KR20200053377A - 열전성능 측정장치 - Google Patents

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Abstract

열전성능 측정장치는 제1 고정모듈, 상기 제1 고정모듈과 이격되어 배치되는 제2 고정모듈, 상기 제1 고정모듈을 관통하는 복수개의 제1 스프링 프로브들 및 상기 제2 고정모듈을 관통하는 복수개의 제2 스프링 프로브들을 포함할 수 있다. 상기 제1 스프링 프로브들 중 적어도 일부 및 상기 제2 스프링 프로브들 중 적어도 일부는 상기 제1 고정모듈과 상기 제2 고정모듈 사이에 개재되는 피측정 열전소자의 양단을 지지하도록 구성될 수 있다.

Description

열전성능 측정장치 {a device for measuring thermoelectric performance}
본 발명은 열전성능 측정장치에 관한 것이다.
일반적인 열전 고체 소자의 양 끝단에 전류를 가해주는 경우 열전소자에 전류에 비례하게 전압이 생성된다. 이러한 특성은 물질 고유의 특성인 전기 비저항으로 나타낼 수 있다.
또한 열전소자의 전기 비저항 특성을 평가하는 경우 펠티어 효과를 제거하기 위해 교류 전류를 가해주면서 측정한다. 또한 접촉 저항 성분을 제거하기 위해 정전류를 가해주면서, 열전소자 양단의 전위차를 측정하는 포 포인트 프로브(4-point probe) 방법이 일반적으로 적용된다.
제벡 계수(Seebeck coefficient)를 평가하는 경우 열전소자 양단의 최소 열저항 및 낮은 접촉 전기 저항이 확보되어야 하며 동시에 정확한 온도차가 측정되어야 한다.
열전소자의 크기가 프로브에 비해 충분히 크면 특성 평가에 큰 제약이 없으나, 열전소자가 소형이면서 금속으로 이루어진 경우 열물성을 측정하는데 한계가 있다. 따라서 현재 소형 열전소자(길이가 약 10mm 이하)의 경우 솔더링(soldering)으로 표면을 접착하지 않으면 정확한 특성을 얻기가 어렵다.
본 발명의 기술적 과제는 소형 열전소자의 표면 손상 없이 전기 비저항 및 제벡 계수를 측정하는 열전성능 측정장치를 제공하는 것에 있다.
열전성능 측정장치는 제1 고정모듈, 상기 제1 고정모듈과 이격되어 배치되는 제2 고정모듈, 상기 제1 고정모듈을 관통하는 복수개의 제1 스프링 프로브들, 및 상기 제2 고정모듈을 관통하는 복수개의 제2 스프링 프로브들을 포함하고, 상기 제1 스프링 프로브들 중 적어도 일부 및 상기 제2 스프링 프로브들 중 적어도 일부는 상기 제1 고정모듈과 상기 제2 고정모듈 사이에 개재되는 피측정 열전소자의 양단을 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명인 열전성능 측정장치를 사용하여 소형 열전소자의 열전 성능을 간편하게 측정할 수 있으며, 열전소자를 측정한 후에도 재사용할 수 있다.
도 1은 열전성능 측정장치의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 2는 열전소자가 개재되지 않은 열전성능 측정장치의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 3은 고정모듈을 나타낸 평면도이다.
도 4는 스프링 프로브의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 1은 열전성능 측정장치의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 열전성능 측정장치(1000)는 제1 고정모듈(11) 및 제1 고정모듈(11)과 이격되어 배치되는 제2 고정모듈(12)을 포함할 수 있다.
제1 고정모듈(11) 및 제2 고정모듈(12)은 절연물질을 포함할 수 있다.
열전성능 측정장치(1000)는 제1 고정모듈(11)을 관통하는 복수개의 제1 스프링 프로브들(13), 제2 고정모듈(12)을 관통하는 복수개의 제2 스프링 프로브들(14)을 포함할 수 있다. 제1 스프링 프로브들(13) 및 제2 스프링 프로브들(14) 각각은 내부에 스프링(13a, 14a)과 같은 탄성체를 포함할 수 있다.
제1 고정모듈(11) 및 제2 고정모듈(12) 사이에 피측정 열전소자(60)가 제공될 수 있다. 열전소자(60)는 가로 방향으로의 두께를 가질 수 있다. 열전소자(60)의 두께는 10mm 이하일 수 있다.
제1 스프링 프로브들(13) 중 적어도 일부 및 제2 스프링 프로브들(14) 중 적어도 일부는 열전소자(60)의 양단(60a, 60b)을 지지할 수 있다. 즉 제1 스프링 프로브(13)가 개재된 제1 고정모듈(11) 및 제2 스프링 프로브(14)가 개재된 제2 고정모듈(12)로 인해서 열전소자(60)는 일정 위치에 고정될 수 있다.
제1 스프링 프로브들(13) 및 제2 스프링 프로브들(14)은 열전소자(60)에 전기적 신호(일 예로 전류) 또는/및 열 전달이 가능할 수 있다. 제1 스프링 프로브들(13) 및 제2 스프링 프로브들(14)는 열전소자(60)으로부터 전기적 신호(일 예로 전위)를 전달 받을 수 있다.
열전성능 측정장치(1000)는 제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)을 포함할 수 있다. 제1 지지모듈(21)은 제1 고정모듈(11)의 일 측면에 마주하게 위치하고 복수개의 제1 스프링 프로브들(13)과 전기적, 열적으로 연결될 수 있다. 제2 지지모듈(22)는 제2 고정모듈(12)의 일 측면에 마주하게 위치하고 복수개의 제2 스프링 프로브들(14)과 전기적, 열적으로 연결될 수 있다. 제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)은 전도성 물질을 포함할 수 있다.
제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)은 각각 히터(41) 및 쿨러(43)와 전기적 또는/및 열적으로 연결될 수 있다. 히터(41)를 통해 발생한 열은 제1 지지모듈(21) 및 제1 스프링 프로브(13)를 통하여 제1 고정모듈(11)과 인접한 열전소자(60)의 일 측면(60a)의 온도를 높일 수 있다. 쿨러(43)는 제2 지지모듈(22)의 열을 제거함으로써, 제2 스프링 프로브(14)를 통하여 제2 고정모듈(12)과 인접한 열전소자(60)의 타 측면(60b)의 온도를 낮출 수 있다. 즉 히터(41) 및 쿨러(43)가 제공됨으로써 열전소자(60)의 일 측면(60a)과 타 측면(60b) 사이에 온도 차이가 생길 수 있다.
제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22) 내에 각각 제1 써모커플(42) 및 제2 써모커플(44)이 제공될 수 있다. 제1 써모커플(42)은 제1 고정모듈(11)과 인접한 열전소자(60)의 일 측면(60a)의 온도를 측정할 수 있다. 제2 써모커플(44)은 제2 고정모듈(12)과 인접한 열전소자(60)의 타 측면(60b)의 온도를 측정할 수 있다.
제1 지지모듈(21)의 일단에 제1 전류 프로브의 일단에 제1 전류 프로브의 일단에 제1 전류 프로브(51)가 제공될 수 있고, 제2 지지모듈(22)의 일단에 제2 전류 프로브(52)가 제공될 수 있다. 제1 전류 프로브(51)는 제1 지지모듈(21)과, 제2 전류 프로브(52)는 제2 지지모듈(22)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전류 프로브(51) 및 제2 전류 프로브(52)는 제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)에 각각 전류를 가해줄 수 있다. 또한 제1 전류 프로브(51) 및 제2 전류 프로브(52)는 전류계(50)와 전기적으로 연결될 수 있다.
결과적으로 제1 지지모듈(21), 제1 스프링 프로브(13), 열전소자(60), 제2 스프링 프로브(14), 및 제2 지지모듈(22)은 제1 전류 프로브(51) 및 제2 전류 프로브(52)와 전기적으로 연결되어 전기적인 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다.
제1 고정모듈(11)과 연결되는 제1 전압 프로브(31)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 제1 전압 프로브(31)는 제1 고정모듈(11) 내에 위치할 수도 있다. 제1 전압 프로브(31)는 제1 고정모듈(11) 내의 별도의 도선(미도시) 등을 통해 제1 스프링 프로브들(13)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 고정모듈(12)과 연결되는 제2 전압 프로브(32)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 제2 전압 프로브는 제2 고정모둘(12) 내에 위치할 수도 있다. 제2 전압 프로브(32)는 제2 고정모듈(12) 내의 별도의 도선(미도시) 등을 통해 제2 스프링 프로브들(14)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전압 프로브(31)는 제1 고정모듈(11)과 인접한 열전소자(60)의 일 측면(60a)의 전위를 측정할 수 있다. 제2 전압 프로브(32)는 제2 고정모듈(12)과 인접한 열전소자(60)의 타 측면(60b)의 전위를 측정할 수 있다. 제1 전압 프로브(31) 및 제2 전압 프로브(32)는 전압계(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 전압계(30)는 상기 열전소자(60)의 양 측면(60a, 60b)의 전위 차(전압)를 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면 제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)에 전류가 가해진 상태에서 열전소자의 양 측면(60a, 60b) 사이의 전압을 측정하여 열전소자(60)의 비저항을 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면 제1 지지모듈(21) 및 제2 지지모듈(22)에 가해지는 열량의 차이가 있는 상태에서 제1 써모커플(42) 및 제2 써모커플(44)을 통해 온도의 차이를 계산하고 열전소자의 양 측면(60a, 60b) 사이의 전압을 측정하여 열전소자(60)의 제벡 계수(Seebeck coefficient)를 측정할 수 있다.
도 2는 열전소자가 개재되지 않은 열전성능 측정장치의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면 열전성능 측정장치(1000)는 이동모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이동모듈(미도시)은 제1 지지모듈(21) 또는 제2 지지모듈(22) 중 어느 하나에 결합될 수 있다. 일 예로 이동모듈(미도시)을 통해 제2 지지모듈(22)은 좌우로 슬라이드(SL) 될 수 있다. 이와 반대로 제1 지지모듈(21)은 고정될 수 있다. 도 1과 같이 제1 고정모듈(11)과 제2 고정모듈(12) 사이에 열전소자(60)가 개재되는 경우, 제2 지지모듈(22)을 슬라이드(SL) 시켜서 열전소자(60)를 고정시킬 수 있다.
도 1과 같이 열전소자(60)가 제1 고정모듈(11)과 제2 고정모듈(120 사이에 개재되어 고정 되는 경우, 제1 스프링 프로브들(13) 및 제2 스프링 프로브들(14) 내의 스프링들(13a, 14a)이 수축할 수 있다. 반면에 도 2와 같이 열전소자(60)가 제거된 경우에는 제1 스프링 프로브들(13) 및 제2 스프링 프로브들(14) 내의 스프링들(13a, 14a)이 이완될 수 있다. 스프링들(13a, 14a)의 수축, 이완은 열전 소자(60)의 두께, 슬라이드(SL) 시 가해지는 응력 크기에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.
열전소자(60)에 응력이 가해지더라도 스프링들(13a, 14a)이 완충 작용을 함으로서 열전소자(60)의 표면 손상을 방지할 수 있다. 특히 열전소자(60)가 취성(brittle)이 있는 반도체 소자인 경우 유리할 수 있다.
또한 기존의 열전성능 측정장치의 경우 열전소자 고정 방법으로서 표면에 접착제(예를 들어 납땜 처리, 솔더링, 페이스트 처리 등)를 사용함으로써, 사용 후의 표면 손상으로 열전소자의 재사용이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명에 따르면, 스프링 프로브(13,14)를 사용함으로써, 열전소자(60)의 표면 손상 없이 열전소자(60)를 열전성능 측정장치(1000) 내에 자유롭게 탈부착하는 것이 가능할 수 있다. 따라서 열전소자(60)의 재사용이 유리할 수 있다.
도 3은 고정모듈의 일 측면을 나타낸 평면도이다.
도 1및 도 3을 참조하면 제1 고정모듈(11)을 관통하는 복수개(N)의 제1 스프링 프로브들(13)이 제공될 수 있다.
제1 스프링 프로브들(13) 각각은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 제1 고정모듈(11)의 단위 면적당 제1 스프링 프로브들(13)의 개수(N)가 많을수록 열전소자(60)에 대한 측정값(전압, 온도)의 신뢰도가 증가될 수 있다.
제1 스프링 프로브들(13) 각각을 평면의 관점에서 보면 열전소자와 맞닿는 접촉면(13S)의 형상은 사각형, 원 등 다양한 형상을 포함할 수 있다. 제1 스프링 프로브들(13) 각각의 접촉면(13S)은 일정한 폭을 가질 수 있다. 폭이 더 작을수록, 제1 스프링 프로브(13)의 양 끝단은 핀 형태(pin type)에 가까울 수 있다. 도 4는 스프링 프로브의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면 제1 스프링 프로브(13)는 스프링(13a), 스프링(13a)과 전기적, 열적, 및 직접적으로 연결된 핀(13b), 및 스프링(13a)을 둘러싸는 케이스(13c)를 포함할 수 있다.
제2 고정모듈(12) 및 이를 관통하는 복수의 제2 스프링 프로브들(14)은 제1 고정모듈(11) 및 제1 스프링 프로브들(13)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스프링 프로브(13,14)를 통하여, 열전소자(60)에 가해지는 힘은 열전소자(60)의 내부 응력 이하로 제한될 수 있다. 스프링 프로브(13,14)를 통하여 열전소자(60)에 가해지는 힘에 의해 열전 소자(60)가 제1 고정모듈(11)과 제2 고정모듈(12) 사이에 고정될 수 있고, 이에 따라, 열전 소자(60)는 열전성능 측정장치(1000) 내에 손쉽게 탈부착이 가능할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
11, 12: 제1 고정모듈, 제2 고정모듈
13, 14: 제1 스프링 프로브, 제2 스프링 프로브
21, 22: 제1 지지모듈, 제2 지지모듈

Claims (1)

  1. 제1 고정모듈;
    상기 제1 고정모듈과 이격되어 배치되는 제2 고정모듈;
    상기 제1 고정모듈을 관통하는 복수개의 제1 스프링 프로브들; 및
    상기 제2 고정모듈을 관통하는 복수개의 제2 스프링 프로브들을 포함하고,
    상기 제1 스프링 프로브들 중 적어도 일부 및 상기 제2 스프링 프로브들 중 적어도 일부는 상기 제1 고정모듈과 상기 제2 고정모듈 사이에 개재되는 피측정 열전소자의 양단을 지지하도록 구성되는 열전성능 측정장치.
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Patent event date: 20181108

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PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid