KR102023228B1

KR102023228B1 - 보호용 열 확산 리드 및 최적 열 계면 저항을 포함하는 열전 열 교환기 컴포넌트

Info

Publication number: KR102023228B1
Application number: KR1020147034286A
Authority: KR
Inventors: 엠. 씬 준; 로버트 조세프 테리언; 아비쉐크 야다브; 제시 더블유. 에드워드
Original assignee: 포노닉, 인크.
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: CN104509220B; EP2848101B1; EP2848101A2; JP6403664B2; WO2013169774A2; US20130291559A1; KR20150022808A; WO2013169774A3; CN104509220A; US8893513B2; JP2015522943A

Abstract

열 확산 리드와 다수의 열전 디바이스 사이 열 계면 저항을 최적화하는 열 확산 리드를 갖는 열전 열 교환기 컴포넌트 및 그 제조 방법의 실시예가 개시된다. 일 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트는 회로 보드 및 회로 보드에 부착된 다수의 열전 디바이스를 포함한다. 열전 디바이스 중 적어도 2개의 높이는, 예를 들어, 열전 디바이스에 대한 제조 프로세스에서의 공차에 기인하여 서로 다르다. 열전 열 교환기 컴포넌트는 또한 열전 디바이스 위쪽에 있는 열 확산 리드 및 열전 디바이스와 열 확산 리드 사이에 있는 열 계면 재료를 포함한다. 열 확산 리드의 배향(즉, 틸트)은 열 계면 재료의 두께 및 그리하여 열 계면 저항이 열전 디바이스에 대해 최적화되는 그러한 것이다.

Description

보호용 열 확산 리드 및 최적 열 계면 저항을 포함하는 열전 열 교환기 컴포넌트{THERMOELECTRIC HEAT EXCHANGER COMPONENT INCLUDING PROTECTIVE HEAT SPREADING LID AND OPTIMAL THERMAL INTERFACE RESISTANCE}

관련 출원

본 출원은 2012년 5월 7일자로 출원된 가특허출원 제61/643,622호 및 2012년 5월 7일자로 출원된 가특허출원 제61/643,625호의 유익을 주장하며, 이들 기초 출원의 개시 내용은 그들의 전문이 참조로 본 명세서에 편입된다.

기술 분야

본 발명은 열전 열 교환기(thermoelectric heat exchanger)에 관한 것이다.

박막 열전 디바이스는 전형적으로는 필적하는 벌크-유형 열전 모듈보다 더 작고 더 부서지기 쉽다. 전형적 박막 열전 디바이스에 대한 면적은 140 제곱 밀리미터(㎟)의 차수인 반면, 전형적 벌크-유형 열전 모듈의 면적은 1,600㎟의 차수이다. 박막 열전 디바이스는 열전 열 교환기를 형성하도록 히트 싱크 사이에 배치될 수 있다. 열전 디바이스와 부착된 히트 싱크 사이 열 계면 재료의 열 저항은 l/kA로 정의되고, 여기서 l은 열 계면 재료의 두께이고, k는 열 계면 재료의 열 전도율이고, A는 열전 디바이스와 히트 싱크 사이 계면의 면적이다. 이것은 박막 열전 디바이스와 히트 싱크 사이 열 계면 재료의 열 저항이 더 큰 벌크-유형 열전 모듈과 대응하는 히트 싱크 사이 열 계면 재료의 열 저항보다 10배 차수 더 높음을 의미한다. 박막 열전 디바이스 및, 특히, 박막 열전 쿨러에 대해, 열 계면 재료의 더 높은 열 저항은 더 높은 핫 사이드 온도(hot side temperature)의 결과를 초래하고 더 낮은 콜드 사이드 온도(cold side temperature)를 필요로 하여, 더 높은 전력 소비 및/또는 충분한 냉각 불가에 이르게 된다.

부가적으로, 그 치수 및 재료 세트이면, 박막 열전 디바이스는 벌크-유형 열전 모듈만큼 많은 기계적 부하를 견딜 수 없다. 더욱, 박막 열전 디바이스는 불균등 기계적 부하를 견딜 수 없다. 그렇지만, 박막 열전 디바이스의 양측에 부착된 히트 싱크는 박막 열전 디바이스에 비해 아주 큰 경향이 있고 흔히 소정 제품에서 제약이 있다. 그와 같이, 박막 열전 디바이스 상에서 균등하고 제어된 부하를 받는 것은 어렵다.

그래서, 박막 열전 디바이스 사이 열 계면 재료의 열 저항을 최소화하는 한편 박막 열전 디바이스를 기계적 부하로부터 보호도 하기 위한 방법 및 시스템에 대한 필요성이 있다.

열 확산 리드와 다수의 열전 디바이스 사이의 열 계면 저항을 최적화하는 열 확산 리드(heat spreading lid)를 갖는 열전 열 교환기 컴포넌트 및 그 제조 방법의 실시예가 개시된다. 일 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트는 회로 보드 및 회로 보드에 부착된 다수의 열전 디바이스를 포함한다. 열전 디바이스 중 적어도 2개의 높이는, 예를 들어, 열전 디바이스에 대한 제조 프로세스에서의 공차에 기인하여 서로 다르다. 열전 열 교환기는 또한 열전 디바이스 위쪽에 있는 열 확산 리드 및 열전 디바이스와 열 확산 리드 사이에 있는 열 계면 재료를 포함한다. 열 확산 리드의 배향(orientation)(즉, 틸트)은 열 계면 재료의 두께, 및 그리하여, 열 계면 저항이 열전 디바이스에 대해 최적화되고, 차례로 열전 디바이스와 열 확산 리드 사이에 있는 열 계면 재료의 열 계면 저항을 최적화하게 되도록 있다.

일 실시예에 있어서, 열 확산 리드는 바디 및 열 확산 리드의 바디에 대하여 동등한 높이이고 열전 디바이스로 향하여 열 확산 리드의 바디로부터 뻗어있는 다수의 좌대를 포함한다. 좌대의 각각은 열전 디바이스 중 대응하는 하나와 정렬된다. 이러한 실시예에 있어서, 열 계면 재료는 각각의 좌대의 표면과 대응하는 열전 디바이스의 표면 사이에 있고, 열 확산 리드의 배향은 각각의 좌대와 대응하는 열전 디바이스 사이 열 계면 재료의 두께가 최적화되도록 되어 있다. 일 실시예에 있어서, 열 확산 리드는 열 확산 리드의 주변 주위 열 확산 리드의 바디로부터 뻗어있는 립(lip)을 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 열 확산 리드의 바디에 대한 립의 높이는, 기정 범위 내 열전 디바이스의 높이의 어느 조합에 대해서라도, 적어도 미리 정해진 최소 갭이 회로 보드와 열 확산 리드의 립 사이에 유지되도록 되어 있되, 미리 정해진 최소 갭은 영보다 더 크다.

일 실시예에 있어서, 열전 디바이스는 회로 보드의 제1 표면에 부착되고, 열 확산 리드는 회로 보드의 제1 표면의 반대측 열전 디바이스의 표면 위쪽에 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 열전 디바이스는 회로 보드의 제1 표면에 부착되고, 열 확산 리드는 회로 보드를 관통하는 하나 이상의 홀(hole)을 통해 회로 보드의 제2 표면에서 노출된 열전 디바이스의 표면 위쪽에 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 열전 디바이스는 회로 보드의 제1 표면에 부착되고, 열 확산 리드는 회로 보드의 제1 표면의 반대측 열전 디바이스의 표면 위쪽에 있다. 이러한 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트는 회로 보드를 관통하는 하나 이상의 홀을 통해 회로 보드의 제2 표면에서 노출된 열전 디바이스의 표면 위쪽에 제2 열 확산 리드를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트는 다수의 열전 디바이스를 회로 보드에 부착함으로써 제조된다. 열전 디바이스 중 2개 이상은, 예를 들어, 열전 디바이스에 대한 제조 프로세스에서의 공차에 기인하여 서로 다른 높이를 갖는다. 열 계면 재료는 열 확산 리드 및/또는 열전 디바이스의 표면에 도포된다. 그 후 열 확산 리드는 열전 디바이스 위쪽에 위치결정되고, 볼 포인트 힘이 열 확산 리드에 가해진다. 볼 포인트 힘의 결과로서, 열 확산 리드는 열 계면 재료의 두께가 열전 디바이스에 대해 최적화되는 배향으로 정착된다.

당업자는 첨부 도면과 연관하여 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명을 읽은 후 본 발명의 범위를 인식하고 그 부가적 태양을 깨달을 것이다.

본 명세서에 편입되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 몇몇 태양을 예시하고, 그 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 열전 열 교환기 컴포넌트를 자체 포함하는 열전 열 교환기를 포함하는 열전 냉동 시스템의 예시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 열전 열 교환기의 더 상세한 예시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2의 열전 열 교환기 컴포넌트의 분해도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 열전 열 교환기 컴포넌트의 합체도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3 및 도 4의 열전 열 교환기 컴포넌트의 횡단면 예시도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3 내지 도 5의 열전 열 교환기 컴포넌트를 제조하기 위한 프로세스를 예시하는 순서도;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 열 교환기의 예시도; 및
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 열 교환기의 예시도.

아래에 제시된 실시예는 당업자가 실시예를 실시 가능하게 하고 실시예를 실시하는 최상 모드를 예시하는데 필요한 정보를 표현한다. 첨부 도면을 고려하여 이하의 설명을 읽을 때, 당업자는 본 발명의 개념을 이해할 것이고 여기에서 특별히 다루지는 않은 이들 개념의 응용을 인식할 것이다. 이들 개념 및 응용은 본 개시내용 및 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 드는 것임을 이해해야 한다.

여기에서 다양한 엘리먼트를 설명하기 위해 용어 제1, 제2 등이 사용될 수 있기는 하지만, 이들 엘리먼트는 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이들 용어는 하나의 엘리먼트를 다른 하나의 엘리먼트와 구별하기 위해 사용될 뿐이다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 제1 엘리먼트는 제2 엘리먼트라고 칭해질 수 있고, 유사하게, 제2 엘리먼트는 제1 엘리먼트라고 칭해질 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 열거된 아이템 중 하나 이상의 모든 그리고 어떠한 조합이라도 포함한다.

"아래에" 또는 "위에" 또는 "상위" 또는 "하위" 또는 "수직" 또는 "수평"과 같은 상대적인 용어는 여기에서는 도면에서 예시되는 바와 같이 하나의 엘리먼트, 층 또는 영역에 대한 다른 하나의 엘리먼트, 층 또는 영역의 관계를 설명하도록 사용될 수 있다. 위에서 논의된 것들 및 이들 용어는 도면에서 묘사된 배향에 더하여 디바이스의 여러 다른 배향을 아우르려는 의도임을 이해할 것이다.

여기서 사용되는 술어는 특정 실시예를 설명하는 목적을 위한 것일 뿐이고 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 여기서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 부정관사 및 정관사는, 맥락이 명확히 달리 나타내지 않는 한, 복수 형태 역시 포함하려는 의도이다. 용어 "포함하고 있다", "포함하고 있는", "포함한다" 및/또는 "포함하는"은, 여기서 사용될 때, 서술된 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트 및/또는 컴포넌트의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트, 컴포넌트 및/또는 그 그룹의 존재 또는 부가를 못하게 하지는 않음을 더욱 이해할 것이다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용되는 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함함)는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 보통 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에서 사용되는 용어는 관련 분야 및 본 명세서의 맥락에서의 그들 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로는, 여기에서 그렇게 명시적으로 정의되지 않는 한, 해석되지 않을 것임을 더욱 이해할 것이다.

열 확산 리드와 다수의 열전 디바이스 사이의 열 계면 저항을 최적화하는 열 확산 리드를 갖는 열전 열 교환기 컴포넌트 및 그 제조 방법의 실시예가 개시된다. 여기에서의 논의의 다수가 열전 쿨러(TEC)들을 포함하는 열전 열 교환기의 실시예에 초점을 맞추고 있기는 하지만, 여기에서 개시되는 개념은, 예를 들어, 회수된 열로부터 전력을 발생시키도록 이용되는 열전 전력 발생기(TEG)들과 같은 다른 유형의 열전 디바이스에 동등하게 적용가능함을 주목해야 한다.

열전 열 교환기 컴포넌트의 실시예가 어느 적합한 열전 시스템에서라도 활용될 수 있기는 하지만, 도 1은 본 발명의 일례의 실시예에 따라 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 갖는 열 교환기(12)를 포함하는 열전 냉동 시스템(10)을 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 열전 냉동 시스템(10)은 열 교환기(12), 냉각 챔버(16), 및 냉각 챔버(16) 내 냉각을 제어하는 컨트롤러(18)를 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 열 교환기(12)는 핫 사이드 히트 싱크(20), 콜드 사이드 히트 싱크(22), 및 핫 사이드 히트 싱크(20)와 콜드 사이드 히트 싱크(22) 사이에 배치된 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 포함한다. 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 열전 냉동 시스템(10)에서는 박막 TEC인 다수의 박막 열전 디바이스를 포함한다. TEC의 각각은 핫 사이드 히트 싱크(20)에 열 결합된 핫 사이드 및 콜드 사이드 히트 싱크(22)에 열 결합되는 콜드 사이드를 갖는다. TEC 중 하나 이상이 컨트롤러(18)에 의해 활성화될 때, 활성화된 TEC(들)는 콜드 사이드 히트 싱크(22)를 냉각시키고 핫 사이드 히트 싱크(20)로 열을 방열하여 그로써 열 전달을 용이하게 하여 냉각 챔버(16)로부터 열을 추출하도록 동작한다. 더 구체적으로, TEC 중 하나 이상이 활성화될 때, 핫 사이드 히트 싱크(20)는 가열되어 그로써 증발기를 만들어내고 콜드 사이드 히트 싱크(22)는 냉각되어 그로써 응축기를 만들어낸다.

응축기로서 작용할 때, 콜드 사이드 히트 싱크(22)는 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 결합된 흡열 루프(24)를 통해 냉각 챔버(16)로부터의 열 추출을 용이하게 한다. 흡열 루프(24)는 냉각 챔버(16)를 정의하는 열전 냉동 시스템(10)의 내부 벽(26)에 열 결합된다. 일 실시예에 있어서, 흡열 루프(24)는 내부 벽(26)에 통합되든지 또는 내부 벽(26)의 표면 상에 직접 통합되든지 한다. 흡열 루프(24)는 여기서는 냉각 매체(예를 들어, 2-상 냉각제)라고 지칭되는 작동 유체가 흡열 루프(24)를 통해 흐르거나 지나갈 수 있게 하는 어느 유형의 배관에 의해서라도 형성된다. 흡열 루프(24)와 내부 벽(26)의 열 결합에 기인하여, 냉각 매체는 냉각 매체가 흡열 루프(24)를 통해 흐를 때 냉각 챔버(16)로부터 열을 추출한다. 흡열 루프(24)는, 예를 들어, 구리관, 플라스틱관, 스테인리스강관, 알루미늄관 등으로 형성될 수 있다.

콜드 사이드 히트 싱크(22) 및 흡열 루프(24)에 의해 형성된 응축기는 어느 적합한 열 교환 기술에 따라서라도 동작한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 흡열 루프(24)는 냉각 매체가 콜드 사이드 히트 싱크(22)로부터 흡열 루프(24)를 통해 그리고 다시 콜드 사이드 히트 싱크(22)로 다니고 그로써 2-상 수동 열 수송을 사용하여 냉각 챔버(16)를 냉각시키게 되도록 서모사이펀 원리에 따라 동작한다(즉, 서모사이펀으로서 작용한다). 특히, 수동 열 교환은 냉각 챔버(16)와 흡열 루프(24) 내 냉각 매체 사이 자연 대류를 통해 일어난다. 구체적으로, 냉각 매체는 콜드 사이드 히트 싱크(22) 내측에서 응축된다. 응축된 냉각 매체는 중력을 통하여 흡열 루프(24)를 통해 흐른다.

흡열 루프(24) 내에서, 수동 열 교환은 냉각 챔버(16) 내 온도가 감소하고 냉각 매체의 온도가 증가하고 그리고/또는 상 변화를 거치게 되도록 흡열 루프(24) 내 응축된 냉각 매체와 냉각 챔버(16) 내 환경 사이에 일어난다. 냉각 매체의 온도가 증가할 때, 냉각 매체의 밀도는 증발을 통해서와 같이 감소한다. 그리하여, 일부 실시예에 있어서, 흡열 루프(24)는 냉각 챔버(16)를 냉각시킬 때 증발기로서 기능한다. 결과로서, 증발된 냉각 매체는 흡열 루프(24)에서 부력을 통하여 상방으로 콜드 사이드 히트 싱크(22)로 향하여 이동한다. 증발된 냉각 매체는 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 열 접촉하게 되고, 여기서 냉각 매체와 콜드 사이드 히트 싱크(22) 사이에 열 교환이 일어난다. 냉각 매체와 콜드 사이드 히트 싱크(22) 사이에 열 교환이 일어날 때, 냉각 챔버(16)로부터 부가적 열을 추출하기 위해 냉각 매체는 응축하고 또다시 중력을 통하여 흡열 루프(24)를 통해 흐른다.

위에서 언급된 바와 같이, 열 교환기(12)는 핫 사이드 히트 싱크(20)와 콜드 사이드 히트 싱크(22) 사이에 배치된 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 포함한다. 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에서의 TEC는 핫 사이드 히트 싱크(20)와 열 결합되는 핫 사이드(즉, TEC의 동작 동안 뜨거운 사이드) 및 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 열 결합되는 콜드 사이드(즉, TEC의 동작 동안 차가운 사이드)를 갖는다. 열전 열 교환기 컴포넌트(14) 내 TEC는 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 핫 사이드 히트 싱크(20) 사이 열 전달을 효과적으로 용이하게 한다. 더 구체적으로, 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 흡열 루프(24) 내 냉각 매체 사이에 열 전달이 일어날 때, 활성 TEC는 콜드 사이드 히트 싱크(22)와 핫 사이드 히트 싱크(20) 사이에 열을 전달한다.

증발기로서 작용할 때, 핫 사이드 히트 싱크(20)는 핫 사이드 히트 싱크(20)에 결합된 방열 루프(28)를 통하여 냉각 챔버(16) 외부 환경으로 열의 방열을 용이하게 한다. 방열 루프(28)는 열전 냉동 시스템(10)의 외측 벽(30) 또는 외측 스킨에 열 결합되어 있다. 외측 벽(30)은, 예를 들어, 적합한 단열에 의해 흡열 루프(24) 및 내부 벽(26)(및 그리하여 냉각 챔버(16))로부터 열 격리되어 있다. 일 실시예에 있어서, 방열 루프(28)는 외측 벽(30)에 통합되든지 또는 외측 벽(30)의 표면(예를 들어, 내부 표면) 상에 통합되든지 한다. 방열 루프(28)는 여기서는 열 전달 매체(예를 들어, 2-상 냉각제)라고 지칭되는 작동 유체가 방열 루프(28)를 통해 흐르거나 지나갈 수 있게 하는 어느 유형의 배관으로라도 형성된다. 방열 루프(28)와 외부 환경의 열 결합에 기인하여, 열 전달 매체는 열 전달 매체가 방열 루프(28)를 통해 흐를 때 외부 환경으로 열을 방열한다. 방열 루프(28)는, 예를 들어, 구리관빙, 플라스틱관, 스테인리스강관, 알루미늄관 등으로 형성될 수 있다.

핫 사이드 히트 싱크(20) 및 방열 루프(28)에 의해 형성된 증발기는 어느 적합한 열 교환 기술에 따라서라도 동작한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열 루프(28)는 열 전달 매체가 핫 사이드 히트 싱크(20)로부터 방열 루프(28)를 통해 그리고 다시 핫 사이드 히트 싱크(20)로 다니고 그로써 2-상 수동 열 수송을 사용하여 열을 방열하게 되도록 서모사이펀 원리에 따라 동작한다(즉, 서모사이펀으로서 작용한다). 특히, 수동 열 교환은 외부 환경과 방열 루프(28) 내 열 전달 매체 사이 자연 대류를 통해 일어난다. 구체적으로, 열 전달 매체는 핫 사이드 히트 싱크(28) 내측에서 증발된다. 증발된 열 전달 매체는 부력을 통하여 방열 루프(28)를 통해 흐른다. 방열 루프(28) 내에서, 수동 열 교환은 방열 루프(28) 내측 증발된 열 전달 매체의 온도가 증가하여 열 전달 매체의 밀도가 응축을 통해서와 같이 증가하게 되도록 외부 환경과 방열 루프(28) 내측 증발된 열 전달 매체 사이에 일어난다. 그리하여, 그리하여, 일부 실시예에 있어서, 방열 루프(28)는 열을 방열할 때 응축기로서 기능한다. 결과로서, 응축된 열 전달 매체는 중력을 통하여 다시 방열 루프(28)를 통해 핫 사이드 히트 싱크(20)로 다닌다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 열 교환기(12)는 냉각 챔버(16)와 직접 열 접촉하고 있지 않고 대신에 냉각 챔버(16)로부터 열 격리되어 있다. 마찬가지로, 열 교환기(12)는 외측 벽(30)과 직접 열 접촉하고 있지 않고 대신에 외측 벽(30)으로부터 열 격리되어 있다. 따라서, 열 교환기(12)는 열전 냉동 시스템(10)의 외측 벽(30) 및 냉각 챔버(16) 둘 다로부터 열 격리되어 있다. 중요하게는, 서모사이펀 원리에 따라 동작할 때 흡열 및 방열 루프(24, 28)의 열 다이오드 효과 및 열 교환기(12)의 단열은 TEC가 비활성화될 때 냉각 챔버(16) 내로 다시 열이 누설되는 것을 방지한다.

컨트롤러(18)는 냉각 챔버(16) 내에서 소망의 설정 포인트 온도를 유지하기 위하여 열전 열 교환기 컴포넌트(14) 내 TEC를 제어하도록 동작한다. 컨트롤러(18)는 TEC를 선택적으로 활성화/비활성화하고, TEC의 입력 전류를 선택적으로 제어하고, 그리고/또는 TEC의 듀티 사이클을 선택적으로 제어하여 소망의 설정 포인트 온도를 유지하도록 동작한다. 더욱, 일부 실시예에 있어서, 컨트롤러(18)는 하나 이상 그리고, 일부 실시예에서는, 2개 이상의 TEC 서브세트를 별개로 또는 독립적으로 제어 가능으로 되며, 여기서 각각의 서브세트는 하나 이상의 서로 다른 TEC를 포함한다. 그리하여, 일례로서, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에 4개의 TEC가 있으면, 컨트롤러(18)는 제1 개체 TEC, 제2 개체 TEC, 및 2개의 TEC 그룹(즉, 제1 및 제2 개개의 TEC 및 2개의 TEC 그룹)을 별개로 제어 가능으로 될 수 있다. 이러한 방법으로, 컨트롤러(18)는, 예를 들어, 요구 지시에 따라, 최대화된 효율로, 1개, 2개, 3개 또는 4개의 TEC를 독립적으로 선택적으로 활성화할 수 있다.

여기에서 개시되고 청구되는 개념을 이해하는데 필수적인 것은 아니지만, 열전 냉동 시스템(10)에 관한 더 많은 정보를 위해, 관심 있는 독자는 미국 특허 출원 제13/836,525호(출원일: 2013년 3월 15일, 발명의 명칭: THERMOELECTRIC REFRIGERATION SYSTEM CONTROL SCHEME FOR HIGH EFFICIENCY PERFORMANCE); 미국 특허 출원 제13/888,791호(출원일: 2013년 5월 7일, 발명의 명칭: THERMOELECTRIC REFRIGERATION SYSTEM CONTROL SCHEME FOR HIGH EFFICIENCY PERFORMANCE); 미국 특허 출원 제13/867,519호(출원일: 2013년 4월 22일, 발명의 명칭: SYSTEMS AND METHODS TO MITIGATE HEAT LEAK BACK IN A THERMOELECTRIC REFRIGERATION SYSTEM); 미국 특허 출원 제13/867,567호(출원일: 2013년 4월 22일, 발명의 명칭: CARTRIDGE FOR MULTIPLE THERMOELECTRIC MODULES); 미국 특허 출원 제13/867,589호(출원일: 2013년 4월 22일, 발명의 명칭: PARALLEL THERMOELECTRIC HEAT EXCHANGE SYSTEMS); 미국 특허 출원 제13/888,799호(출원일: 2013년 5월 7일, 발명의 명칭: THERMOELECTRIC HEAT EXCHANGE SYSTEM COMPRISING CASCADED COLD SIDE HEAT SINKS); 미국 특허 출원 제13/888,820호(출원일: 2013년 5월 7일, 발명의 명칭: PHYSICALLY SEPARATED HOT SIDE AND COLD SIDE HEAT SINKS IN A THERMOELECTRIC REFRIGERATION SYSTEM); 및 미국 특허 출원 제13/888,833호(출원일: 2013년 5월 7일, 발명의 명칭: TWO-PHASE HEAT EXCHANGER MOUNTING)를 참조하되, 이들 문헌 전체는 그들의 전문이 참조로 본 명세서에 편입된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 열 교환기(12)의 더 상세한 예시도이다. 예시된 바와 같이, 열 교환기(12)는 핫 사이드 히트 싱크(20)와 콜드 사이드 히트 싱크(22) 사이에 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 히트 스프레더(32)에 의해 핫 사이드 히트 싱크(20)에 열적으로 그리고 물리적으로 결합되어 있다. 일 실시예에 있어서, 히트 스프레더(32)는 핫 사이드 히트 싱크(20)의 일부분일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 히트 스프레더(32)는 핫 사이드 히트 싱크(20)와는 별개이고, 이 경우에 히트 스프레더(32)는 적합한 열 계면 재료(예를 들어, 열 페이스트, 열 그리스(thermal grease) 등)를 통하여 핫 사이드 히트 싱크(20)에 열적으로 그리고 물리적으로 결합된다. 히트 스프레더(32)는 높은 열 전도율을 갖는 재료(예를 들어, 구리 또는 구리 알루미늄)로 형성되고, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에서 비교적 작은 표면적을 갖는 TEC의 핫 사이드에서 발생된 열을 더 큰 면적으로 흩어버리도록 동작한다.

유사한 방식으로, 이러한 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 히트 스프레더(34)에 의해 콜드 사이드 히트 싱크(22)에 열적으로 그리고 물리적으로 결합되어 있다. 일 실시예에 있어서, 히트 스프레더(34)는 콜드 사이드 히트 싱크(22)의 일부분일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 히트 스프레더(34)는 콜드 사이드 히트 싱크(22)와는 별개이고, 이 경우에 히트 스프레더(34)는 적합한 열 계면 재료(예를 들어, 열 페이스트, 열 그리스 등)를 통하여 콜드 사이드 히트 싱크(22)에 열적으로 그리고 물리적으로 결합된다. 히트 스프레더(34)는 높은 열 전도율을 갖는 재료(예를 들어, 구리 또는 구리 알루미늄)로 형성되고, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에서 비교적 작은 표면적을 갖는 TEC의 콜드 사이드에서 발생된 열 또는 이 경우 더 구체적으로는 냉기를 더 큰 면적으로 흩어버리도록 동작한다. 히트 스프레더(32, 34)는 적어도 일부 구현에서는 선택사항임을 주목해야 한다. 더 구체적으로는, 아래에서 논의되는 바와 같이, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 열 확산 기능을 제공하는 열 확산 리드를 포함하고, 이 경우 히트 스프레더(32, 34)는 필요치 않을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 더 상세하게 예시한다. 예시된 바와 같이, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 회로 보드(36)(예를 들어, 인쇄 회로 기판)를 포함한다. 회로 보드(36)는 회로 보드(36)를 통하여, 즉, 회로 보드(36)의 제1 표면으로부터 회로 보드(36)의 제2 표면으로 뻗어있는 홀(38)을 포함한다. TEC(40)은, 바람직한 일 실시예에서는, 이 경우 TEC(40)의 핫 사이드인 크리티컬 사이드가 회로 보드(36)로부터 멀리 대향하고 있고 이 경우 TEC(40)의 콜드 사이드인 덜 크리티컬 사이드가 홀(38)을 통해 회로 보드(36)의 제2 표면에서 노출되어 있도록, 홀(38) 위쪽에서 회로 보드(36)에 전기적으로 그리고 물리적으로 부착된다. 아래에 논의되는 바와 같이, 홀(38)은 TEC(40)의 콜드 사이드와 직접 열 접촉을 가능하게 한다.

이러한 특정 실시예에 있어서, 회로 보드(36)는 외부 회로가 TEC(40)에 전류를 제공함으로써 TEC(40)을 활성화 가능하게 하는 전기적 콘택트(44)뿐만 아니라 직렬로 TEC(40)과 전기적으로 접속하는 도전성 트레이스(42)를 포함한다. 이 예에서는 4개의 TEC(40)이 직렬로 접속되어 있지만, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 그에 국한되는 것은 아님을 주목하라. 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 어떠한 소망의 방식으로라도 접속된 2개 이상의 어떠한 수의 TEC(40)이라도 포함할 수 있다. 예를 들어, TEC(40)은 전부 직렬로 접속되어 있을 수 있다. 다른 일례로서, 2개 이상의 서브세트의 TEC(40)은 병렬로 접속되어 있을 수 있다(예를 들어, 일 세트의 1개의 TEC(40)이 다른 일 세트의 1개의 TEC(40) 및 일 세트의 2개의 TEC(40)과 병렬이다).

열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 또한 TEC(40)의 콜드 사이드 위쪽에 열 확산 리드(46)를 포함한다. 열 확산 리드(46)는 높은 열 전도율을 갖는 재료(들)(예를 들어, 구리 또는 구리 알루미늄)로 형성된다. 열 확산 리드(46)는 콜드 사이드 히트 싱크(22)(또는 히트 스프레더(34))(도 1 및 도 2)와의 평면 접촉을 보장하기에 충분히 작지만 TEC(40)의 콜드 사이드의 작은 표면적으로부터 더 큰 열 계면 영역으로 무시할만한 온도 강하로 열을 확산하기에 충분히 크다. 열 확산 리드(46)는 바디(48), 좌대(50) 및 립(52)을 포함한다. 좌대(50)는 열 확산 리드(46)의 바디(48)로부터 TEC(40)의 콜드 사이드로 향하여 뻗어있다. 제조 동안, TEC(40)이 회로 보드(36)에 부착된 후에, 열 확산 리드(46)는 좌대(50)가 홀(38)을 통해 노출된 TEC(40)의 콜드 사이드와 정렬하게 되도록 TEC(40)의 콜드 사이드 위쪽에 위치결정된다. 열 확산 리드(46)의 좌대(50)는 그 후 열 계면 재료를 통하여 대응하는 TEC(40)의 콜드 사이드에 열 결합된다. 열 계면 재료는 어떠한 적합한 열 계면 재료라도 된다. 일 실시예에 있어서, 열 계면 재료는 열 그리스이다. 다른 일례에 있어서, 열 계면 재료는 높은 열 전도율을 갖는 솔더(solder)이다.

열 확산 리드(46)의 좌대(50)는 열 확산 리드(46)의 바디(48)에 대하여 동일한 높이를 갖도록 제조되고 평탄 표면을 갖도록 기계 가공된다. 좌대(50)는 어떠한 적합한 형상이라도 취할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 좌대(50)의 각각은 평행육면체이다. 다른 일례에 있어서, 좌대(50)의 각각은 절두체이다. 좌대(50)의 에지는 수직 또는 경사 중 어느 하나이다. 경사 있는 에지는 열 계면 재료가 TEC(40)으로 향하기보다는 좌대(50)의 벽을 따라 흐르게 하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 좌대(50)의 에지는 45도의 각도로 경사져 있다. TEC(40)의 콜드 사이드와 좌대(50) 사이 계면에서, 좌대(50)의 각각의 표면적은 대응하는 홀(38)을 통해 노출된 대응하는 TEC(40)의 콜드 사이드의 표면적보다 조금 더 작은(예를 들어, 1 내지 10 퍼센트 더 작은) 것이 바람직하다. 환언하면, 대응하는 TEC(40)와의 계면에서 좌대(50)의 각각의 치수는 대응하는 TEC(40)의 표면의 것들보다 조금 더 작다. 좌대(50)의 조금 더 작은 표면적은 과잉 열 계면 재료가 대응하는 TEC(40)의 에지(즉, 레그)보다는 좌대(50) 상에 모이는 것을 보장한다.

열 확산 리드(46)의 립(52)은 열 확산 리드(46)의 주변 주위에 뻗어있다. 립(52)은 열 확산 리드(46)의 바디(48)로부터 회로 보드(36)로 향하여 뻗어있다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 회로 보드(36)의 제2 표면(이 예에서는 하부 표면)에 대한 TEC(40)의 높이는, 예를 들어, TEC(40) 및 또는 열전 열 교환기 컴포넌트(14)의 제작 또는 제조 프로세스에서의 공차에 기인하여 달라질 수 있다. 예를 들어, 회로 보드(36)의 제2 표면에 대한 TEC(40)의 높이는 0.1 내지 3 밀리미터(mm)만큼 달라질 수 있다. 열 확산 리드(46)의 립(52)은 적어도 미리 정해진 최소 갭이 립(52)과 회로 보드(36) 사이에 그대로 있음을 보장하는 높이를 갖는다. 아래에 논의되는 바와 같이, 립(52)과 회로 보드(36) 사이 갭은 에폭시 또는 유사한 부착 재료로 채워져 그로써 열 확산 리드(46)를 회로 보드(36)에 기계적으로 부착한다.

이러한 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 또한 회로 보드(36)의 제2 표면(이 예에서는 하부 표면) 상에 위치결정되는 단열 프리폼(insulating preform)(54)을 포함한다. 단열 프리폼(54)은 예를 들어 플라스틱 재료와 같은 적합한 열 단열 재료로 형성된다. 단열 프리폼(54)은, 단열 프리폼(54)이 회로 보드(36)의 제2 표면 상에 위치결정될 때, 열 확산 리드(46)가 홀(56)을 통해 지나가고 단열 프리폼(54)이 회로 보드(36)의 제2 표면과 직접 접촉하게 되도록 열 확산 리드(46)의 것들에 대응하는 치수를 지니는 홀(56)을 포함한다.

유사한 방식으로, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 또한 TEC(40)의 핫 사이드 위쪽에 열 확산 리드(58)를 포함한다. 열 확산 리드(58)는 높은 열 전도율을 갖는 재료(들)(예를 들어, 구리 또는 구리 알루미늄)로 형성된다. 열 확산 리드(58)는 핫 사이드 히트 싱크(20)(또는 히트 스프레더(32))(도 1 및 도 2)와의 평면 접촉을 보장하기에 충분히 작지만 TEC(40)의 핫 사이드의 작은 표면적으로부터 더 큰 열 계면 영역으로 무시할만한 온도 강하로 열을 확산하기에 충분히 크다. 열 확산 리드(58)는 바디(60), 좌대(62) 및 립(64)을 포함한다. 좌대(62)는 열 확산 리드(58)의 바디(60)로부터 TEC(40)의 핫 사이드로 향하여 뻗어있다. 제조 동안, TEC(40)이 회로 보드(36)에 부착된 후에, 열 확산 리드(58)는 좌대(62)가 TEC(40)의 핫 사이드와 정렬하게 되도록 TEC(40)의 핫 사이드 위쪽에 위치결정된다. 열 확산 리드(58)의 좌대(62)는 그 후 열 계면 재료를 통하여 대응하는 TEC(40)의 핫 사이드에 열 결합된다. 열 계면 재료는 어떠한 적합한 열 계면 재료라도 된다. 일 실시예에 있어서, 열 계면 재료는 열 그리스이다. 다른 일례에 있어서, 열 계면 재료는 높은 열 전도율을 갖는 솔더이다.

열 확산 리드(58)의 좌대(62)는 열 확산 리드(58)의 바디(60)에 대하여 동일한 높이를 갖도록 제조되고 평탄 표면을 갖도록 기계 가공된다. 좌대(62)는 어떠한 적합한 형상이라도 취할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 좌대(62)의 각각은 평행육면체이다. 다른 일례에 있어서, 좌대(62)의 각각은 절두체이다. 좌대(62)의 에지는 수직 또는 경사 중 어느 하나이다. 경사 있는 에지는 열 계면 재료가 TEC(40)으로 향하기보다는 좌대(50)의 벽을 따라 흐르게 하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 좌대(62)의 에지는 45도의 각도로 경사져 있다. TEC(40)의 핫 사이드와 좌대(62) 사이 계면에서, 좌대(62)의 각각의 표면적은 대응하는 TEC(40)의 핫 사이드의 표면적보다 조금 더 작은(예를 들어, 1 내지 10 퍼센트 더 작은) 것이 바람직하다. 환언하면, 대응하는 TEC(40)와의 계면에서 좌대(62)의 각각의 치수는 대응하는 TEC(40)의 표면의 것들보다 조금 더 작다. 좌대(62)의 조금 더 작은 표면적은 과잉 열 계면 재료가 대응하는 TEC(40)의 에지(즉, 레그)보다는 좌대(62) 상에 모이는 것을 보장한다.

열 확산 리드(58)의 립(64)은 열 확산 리드(58)의 주변 주위에 뻗어있다. 립(64)은 열 확산 리드(58)의 바디(60)로부터 회로 보드(36)로 향하여 뻗어있다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 회로 보드(36)의 제1 표면(이 예에서는 상부 표면)에 대한 TEC(40)의 높이는, 예를 들어, TEC(40) 및/또는 열전 열 교환기 컴포넌트(14)의 제작 또는 제조 프로세스에서의 공차에 기인하여 달라질 수 있다. 예를 들어, 회로 보드(36)의 제1 표면에 대한 TEC(40)의 높이는 0.1 내지 0.3 밀리미터(mm)만큼 달라질 수 있다. 열 확산 리드(58)의 립(64)은 적어도 미리 정해진 최소 갭이 립(64)과 회로 보드(36) 사이에 그대로 있음을 보장하는 높이를 갖는다. 아래에 논의되는 바와 같이, 립(64)과 회로 보드(36) 사이 갭은 에폭시 또는 유사한 부착 재료로 채워져 그로써 열 확산 리드(58)를 회로 보드(36)에 기계적으로 부착한다.

이러한 실시예에 있어서, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)는 또한 회로 보드(36)의 제1 표면(이 예에서는 상부 표면) 상에 위치결정되는 단열 프리폼(66)을 포함한다. 단열 프리폼(66)은 예를 들어 플라스틱 재료와 같은 적합한 열 단열 재료로 형성된다. 단열 프리폼(66)은, 단열 프리폼(66)이 회로 보드(36)의 제1 표면 상에 위치결정될 때, 열 확산 리드(58)가 홀(68)을 통해 지나가고 단열 프리폼(66)이 회로 보드(36)의 제1 표면과 직접 접촉하게 되도록 열 확산 리드(58)의 것들에 대응하는 치수를 지니는 홀(68)을 포함한다. 단열 프리폼(54, 66)은 핫 사이드 및 콜드 사이드 히트 싱크(20, 22) 사이 열 누설 및 열 단락을 감축하도록 동작한다. 부가적으로, 단열 프리폼(54, 66)은 열전 열 교환기 컴포넌트(14)의 견고성을 개선하는 비교적 리지형 구조이다. 마지막으로, 단열 프리폼(54, 66)은 재작업 또는 서비스를 위해 필요에 따라 쉽게 제거될 수 있다. 도 3의 열전 열 교환기 컴포넌트(14)의 합체도가 도 4에 예시된다.

어느 특정 이점으로 국한되는 것은 아니지만, 열 확산 리드(46, 58)는 몇몇 이점을 제공한다. 우선, 에폭시 또는 유사한 부착 재료와 조합된 열 확산 리드(46, 58)는, 예를 들어, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)가 핫 사이드 히트 싱크(20) 및 콜드 사이드 히트 싱크(22)에 부착될 때 기계적 힘으로부터 TEC(40)을 보호한다. 부가적으로, 열 교환기(12)의 조립 동안 핫 사이드 및 콜드 사이드 히트 싱크(20, 22)를 함께 볼트 결합할 때 상당한 힘이 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에 가해질 수 있다. 그러한 힘은 보통 TEC(40)을 뭉갤 것이다. 그렇지만, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에 있어서, 그 힘은 열 확산 리드(46, 58) 및 열 확산 리드(46, 58)의 립(52, 64)과 회로 보드(36) 사이 에폭시 또는 다른 부착 재료에 의해 흡수된다. 이러한 방식으로 TEC(40)은 보호된다.

부가적으로, 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 열 확산 리드(46, 58)는 열 확산 리드(46, 58)와 TEC(40) 사이 계면에서의 열 계면 저항이 최적화될 수 있게 한다. 더 구체적으로는, 도 5에 예시된 바와 같이, TEC(40) 중 2개 이상의 높이는 달라질 수 있다. 핫 사이드 및/또는 콜드 사이드 히트 싱크(20, 22)에 TEC(40)을 부착하는 관용 기술을 사용하면 더 짧은 TEC(40)과 대응하는 히트 싱크(20, 22) 사이에 더 많은 양의 열 계면 재료가 있을 것이기 때문에 그들 더 짧은 TEC(40)에 대하여 최적이 아닌 열 계면 저항의 결과를 초래할 것이다. 대조적으로, 열 확산 리드(46, 58)의 구조는 열 확산 리드(46, 58)의 배향(즉, 틸트)이 열 계면 재료(TIM)(70, 72)의 두께 및 그리하여 좌대(50, 62)와 TEC(40)의 대응하는 표면 사이 열 계면 저항을 최적화하도록 조절될 수 있게 한다.

이러한 예에 있어서, TEC1은 회로 보드(36)의 제1 표면에 대한 TEC2의 높이(h₂)보다 더 작은 회로 보드(36)의 제1 표면에 대한 높이(h₁)를 갖는다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 열 확산 리드(58)가 TEC(40) 위쪽에 위치결정될 때, 볼 포인트 힘(즉, 볼 포인트를 통하여 가해지는 힘)이 열 확산 리드(58)의 중심에 가해진다. 결과로서, 열 확산 리드(58)는 좌대(62)의 각각과 대응하는 TEC(40) 사이 열 계면 재료(72)의 두께를 최적화하는 배향으로 정착된다.

열 확산 리드(58)의 립(64)의 높이(h_L1)는, 회로 보드(36)의 제1 표면에 대한 TEC(40)의 높이에 대한 기정 공차 범위를 갖는 어느 가능한 조합의 높이(h₁, h₂)에 대해서라도, 회로 보드(36)와 립(64) 사이 갭(G₁)이 미리 정해진 최소 갭보다 더 크게 되도록 그러한 것이다. 미리 정해진 최소 갭은 영-아닌 값이다. 특정 일 실시예에 있어서, 미리 정해진 최소 갭은 열 확산 리드(58)와 TEC(40) 사이 기정 양의 압력 또는 힘을 유지하면서 에폭시(74)가 갭(G₁)을 채우는데 필요한 최소 갭이다. 구체적으로, 립(64)의 높이(h_L1)는 회로 보드(36)의 제1 표면에 대한 TEC(40)의 최소 가능 높이 더하기 좌대(62)의 높이, 더하기 열 계면 재료(72)의 기정 최소 높이, 더하기 립(64)과 가장 가까운 좌대(62) 사이 거리 및 (TEC(40)의 최소 및 최대 가능 높이의 함수인) 열 확산 리드(58)의 최대 가능 각도의 함수인 소정 부가적 값보다 더 크다. 이러한 실시예에서는, 열 확산 리드(58)의 배향을 조절함으로써, TEC(40)의 각각에 대하여, 열 계면 재료(72)의 두께 및 그리하여 열 계면 저항이 최소화된다.

유사한 방식으로, TEC1은 회로 보드(36)의 제2 표면에 대한 TEC2의 높이(h₂')보다 더 큰 회로 보드(36)의 제2 표면에 대한 높이(h₁')를 갖는다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 열 확산 리드(46)가 TEC(40) 위쪽에 위치결정될 때, 볼 포인트 힘(즉, 볼 포인트를 통하여 가해지는 힘)이 열 확산 리드(46)의 중심에 가해진다. 결과로서, 열 확산 리드(46)는 좌대(50)의 각각과 대응하는 TEC(40) 사이 열 계면 재료(70)의 두께를 최적화하는 배향으로 정착된다.

열 확산 리드(46)의 립(52)의 높이(h_L2)는, 회로 보드(36)의 제2 표면에 대한 TEC(40)의 높이에 대한 기정 공차 범위를 갖는 어느 가능한 조합의 높이(h₁', h₂')에 대해서라도, 회로 보드(36)와 립(52) 사이 갭(G₂)이 미리 정해진 최소 갭보다 더 크게 되도록 그러한 것이다. 미리 정해진 최소 갭은 영-아닌 값이다. 특정 일 실시예에 있어서, 미리 정해진 최소 갭은 열 확산 리드(46)와 TEC(40) 사이 기정 양의 압력 또는 힘을 유지하면서 에폭시(76)가 갭(G₂)을 채우는데 필요한 최소 갭이다. 구체적으로, 립(52)의 높이(h_L2)는 회로 보드(36)의 제2 표면에 대한 TEC(40)의 최소 가능 높이 더하기 좌대(50)의 높이, 더하기 열 계면 재료(70)의 기정 최소 높이, 더하기 립(52)과 가장 가까운 좌대(50) 사이 거리 및 (TEC(40)의 최소 및 최대 가능 높이의 함수인) 열 확산 리드(46)의 최대 가능 각도의 함수인 소정 부가적 값보다 더 크다. 이러한 실시예에서는, 열 확산 리드(46)의 배향을 조절함으로써, TEC(40)의 각각에 대하여, 열 계면 재료(70)의 두께 및 그리하여 열 계면 저항이 최소화된다.

도 5의 실시예에 있어서, 좌대(50, 62)의 치수는 좌대(50, 62)와 TEC(40)의 대응하는 표면 사이 계면에서 TEC(40)의 대응하는 표면의 치수보다 조금 더 작다. 그와 같이, 열 확산 리드(46, 58)에 볼 포인트 힘을 가할 때, 과잉 열 계면 재료(70, 72)는 좌대(50, 62)의 에지를 따라 이동하고, 그로써 TEC(40)의 레그를 열 단락시키지 않도록 방지된다. 또한, 열 확산 리드(46)에 가해지는 어떠한 힘이라도 리드(52), 에폭시(76) 및 회로 보드(36)에 의해 흡수되어, 그로써 TEC(40)을 보호함이 지적되어야 한다. 마찬가지로, 열 확산 리드(58)에 가해지는 어떠한 힘이라도 리드(64), 에폭시(74) 및 회로 보드(36)에 의해 흡수되어, 그로써 TEC(40)을 보호한다. 이러한 방식으로, 열 확산 리드(46, 58)가 없는 필적하는 열 교환기 컴포넌트에 비하여, 상당히 더 고른 힘 및 더 고르지 않은 힘이 TEC(40)을 손상시킴이 없이 열전 열 교환기 컴포넌트(14)에 가해질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3, 도 4 및 도 5의 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 제조하기 위한 프로세스를 예시하는 순서도이다. 예시된 바와 같이, TEC(40)은 우선 회로 보드(36)에 부착된다(단계(1000)). 위에서 논의된 바와 같이, TEC(40)은 바람직하게는 TEC(40)의 덜 크리티컬 또는 콜드 사이드인 TEC(40) 하부 표면이 홀(38)을 통해 노출되게 되도록 회로 보드(36) 내 홀(38) 위쪽에서 회로 보드(36)에 부착된다. TEC(40)은 예를 들어 솔더와 같은 어느 적합한 전기적 도전성 재료를 사용하여 회로 보드(36)에 부착된다. 부가적으로, 열 계면 재료(70, 72)는 TEC(40)의 적합한 표면 및/또는 열 확산 리드(46, 58)의 좌대(50, 62)에 도포된다(단계(1002)). 예를 들어, 열 그리스 또는 열 페이스트는 좌대(50, 62)의 표면 상에 스크린 인쇄될 수 있다. 일 실시예에 있어서, TEC(40)에 대해 TEC(40)의 핫 사이드인 TEC(40)의 최대 크리티컬 사이드에 대한 열 계면 재료(72)는 솔더 재료이고, TEC(40)에 대해 콜드 사이드인 TEC(40)의 덜 크리티컬 사이드에 대한 열 계면 재료(70)는 더 순응적인 열 계면 재료(예를 들어, 열 그리스)이다. 이것은, 전형적으로는 TEC(40)의 온/오프 사이클 동안 보이는, 핫으로부터 콜드로의 열 사이클링 동안 열 팽창 계수(CTE) 미스매치로부터의 스트레스를 덜어줄 것이다.

다음으로, 열 확산 리드(46, 58)는 좌대(50, 62)가 대응하는 TEC(40)과 정렬되게 되도록 TEC(40) 위쪽에 위치결정된다(단계(1004)). 그 후, 열 확산 리드(46, 58)가 TEC(40)의 각각에 대한 열 계면 저항을 최적화하는 배향 또는 틸트로 정착하게 되도록 열 확산 리드(46, 58)의 중심에 볼 포인트 힘이 가해진다(단계(1006)). 더 구체적으로, 열 확산 리드(46, 58)의 중심에 볼 포인트 힘을 가함으로써, 볼 포인트 힘은 열 확산 리드(46, 58)를 가로질러 고르게 분포된다. 결과로서, 열 확산 리드(46, 58)는, 가능한 최상으로, TEC(40)의 각각에 대한 열 계면 재료(70, 72)의 두께를 최소화하는 배향으로 정착된다. 이러한 방식으로, 열 계면 저항은 TEC(40)의 전부를 가로질러 최적화된다. 볼 포인트 힘의 크기는 특정 애플리케이션에 대해 최적화될 수 있다. 더 구체적으로, 볼 포인트 힘의 크기는 TEC(40)을 손상시키지 않으면서도 열 계면 재료(70, 72)의 소망의 최소 두께가 달성되도록 선택될 수 있다. 이러한 최적 볼 포인트 힘은 TEC(40)의 치수, TEC(40)에 사용되는 재료(들), 열 계면 재료(70, 72)의 소망의 최소 두께, 및 열 계면 재료(70, 72)에 사용되는 재료와 같은 파라미터에 의존하여 달라질 것이다.

마지막으로, 볼 포인트 힘을 열 확산 리드(46, 58)에 계속 가하면서, 열 확산 리드(46, 58)의 립(52, 64)과 회로 보드(36)의 대응하는 표면 사이 갭이 에폭시(74, 76) 또는 유사한 부착 재료로 채워진다(단계(1008)). 에폭시(74, 76)는 열 확산 리드(46, 58)를 회로 보드(36)에 기계적으로 부착한다. 단계(1002) 내지 단계(1008)는 열 확산 리드(46, 58)의 각각에 대해 별개로 수행될 수 있거나, 대안으로, 단계(1002) 내지 단계(1008) 중 일부 또는 전부는 열 확산 리드(46, 58) 둘 다에 대해 동시에 수행될 수도 있음을 주목하라. 도 6의 프로세스가 완료된 후에, 단열 프리폼(54, 66)은, 소망된다면, 열 교환기(12)의 조립 이전에 또는 그 동안 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이 회로 보드(36)의 대응하는 표면 상에 직접 위치결정된다. 여기에서의 논의는 열 확산 리드(46, 58)를 둘 다 갖는 열전 열 교환기 컴포넌트(14)의 실시예에 초점을 맞추고 있지만, 열적 열 교환기 컴포넌트(14)는 열 확산 리드(46, 58) 중 하나만을 포함할 수 있음을 주목하라. 그렇지만, 열 확산 리드(46, 58)를 둘 다 사용하는 것은 완전히 캡슐화된 밀폐 구조를 제공한다.

이제까지는, 열전 열 교환기 컴포넌트(14)를 포함하는 열 교환기(12)의 실시예에 논의의 초점이 맞춰졌다. 도 7은 열 계면 저항을 감축하는 열 교환기(78)의 또 다른 실시예를 예시한다. 이러한 실시예에 있어서, 열 교환기(78)는 콜드 사이드 히트 싱크(80), 핫 사이드 히트 싱크(82), 및 콜드 사이드 히트 싱크(80)와 핫 사이드 히트 싱크(82) 사이에 배치된 여러 TEC(84)를 포함한다. 예시된 바와 같이, TEC(84)는 예를 들어 TEC(84)의 제조 프로세서에서의 공차에 기인하여 달라지는 높이를 갖는다. TEC(84)의 핫 사이드는 열 계면 재료(86)를 통하여 핫 사이드 히트 싱크(82)에 열적으로 그리고 기계적으로 결합되고, TEC(84)의 콜드 사이드는 열 계면 재료(88)를 통하여 콜드 사이드 히트 싱크(80)에 열적으로 그리고 기계적으로 결합되어 있다. TEC(84)의 핫 사이드는 TEC(84)의 콜드 사이드에 의해 방열된 열 및 TEC(84) 자신들에 의해 발생된 열(즉, TEC(84)의 전력 소비에 기인하여 발생된 열)을 둘 다 방산한다. 그와 같이, TEC(84)의 핫 사이드는 TEC(84)의 크리티컬 사이드라고 지칭된다. 그렇지만, 열전 디바이스의 다른 응용에 대해서는 열전 디바이스의 콜드 사이드가 크리티컬 사이드일 수 있음을 주목하라.

이러한 실시예에 있어서, TEC(84)의 핫 사이드(즉, TEC(84)의 크리티컬 사이드)는 각각의 개개의 TEC(84)과 핫 사이드 히트 싱크(82) 사이 열 계면 재료(86)의 최소 두께가 달성되도록 핫 사이드 히트 싱크(82)에 부착된다. 이러한 방식으로, 핫 사이드 히트 싱크(82)와 개개의 TEC(84)의 각각 사이 열 계면 저항이 최소화된다. 열 계면 재료(86)는, 예를 들어, 열 그리스 또는 페이스트, 솔더, 열 전도성 패드 등과 같은 어느 적합한 열 계면 재료라도 될 수 있다. 더욱, 핫 사이드 히트 싱크(82)(또는 대안으로 TEC(84)과 핫 사이드 히트 싱크(82) 사이 히트 스프레더(들))는 TEC(84)를 제자리에 보유하는 피처를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, TEC(84)의 콜드 사이드는 핫 사이드 히트 싱크(82)에 TEC(84)의 부착 동안 노출되고, 그와 같이, TEC(84)의 각각에 개별적으로 힘이 가해질 수 있어서, 핫 사이드 히트 싱크(82)의 표면의 평탄도, TEC(84)의 핫 사이드의 평탄도, 및 열 계면 재료(86)의 재료 속성에만 의존적인 핫 사이드 히트 싱크(82)와 TEC(84)의 핫 사이드 사이 일관된 최소 본드라인 또는 열 계면 재료 두께의 결과를 초래한다.

콜드 사이드(즉, 덜 크리티컬 사이드) 상에서, 열 계면 재료(88)의 본드라인 또는 두께는 전술한 파라미터 전부와 더불어 TEC(84)의 높이 편차의 함수이다. 그와 같이, 열 계면 재료(88)의 두께는, 예시된 바와 같이, 더 큰 TEC(84)에 대해서보다 더 짧은 TEC(84)에 대해서 더 클 것이다. 일 실시예에 있어서, 열 계면 재료(88)는 TEC(84) 중 적어도 일부에 관하여 열 계면 재료(88)의 증가된 두께를 적어도 부분적으로 오프셋하기 위하여 열 계면 재료(86)보다 더 높은 열 전도율을 갖는다.

TEC와 히트 싱크 사이 열 계면 재료의 두께는 열 계면 저항을 최소화하기 위하여 가능한 얇은 것이 바람직하다. TEC와 히트 싱크 사이 열 계면 재료의 두께의 최소화는, 적어도 일부, 히트 싱크가 TEC에 상대적으로 틸팅되지 않음을 보장함으로써 달성될 수 있다. 작은 TEC가 훨씬 더 큰 히트 싱크 사이에 배치되면, 이것은 기계적 도전 과제일 수 있다. 전형적으로, 이것은 최소 열 계면 재료 두께를 달성하기에 충분한 힘을 갖는 구조 곳곳의 평행 표면을 보장하도록 정교한 그리고 잠재적으로 비싼 기계적 구조를 요구할 것이다.

이에 관하여, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 TEC와 대응하는 히트 싱크 사이 열 계면 저항을 최소화하는 열 교환기(90)를 예시한다. 이러한 실시예에 있어서, 열 교환기(90)는 코드 사이드 히트 싱크(92), 핫 사이드 히트 싱크(94), 및 콜드 사이드 히트 싱크(92)와 핫 사이드 히트 싱크(94) 사이에 배치된 TEC(96)를 포함한다. 열 교환기(90)는 또한 소망의 평면성 및 열 확산을 제공하는 별개의 좌대(98)를 포함한다. 좌대(98)는, 예를 들어, 콜드 사이드 히트 싱크(92)와 핫 사이드 히트 싱크(94) 사이 단열의 두께가 TEC(96)의 두께보다 더 큰 경우의 애플리케이션에서 소망될 수 있음을 주목하라. 예시된 바와 같이, TEC(96)의 핫 사이드는 열 계면 재료(100)를 통하여 핫 사이드 히트 싱크(94)에 열적으로 그리고 기계적으로 결합되고, TEC(96)의 콜드 사이드는 열 계면 재료(102)를 통하여 좌대(98)에 열적으로 그리고 기계적으로 결합되고, 좌대(98)는 열 계면 재료(104)를 통하여 콜드 사이드 히트 싱크(92)에 열적으로 그리고 기계적으로 결합되어 있다. 열 계면 재료(100, 102, 104)는 어느 적합한 열 계면 재료라도 될 수 있다. 더욱, 열 계면 재료(100, 102, 104)는 동일한 열 계면 재료일 수 있거나, 또는 대안으로, 열 계면 재료(100, 102, 104) 중 일부 또는 전부는 서로 다른 열 계면 재료일 수 있다.

더 많은 전력이 TEC(96)의 핫 사이드에서 방열되므로, 좌대(98)는 예시된 바와 같이 TEC(96)과 콜드 사이드 히트 싱크(92) 사이에 있는 것이 바람직하다. 좌대(98)의 횡단면 면적은 콜드 사이드 히트 싱크(92)의 것보다 TEC(96)의 횡단면 면적에 더 가까워서, 차례로, 병행성을 달성하는 것을 더 쉽게 한다(예를 들어, 좌대(98)는 조합된 히트 싱크 및 좌대보다 취급하기가 더 쉽고 그리하여 소망의 평면성을 달성하도록 더 쉽게, 정확하게 그리고 정밀하게 놓일 수 있다). 좌대(98)는 TEC(96)와 열 접촉하고 있는 좌대(98)의 표면이 콜드 사이드 히트 싱크(92)와 열 접촉하고 있는 좌대(98)의 표면보다 더 작게 되도록 그러한 것일 수 있다. 그때, 좌대(98)와 콜드 사이드 히트 싱크(92) 사이에는, 그 더 큰 사이즈에 기인하여, 더 낮은 열 계면 저항을 갖는 열 계면이 있다. 일례로서, 좌대(98)는, 예를 들면, 원뿔 또는 각뿔의 뒤집힌 절두체의 형상일 수 있다. 더욱, 좌대(98)는 어느 적합한 높은 전도율 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 좌대(98)는 구리로 형성될 수 있고, 콜드 사이드 히트 싱크(92)는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 결과로서, 좌대(98)에서는 형상 및 재료에 기인하는 열 확산이 있다. 좌대(98) 및 좌대(98)와 TEC(96)과 콜드 사이드 히트 싱크(92) 사이 계면은 열 확산을 개선하도록 최적화될 수 있다. 일 실시예에 있어서, TEC(96)로의 계면에서의 좌대(98)의 치수는 TEC(96)의 것과 동일하거나 실질적으로 동일하고, 콜드 사이드 히트 싱크(92)로의 계면에서의 좌대(98)의 치수는 더 크다.

당업자라면 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 개선 및 수정을 인식할 것이다. 모든 그러한 개선 및 수정은 여기에서 개시된 개념 및 이하의 특허청구범위의 범주 내인 것으로 간주된다.

Claims

열전 열 교환기 컴포넌트(thermoelectric heat exchanger component)로서,
회로 보드;
상기 회로 보드에 부착된 복수의 열전 디바이스로서, 상기 복수의 열전 디바이스 중 2개 이상은 상기 회로 보드에 대하여 다른 높이를 갖는 것인, 상기 복수의 열전 디바이스;
상기 복수의 열전 디바이스 위쪽에 있는 열 확산 리드(heat spreading lid); 및
상기 복수의 열전 디바이스와 상기 열 확산 리드 사이에 있는 열 계면 재료를 포함하되,
상기 열 확산 리드는 상기 복수의 열전 디바이스의 각각의 높이에 따라, 상기 열 계면 재료의 두께가 최소화되도록 배향되어, 열 계면 저항이 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되도록 하는 열전 열 교환기 컴포넌트.
제1항에 있어서,
상기 복수의 열전 디바이스는 상기 회로 보드의 제1 표면에 부착되고, 상기 회로 보드의 제1 표면과는 반대쪽인 제1 표면 및 상기 제1 표면과는 반대쪽인 제2 표면을 포함하고;
상기 복수의 열전 디바이스 중 2개 이상의 열전 디바이스는 상기 회로 보드의 제1 표면에 대하여 다른 높이를 지니며;
상기 열 확산 리드는 상기 회로 보드의 제1 표면과 반대쪽에 있는 상기 복수의 열전 디바이스의 제1 표면 상에 있고; 그리고
상기 열 계면 재료는 상기 복수의 열전 디바이스의 제1 표면과 상기 열 확산 리드 사이에 있는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제2항에 있어서,
상기 회로 보드를 관통하는 하나 이상의 홀(hole)을 통해 상기 회로 보드의 제2 표면에서 노출된 상기 복수의 열전 디바이스의 제2 표면 상에 있는 제2 열 확산 리드; 및
상기 복수의 열전 디바이스와 상기 제2 열 확산 리드 사이에 있는 제2 열 계면 재료를 더 포함하되,
상기 제2 열 확산 리드는 상기 제2 열 계면 재료의 두께가 최소화되도록 배향되어, 열 계면 저항이 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되도록 하는 열전 열 교환기 컴포넌트.
제2항에 있어서, 상기 열 확산 리드는,
바디; 및
복수의 좌대 중 각각의 좌대가 상기 복수의 열전 디바이스 중 대응하는 하나의 열전 디바이스와 정렬되도록 상기 바디로부터 상기 복수의 열전 디바이스의 제1 표면으로 향하여 뻗어있는 동등 높이의 상기 복수의 좌대를 포함하되,
상기 열 계면 재료는 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대의 표면과 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 제1 표면 사이에 있고, 상기 열 확산 리드의 배향은 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대와 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 제1 표면 사이에 있는 상기 열 계면 재료의 두께가 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되도록 되어 있는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제4항에 있어서, 상기 열 계면 재료는 솔더(solder) 및 열 그리스(thermal grease)로 이루어진 군 중 하나인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제4항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대는 상기 좌대의 표면에 대하여 바깥쪽으로 경사진 에지를 갖는 평행육면체인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제4항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대는 상기 좌대의 표면에 대하여 바깥쪽으로 경사진 에지를 갖는 절두체인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제4항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대의 표면의 면적은 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 표면의 면적보다 1 내지 10 퍼센트 더 작은 것을 포함하는 범위에 있는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제4항에 있어서, 상기 열 확산 리드는 상기 열 확산 리드의 주변의 주위에 상기 열 확산 리드의 바디로부터 뻗어있는 립(lip)을 더 포함하는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제9항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 바디에 대한 상기 립의 높이는, 기정 공차 범위 내 상기 복수의 열전 디바이스의 높이의 어느 조합에 대해서라도, 적어도 하나의 미리 정해진 최소 갭이 상기 회로 보드의 제1 표면과 상기 열 확산 리드의 상기 립 사이에 유지되도록 되어 있되, 상기 적어도 하나의 상기 미리 정해진 최소 갭은 영보다 더 큰 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제10항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 주변의 주위에서 상기 회로 보드의 제1 표면과 상기 열 확산 리드의 상기 립 사이에 상기 적어도 하나의 상기 미리 정해진 최소 갭을 채우는 부착 재료를 더 포함하는 열전 열 교환기 컴포넌트.
제11항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 상기 립 및 상기 부착 재료는 상기 복수의 열전 디바이스를 보호하도록 상기 열 확산 리드에 가해지는 힘을 흡수하는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제11항에 있어서, 상기 부착 재료는 에폭시인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제11항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 치수에 대응하는 치수를 지니는 홀을 갖는 단열재 프리폼(thermal insulator preform)을 더 포함하되, 상기 단열재 프리폼은 상기 열 확산 리드가 상기 단열재 프리폼 내 상기 홀을 통과하게 되도록 상기 회로 보드 위쪽에 위치결정되는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제1항에 있어서,
상기 복수의 열전 디바이스는 상기 회로 보드의 제1 표면에 부착되고, 상기 회로 보드의 제1 표면과는 반대쪽인 제1 표면 및 상기 제1 표면과는 반대쪽인 제2 표면을 포함하고;
상기 열 확산 리드는 상기 회로 보드를 관통하는 하나 이상의 홀을 통해 상기 회로 보드의 제2 표면에서 노출되어 있는 상기 복수의 열전 디바이스의 제1 표면의 위쪽에 있으며;
상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 2개 이상의 열전 디바이스는 상기 회로 보드의 상기 제2 표면에 대하여 다른 높이를 갖고; 그리고
상기 열 계면 재료는 상기 복수의 열전 디바이스의 표면과 상기 열 확산 리드 사이에 있는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제15항에 있어서, 상기 열 확산 리드는,
바디; 및
복수의 좌대 중 각각의 좌대가 상기 복수의 열전 디바이스 중 대응하는 하나의 열전 디바이스와 정렬되도록 상기 바디로부터 상기 복수의 열전 디바이스의 제1 표면으로 향하여 뻗어있는 동등 높이의 상기 복수의 좌대를 포함하되,
상기 열 계면 재료는 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대와 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 제1 표면 사이에 있고, 상기 열 확산 리드는 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대와 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 제 1표면 사이에 있는 상기 열 계면 재료의 두께가 최소화되도록 배향되어, 열 계면 저항이 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되도록 하는 열전 열 교환기 컴포넌트.
제16항에 있어서, 상기 열 계면 재료는 솔더 및 열 그리스로 이루어진 군 중 하나인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제16항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대는 상기 좌대의 표면에 대하여 바깥쪽으로 경사진 에지를 갖는 평행육면체인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제16항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대는 상기 좌대의 표면에 대하여 바깥쪽으로 경사진 에지를 갖는 절두체인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제16항에 있어서, 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대의 표면의 면적은 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스의 제1 표면의 면적보다 1 내지 10 퍼센트 더 작은 것을 포함하는 범위에 있는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제16항에 있어서, 상기 열 확산 리드는 상기 열 확산 리드의 주변의 주위에 상기 열 확산 리드의 바디로부터 뻗어있는 립을 더 포함하는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제21항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 바디에 대하여 상기 립의 높이는, 기정 공차 범위 내 상기 복수의 열전 디바이스의 높이의 어느 조합에 대해서라도, 적어도 하나의 미리 정해진 최소 갭이 상기 회로 보드의 상기 제2 표면과 상기 열 확산 리드의 상기 립 사이에 유지되도록 되어 있되, 상기 적어도 하나의 상기 미리 정해진 최소 갭은 영보다 더 큰 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제22항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 주변의 주위에서 상기 회로 보드의 상기 제2 표면과 상기 열 확산 리드의 상기 립 사이에 상기 적어도 하나의 상기 미리 정해진 최소 갭을 채우는 부착 재료를 더 포함하는 열전 열 교환기 컴포넌트.
제23항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 상기 립 및 상기 부착 재료는 상기 복수의 열전 디바이스를 보호하도록 상기 열 확산 리드에 가해지는 힘을 흡수하는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제23항에 있어서, 상기 부착 재료는 에폭시인 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
제23항에 있어서, 상기 열 확산 리드의 치수에 대응하는 치수를 지니는 홀을 갖는 단열재 프리폼을 더 포함하되, 상기 단열재 프리폼은 상기 열 확산 리드가 상기 단열재 프리폼 내 상기 홀을 통과하게 되도록 상기 회로 보드 위쪽에 위치결정되는 것인 열전 열 교환기 컴포넌트.
열전 열 교환기 컴포넌트를 제조하는 방법으로서,
회로 보드에 복수의 열전 디바이스를 부착하는 단계로서, 상기 복수의 열전 디바이스 중 2개 이상의 열전 디바이스가 상기 회로 보드에 대하여 다른 높이를 갖는 것인, 상기 부착하는 단계;
상기 복수의 열전 디바이스 및 열 확산 리드로 이루어진 군 중 적어도 하나에 열 계면 재료를 도포하는 단계;
상기 복수의 열전 디바이스 위쪽에 상기 열 확산 리드를 위치시키는 단계; 및
볼 포인트 힘을 받아서, 상기 열 계면 재료의 두께가 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되는 배향으로 상기 열 확산 리드가 정착하게 되도록 상기 열 확산 리드에 상기 볼 포인트 힘을 가하는 단계를 포함하는, 열전 열 교환기 컴포넌트의 제조 방법.
제27항에 있어서, 상기 열 확산 리드에 상기 볼 포인트 힘이 계속 가해지면서, 상기 열 확산 리드의 립과 상기 회로 보드 사이의 갭을 부착 재료로 채움으로써 상기 열 확산 리드를 상기 회로 보드에 부착하는 단계를 더 포함하는, 열전 열 교환기 컴포넌트의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 열 확산 리드는 바디, 및 복수의 좌대 중 각각의 좌대가 상기 복수의 열전 디바이스 중 대응하는 하나의 열전 디바이스와 정렬되도록 상기 바디로부터 상기 복수의 열전 디바이스의 표면으로 향하여 뻗어있는 동등 높이의 상기 복수의 좌대를 포함하고,
상기 열 계면 재료를 도포하는 단계는 상기 복수의 열전 디바이스 및 상기 열 확산 리드의 상기 복수의 좌대로 이루어진 군 중 적어도 하나에 상기 열 계면 재료를 도포하는 단계를 포함하며;
상기 열 확산 리드를 위치시키는 단계는 상기 열 확산 리드의 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대가 상기 복수의 열전 디바이스 중 대응하는 하나의 열전 디바이스와 정렬되도록 상기 열 확산 리드를 위치시키는 단계를 포함하고;
상기 볼 포인트 힘을 가하는 단계는 상기 복수의 좌대 중 각각의 좌대와 상기 복수의 열전 디바이스 중 상기 대응하는 하나의 열전 디바이스 사이에 있는 상기 열 계면 재료의 두께가 상기 복수의 열전 디바이스에 대해 최소화되는 배향으로 상기 열 확산 리드가 정착하게 되도록 상기 열 확산 리드에 상기 볼 포인트 힘을 가하는 단계를 포함하는 것인, 열전 열 교환기 컴포넌트의 제조 방법.
제29항에 있어서, 상기 열 확산 리드는 상기 열 확산 리드의 주변의 주위에 상기 열 확산 리드의 바디로부터 뻗어있는 립을 더 포함하고, 상기 열 확산 리드의 바디에 대한 상기 립의 높이는, 기정 공차 범위 내 상기 복수의 열전 디바이스의 높이의 어느 조합에 대해서라도, 적어도 하나의 미리 정해진 최소 갭이 상기 회로 보드와 상기 열 확산 리드의 상기 립의 사이에 유지되도록 되어 있되, 상기 미리 정해진 최소 갭은 영보다 더 큰 것인, 열전 열 교환기 컴포넌트의 제조 방법.