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문제 정의
- 본 논문에서는 이와 같은 열전 냉각 모듈의 디자인 요소들이 적용된 박막형 열전 냉각 모듈의 디자인 모델을 소개하고 co-sputtering 기법으로 제작된 열전 재료의 특성 값과 열ㆍ전기적 접촉 저항 요소를 모델에 적용하여 간단하게 평가하였다.8그리고, 8 쌍의 열전재료로 구성된 수평형 박막형 열전소자를 설계하여 기판의 두께 차이에 의한 열전 효과를 해석하였다.
가설 설정
- 96×10-3 K-1인 값을 갖는 두 가지 종류의 열전 박막의 물성 값을 수식(3)과 (4)에 적용하여 계산하였다.8 두 가지 다른 열전 물성 값을 갖는 열전 박막을 이용하여 열전 냉각 모듈을 제작한다고 가정하여, 열전 재료의 길이 l에 대한 열방출 성능을 계산해 보면 Fig. 2와 같이 나타낼 수 있다. 이때 사용한 전기 저항을 나타내는 변수 n은 0.
- 온도 경계 조건은 모듈의 중앙부로부터 가장 먼 경계 온도를 297 K로 고정하고 그 밖의 경계에 대해서는 단열 조건으로 하였다. 모듈의 전극에 동일한 전류를 흘려주는 것으로 가정하여 각각 모듈에서의 냉각 효과 ∆T를 유한요소 해석을 수행하였다.
- 수평형 열전 모듈은 Fig. 7과 같이 n형 열전재료는 Bi2Te3, p형 열전재료는 Sb2Te3, 그리고 전극은 Cu로 가정하였다. p형과 n형의 열전 쌍은 총 8 개로 구성하고 각각 열전 재료는 Cu 전극으로 연결되어, 모듈의 중앙부분에서 가장자리로 열 방출이 발생하도록 하였다.
- 기판의 두께의 영향에 따른 수평형 열전소자의 성능을 비교하고자 표 1과 같은 재료 물성을 갖는 모듈을 설계하여 성능 해석을 실시하였다. 열전 현상을 나타내는 지배방정식은 열 방출을 위한 범프와 2 쌍의 열전재료들을 배치하여 설계한 Multi-Chip Module을 가정하여 수행한 해석과 동일한 수식을 사용하였다.11
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