펄스 전류를 공급하는 단계;
상기 스프링 프로브를 상기 피측정 열전 소자의 표면에 기울어진 채로 접촉시키는 단계; 및
상기 피측정 열전 소자가 개재된 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 스캔 방향으로 이동시키며 상기 스프링 프로브를 통하여 접촉 저항을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체는 각 수직단면의 크기가 상기 피측정 열전 소자의 수직단면의 크기의 4배 내지 19배인 열전 소자의 접촉 저항 측정 방법.