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KR20140110410A - Fabrication methods of thermoelectric thin film modules using moulds consisting of via-holes and thermoelectric thin film modules produced using the same method - Google Patents

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KR20140110410A
KR20140110410A KR1020130024677A KR20130024677A KR20140110410A KR 20140110410 A KR20140110410 A KR 20140110410A KR 1020130024677 A KR1020130024677 A KR 1020130024677A KR 20130024677 A KR20130024677 A KR 20130024677A KR 20140110410 A KR20140110410 A KR 20140110410A
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thermoelectric thin
mold
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오태성
유병규
김민영
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홍익대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 열전박막 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조방법의 단순화 및 특성과 신뢰성의 향상을 이루기 위해 비아 홀이 구비된 몰드를 이용하여 n형 열전박막 레그들과 p형 열전박막 레그들을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈의 제조방법과 이에 의해 이루어지는 열전박막 모듈을 제공한다. The present invention relates to a thermoelectric thin film module, and more particularly, to a thermoelectric thin film module, in which n-type thermoelectric thin film legs and p-type thermo thin film legs are formed using a mold having a via hole in order to simplify a manufacturing method, And a thermoelectric thin film module comprising the thermoelectric thin film module.

Description

비아 홀이 구비된 몰드를 이용한 열전박막 모듈의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전박막 모듈 {Fabrication methods of thermoelectric thin film modules using moulds consisting of via-holes and thermoelectric thin film modules produced using the same method}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric thin film module using a mold having via holes and a thermoelectric thin film module manufactured using the same,

본 발명은 마이크로 열전센서, 열전발전소자 및 열전냉각소자와 같은 마이크로 열전박막소자에 적용하기 위한 열전박막 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric thin film module for application to a micro thermoelectric thin film device such as a micro thermoelectric sensor, a thermoelectric generator and a thermoelectric cooling device.

열전재료는 지벡 효과와 펠티에 효과에 의해 열 에너지와 전기 에너지간의 직접변환이 가능한 재료로서 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 열전재료를 이용한 전자냉각 모듈과 열전발전 모듈은 p형 열전 레그(leg)들과 n형 열전 레그들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 cold junction 부위에서 hot junction 부위로 펌핑되어 cold junction 부위가 냉각된다. 이에 반해 열전발전의 경우에는 모듈의 고온단과 저온단 사이의 온도차에 의해 고온단에서 저온단 부위로 열이 이동시 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함으로써 지벡 효과에 의해 기전력이 발생하게 된다.Thermoelectric materials can be directly converted between thermal energy and electric energy by the Seebeck effect and Peltier effect, and they are widely applied to electronic cooling and thermoelectric power generation. In the electronic cooling module and the thermoelectric module using the thermoelectric material, the p-type thermoelectric legs and the n-type thermoelectric legs are electrically connected in series and thermally connected in parallel. When a thermoelectric module is used for electron cooling, heat is pumped from the cold junction region to the hot junction region by the movement of holes and electrons in the p-type and n-type thermoelectric elements by applying a DC current to the module, And cooled. On the other hand, in the case of thermoelectric power generation, due to the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end of the module, when the heat is moved from the high temperature end to the low temperature end, the holes and electrons move from the high temperature end to the low temperature end in the p- An electromotive force is generated by the effect.

전자냉각모듈은 열응답 감도가 높고 국부적으로 선택적 냉각이 가능하며 작동부분이 없어 구조가 간단한 장점이 있어, 광통신용 LD 모듈, 고출력 파워 트랜지스터, 적외선 감지소자 및 CCD 등 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며, 공업용, 민생용 항온조나 과학용, 의료용 항온유지 장치에 응용되고 있다. 열전발전은 온도차만 부여하면 발전이 가능하여 이용 열원의 선택범위가 넓으며 구조가 간단하고 소음이 없어, 군사용 전원장치를 비롯한 특수소형 전원장치에 국한되었던 용도가 최근에는 산업폐열 등을 이용한 열전발전기, 대체독립전원 등의 분야로 경제적 용도가 증대하고 있다. The electronic cooling module has a high thermal response sensitivity, can be locally selectively cooled, and has a simple structure because it has no operating part. It is practical for local cooling of electronic components such as optical communication LD module, high power transistor, infrared sensor and CCD And is applied to industrial and civil service thermostats, scientific and medical thermostats. Thermoelectric power generation is possible only when the temperature difference is given, so that the range of choice of the heat source to be used is wide, the structure is simple and there is no noise, and the application which was limited to the special small power source device including the military power source device, , And alternative power sources.

최근 초소형 고감도 센서와 마이크로 발전소자 및 마이크로 냉각소자의 필요성이 대두됨에 따라 마이크로 열전소자가 개발되었다. 이제까지 마이크로 열전소자에 사용되는 열전모듈은 단결정 잉곳(ingot)을 절단하여 제조한 덩어리(bulk) 형태의 n형 열전 레그(leg)들과 p형 열전 레그들로 구성하거나, 가압소결법이나 열간압출법으로 제조한 다결정 가압소결체나 열간압출체를 절단하여 제조한 덩어리(bulk) 형태의 n형 열전 레그들과 p형 열전 레그들로 구성되어 왔다. 그러나 이들 덩어리 형태의 열전 레그들은 단결정 잉곳을 절단하거나 또는 다결정 가압소결체나 열간압출체를 절단하여 제조하기 때문에 크기 감소에 제한을 받는다. 따라서 이들을 이용하여 소형 열전모듈을 제작하는 것이 어려워 마이크로 열전소자를 구성하는데 어려움이 있었다. Recently, micro thermoelectric devices have been developed due to the necessity of ultra-small sensitivity sensors, micro power generation devices and micro cooling devices. The thermoelectric module used in the micro-thermoelectric device can be constituted by bulk type n-type thermoelectric legs and p-type thermoelectric legs produced by cutting a single crystal ingot, or by pressure sintering or hot extrusion And a bulk type n-type thermoelectric legs and p-type thermoelectric legs produced by cutting a polycrystalline pressure sintered body or a hot extruded body manufactured by a conventional method. However, these massive thermoelectric legs are limited in size reduction because they are manufactured by cutting single crystal ingots or by cutting polycrystalline pressure sintered bodies or hot extruded bodies. Therefore, it is difficult to fabricate a small thermoelectric module by using them, which makes it difficult to construct a micro thermoelectric device.

상기와 같이 덩어리 형태의 열전 레그들을 사용하여 마이크로 열전모듈을 구성시 발생하는 문제점을 해결하기 위해 도 1에 도시한 바와 같은 열전박막 모듈이 개발되었다. 열전박막 모듈을 구성하는 n형 열전박막 레그(11)과 p형 열전박막 레그(12)들은 기존 덩어리 형태의 열전 레그들에 비해 크기를 훨씬 미세하게 만들 수 있으며, 이에 따라 이들로 이루어진 열전박막 모듈을 사용하여 구성한 마이크로 열전센서, 마이크로 열전박막소자 및 마이크로 열전냉각소자와 같은 열전박막소자의 소형화가 가능하게 된다. A thermoelectric thin film module as shown in FIG. 1 has been developed in order to solve the problems that occur when the micro-thermoelectric module is constructed using the thermoelectric legs of the lump shape as described above. The n-type thermoelectric thin film legs 11 and the p-type thermo thin film legs 12 constituting the thermoelectric thin film module can be made much smaller in size than the existing mass thermoelectric legs, It is possible to miniaturize thermoelectric thin film elements such as a micro-thermoelectric sensor, a micro-thermoelectric thin-film element, and a micro-thermoelectric cooling element.

열전박막 모듈을 사용하여 구성한 마이크로 열전센서는 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 열전변환에 의해 전기적 신호가 열신호로부터 스스로 생성되므로 외부전원을 필요로 하지 않는다. 둘째, 작은 온도변화에도 감도와 응답성이 높으며, 출력신호가 크다. 셋째, 고온에서도 안정된 출력신호를 얻을 수 있어 활용 가능한 온도범위가 넓다. 이와 같은 장점으로 인해 마이크로 열전센서는 적외선 센서, 마이크로 칼로리미터, 습도계, RMS 컨버터, 가속도계, 유량계 등에 다양하게 응용되고 있다. 열전박막모듈을 사용하여 구성한 마이크로 열전발전소자에서는 열전박막 레그들의 미세화에 의해 작은 온도차에서도 큰 출력전압의 발생이 가능하여 출력밀도를 현저히 향상시키는 것이 가능하다. 열전박막모듈을 사용하여 구성한 마이크로 열전냉각소자는 냉각능이 크고 크기가 mm 이하로 소형화가 가능하며 반응시간이 짧아, 전자부품의 소형화와 고집적화에 따른 발열 및 온도 안정성 등의 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. A micro-thermoelectric sensor constructed using a thermoelectric thin-film module has the following advantages. First, since the electric signal is generated from the heat signal by thermoelectric conversion, no external power source is required. Second, the sensitivity and response are high even with small temperature changes, and the output signal is large. Third, stable output signal can be obtained even at high temperature, so the available temperature range is wide. Because of these advantages, micro-thermoelectric sensors are widely applied to infrared sensors, microcalorimeters, hygrometers, RMS converters, accelerometers, and flow meters. In the micro-thermoelectric device constructed using the thermoelectric thin film module, it is possible to generate a large output voltage even at a small temperature difference due to the miniaturization of the thermoelectric thin film legs, thereby remarkably improving the output density. The micro-thermoelectric cooling device using the thermoelectric thin-film module has the advantage of being able to solve the problems such as heat generation and temperature stability due to miniaturization and high integration of electronic parts because the cooling capacity is large, the size is less than mm and the reaction time is short have.

열전박막 모듈을 구성하기 위한 n형 열전박막 레그(11)와 p형 열전박막 레그(12)로는 상온 부근에서 열전특성이 우수한 비스무스 테루라이드(Bi2Te3)계 열전재료들이 주로 사용되고 있다. 비스무스 테루라이드계 열전재료 중에서 n형으로는 이원계 비스무스 테루라이드(Bi2Te3)와 삼원계 비스무스 테루라이드 세레나이드{Bi2(Te,Se)3}가 사용되고 있으며, p형으로는 이원계 안티모니 테루라이드(Sb2Te3)와 삼원계 비스무스 안티모니 테루라이드{(Bi,Sb)2Te3}가 사용되고 있다. As the n-type thermoelectric thin film legs 11 and the p-type thermoelectric thin film legs 12 for constituting thermoelectric thin film modules, bismuth terride (Bi 2 Te 3 ) thermoelectric materials having excellent thermoelectric properties near room temperature are mainly used. Bi-based bismuth terride (Bi 2 Te 3 ) and ternary bismuth terride serenide {Bi 2 (Te, Se) 3 } are used as n-type bismuth terride type thermoelectric materials, Terrulide (Sb 2 Te 3 ) and ternary bismuth antimoniteride {(Bi, Sb) 2 Te 3 } are used.

도 1과 같은 열전박막 모듈의 기존 제조방법을 도 2에 나타내었다. 도 2(a)와 같이 하부 기판(14)에 포토레지스트(15)를 도포하고 큐어링한 후, 포토리소그래피 공정을 사용하여 하부전극 형성용 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그런 다음에 진공증착법, 스퍼터링법, 전기도금법과 같은 금속박막 형성공정을 사용하여 도 2(b)와 같이 하부 기판에 박막전극(13)을 형성한다. 그런 다음에 도 2(c)와 같이 하부전극 형성용 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 다시 도 2(d)와 같이 하부 기판(14)에 포토레지스트(15)를 도포하고 큐어링하고, 포토리소그래피 공정을 사용하여 n형 열전박막 레그들을 형성할 부위의 포토레지스트를 제거한다. 그런 다음에 열전박막 공정법을 사용하여 도 2(e)와 같이 n형 열전박막 레그들을 형성한다. 그런 다음에 도 2(f)와 같이 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 도 2(g)와 같이 포토레지스트(15)를 다시 도포하고 큐어링 한 후 포토리소그래피 공정을 사용하여 p형 열전박막 레그들을 형성할 부위의 포토레지스트를 제거하여 p형 열전박막 형성용 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그런 다음에 열전박막 공정법을 사용하여 도 2(h)와 같이 p형 열전박막 레그들을 형성한다. 그런 다음에 도 2(i)와 같이 다시 p형 열전박막 레그 형성용 포토레지스트 패턴을 제거한다. 그런 다음에 다시 포토레지스트를 도포하고 큐어링 한 후 포토리소그래피 공정을 사용하여 도 2(j)와 같이 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 연결하기 위한 전극형성용 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그런 다음에 금속박막을 증착하여 도 2(k)과 같이 상부 박막전극을 형성한다. 그런 다음에 도 2(l)과 같이 상부 박막전극 형성용 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 도 2(m)과 같이 상부전극에 상부 기판을 접합시킴으로써 도 1과 같은 열전박막 모듈의 제작이 이루어졌다. The conventional manufacturing method of the thermoelectric thin film module as shown in FIG. 1 is shown in FIG. A photoresist 15 is applied and cured on the lower substrate 14 as shown in FIG. 2 (a), and then a photoresist pattern for forming the lower electrode is formed by using a photolithography process. Then, the thin film electrode 13 is formed on the lower substrate as shown in FIG. 2 (b) by using a metal thin film forming process such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and an electroplating method. Subsequently, the photoresist pattern for forming the lower electrode is removed as shown in FIG. 2 (c), and then the photoresist 15 is applied and cured on the lower substrate 14 as shown in FIG. 2 (d) Is used to remove the photoresist at the site where the n-type thermoelectric thin film legs will be formed. Next, n-type thermoelectric thin film legs are formed as shown in FIG. 2 (e) using a thermoelectric thin film process. After removing the photoresist pattern as shown in FIG. 2 (f), the photoresist 15 is again coated and cured as shown in FIG. 2 (g), and then a photolithography process is used to form the p- The photoresist at the portion to be etched is removed to form a photoresist pattern for forming the p-type thermoelectric thin film. Then, the p-type thermoelectric thin film legs are formed as shown in FIG. 2 (h) using a thermoelectric thin film process. Then, as shown in FIG. 2 (i), the photoresist pattern for forming the p-type thermoelectric thin film leg is removed again. Then, a photoresist is coated and cured again, and then a photolithography process is used to form a photoresist pattern for electrode formation for connecting the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermo thin film leg as shown in FIG. 2 (j) . Then, a metal thin film is deposited to form an upper thin film electrode as shown in FIG. 2 (k). Then, the photoresist pattern for forming the upper thin-film electrode was removed as shown in FIG. 2 (l), and then the upper substrate was bonded to the upper electrode as shown in FIG. 2 (m).

그러나 상기와 같은 기존의 열전박막모듈 제작공정은 하부전극 형성용 포토레지스트 패턴공정, n형 열전박막 레그 형성용 포토레지스트 패턴공정, p형 열전박막 레그 형성용 포토레지스트 패턴 공정, 상부전극 형성용 포토레지스트 패턴공정과 같이 여러 번의 포토레지스트 패턴을 형성하고 제거하는 공정이 반복되기 때문에, 공정단가가 높으며 반복되는 포토레지스트 패턴공정 중에 불량이 발생하여 수율이 낮아지는 문제점이 있다. However, the conventional thermoelectric thin film module fabrication process includes a photoresist pattern process for forming a lower electrode, a photoresist pattern process for forming an n-type thermoelectric thin film leg, a photoresist pattern process for forming a p-type thermoelectric thin film leg, Since the process of forming and removing a plurality of photoresist patterns as in the resist pattern process is repeated, there is a problem that the process cost is high and defects occur during the repeated photoresist pattern process, thereby lowering the yield.

또한 도 1과 같은 기존의 열전박막 모듈에서는 외부에서 가해지는 하중이 모두 n형 열전박막 레그들과 p형 열전박막 레그들로 전해지게 된다. 그러나 열전박막들은 기계적으로 취약하여 작은 하중에 의해서도 쉽게 파괴가 발생하기 때문에 열전박막 모듈의 사용 중에 외부충격에 의해 열전박막 레그들이 파손되어 열전박막 모듈을 사용하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 도 1과 같은 기존의 열전박막 모듈에서는 열전박막 레그들이 공기 중에 노출되어 있어 대기 중의 수분과 반응하여 부식이 되어 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다. 또한 도 1과 같은 기존의 열전박막 모듈에서는 상부 기판과 하부 기판의 높은 열저항 때문에 마이크로 열전박막소자의 특성이 현저히 저하하는 문제점이 있다.
In the conventional thermoelectric thin film module as shown in FIG. 1, the externally applied load is transferred to the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermoelectric thin film legs. However, since the thermoelectric thin films are mechanically fragile and easily broken by a small load, the thermoelectric thin film modules may not be used due to the external thermoelectric thin film module being broken due to external impact during the use of the thermoelectric thin film module. In the conventional thermoelectric thin film module as shown in FIG. 1, the thermoelectric thin film legs are exposed to the air and react with moisture in the air to cause corrosion, thereby decreasing the reliability. Also, in the conventional thermoelectric thin film module as shown in FIG. 1, there is a problem that the characteristics of the micro thermoelectric thin film device are remarkably deteriorated because of the high thermal resistance of the upper substrate and the lower substrate.

본 발명은 상기와 같은 기존 열전박막 모듈의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 비아 홀이 구비된 몰드를 이용하여 열전박막 모듈을 구성함으로써 제조방법이 간단하면서도 특성과 신뢰성이 우수한 열전박막 모듈을 제조하는 가장 효과적인 방법을 제공하고자 한다.
The present invention has been devised in order to solve the problems of the conventional thermoelectric thin film module as described above, and a thermoelectric thin film module having a via hole is used to manufacture a thermoelectric thin film module having a simple manufacturing method and excellent characteristics and reliability. To provide the most effective way to do so.

본 발명의 일측면에 따르면, (a) 몰드에 비아 홀들을 형성시키는 단계; (b) 상기 비아 홀들에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성시키는 단계; (c) 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출된 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그가 전기적으로는 직렬연결 되며 열적으로는 병렬연결 되도록 박막전극을 형성하는 단계; (d) 상기 몰드의 위 면이나 아래 면 또는 측면에 전극 패드를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 몰드의 표면에 절연층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) forming via holes in a mold; (b) forming an n-type thermoelectric thin film leg and a p-type thermo thin film leg in the via holes; (c) forming thin film electrodes so that the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermo thin film legs exposed on the upper and lower surfaces of the mold are electrically connected in series and thermally connected in parallel; (d) forming an electrode pad on an upper surface, a lower surface, or a side surface of the mold; And (e) forming an insulating layer on a surface of the mold; And a thermoelectric thin film module.

바람직하게는, 상기 몰드는 실리콘(Si)을 사용하여 이루어지며, 상기 n형 열전박막 레그는 비스무스 테루라이드 박막을 사용하여 이루어지며, 상기 p형 열전박막 레그는 안티모니 테루라이드 박막을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the mold is made of silicon (Si), the n-type thermoelectric thin film leg is made of a bismuth terride thin film, and the p-type thermo thin film leg is made of an antimony terride thin film .

바람직하게는, 상기 비아 홀들을 그 하방이 몰드에 막혀 관통되지 않도록 형성하고 이들 비아 홀들에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성한 후에 상기 몰드의 위 면과 아래 면을 연마하여 열전박막 레그들이 몰드를 상하로 관통하여 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the via holes are formed so as not to penetrate through the mold, and the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermoelectric thin film legs are formed in the via holes. Then, the upper and lower surfaces of the mold are polished, And the thin film legs penetrate the mold up and down to be exposed on the upper and lower surfaces of the mold.

바람직하게는, 상기 비아 홀들을 상기 몰드의 상하를 관통하도록 형성한 다음에 이들 관통 비아 홀들 내에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하여 열전박막 레그들이 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the via holes are formed to penetrate the upper and lower sides of the mold, and then the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermo thin film leg are formed in the through via-holes, Is exposed to the outside.

바람직하게는, 상기 비아 홀들은 몰드에 대한 Deep RIE, 레이저 가공, 드릴 가공 또는 습식 에칭법 중 적어도 하나를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the via holes are formed by using at least one of Deep RIE, laser processing, drilling, and wet etching for the mold.

바람직하게는, 상기 몰드는 실리콘(Si), SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the mold is a silicon (Si), SiO 2, Al 2 O 3, AlN, glass, glass-ceramics, SiC, Si 3 N 4 A ceramic material, and a ceramic material.

바람직하게는, 상기 몰드는 FR4, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the mold is made of a polymer comprising at least one of FR4, epoxy, phenol, polyimide, polyester, polycarbonate, polyarylate, polyether sulfone, and Teflon.

바람직하게는, 상기 n형 열전박막 레그는 n형 Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, Bi2(Te,Se)3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지며, 상기 p형 열전박막 레그는 p형 Bi2Te3, Sb2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the n-type thermoelectric thin film legs are formed of n-type Bi 2 Te 3 , (Bi, Sb) 2 Te 3 , Bi 2 (Te, Se) 3 , SiGe, (Pb, Ge) Te, is made of any one or use a combination of two or more, the p-type thermoelectric films leg has a p-type Bi 2 Te 3, Sb 2 Te 3, (Bi, Sb) 2 Te 3, SiGe, (Pb, Sn) Te, PbTe Or a combination of two or more of the thermoelectric thin films.

바람직하게는, 전기도금, 무전해 도금, 스퍼터링, 무전해도금, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 중 적어도 하나의 방법을 사용하여 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하는 것을 특징으로 한다. Preferably, at least one of electroplating, electroless plating, sputtering, electroless plating, screen printing, electron beam deposition, chemical vapor deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy) and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) and the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermo thin film leg are formed.

바람직하게는, 후막 페이스트의 스크린 프린팅법을 사용하여 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermo thin film leg are formed by screen printing of a thick film paste.

바람직하게는, 상기 박막전극은 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the thin film electrode is made of at least one selected from the group consisting of copper (Cu), tin (Sn), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt) (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or combinations of two or more of these metals.

바람직하게는, 상기 전극 패드들은 스퍼터링, 진공증착, 전기도금, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 스크린 프린팅, 마이크로 jet 프린팅 중 적어도 하나의 방법을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the electrode pads are formed using at least one of sputtering, vacuum deposition, electroplating, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), screen printing, .

바람직하게는, 상기 절연층은 SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹 또는 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the insulating layer is made of a ceramic or a material comprising at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, glass, glass-ceramic, SiC and Si 3 N 4 or an epoxy, phenol, polyimide, A polymer comprising at least one of carbonates, polyarylates, polyether sulfone, and Teflon.

바람직하게는, 상기 몰드에 구비한 비아 홀들에 n형 열전박막 레그들을 형성한 후 p형 열전박막 레그들을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the n-type thermoelectric thin film legs are formed in the via-holes of the mold, and then the p-type thermoelectric thin film legs are formed.

바람직하게는, 상기 몰드에 구비한 비아 홀들에 p형 열전박막 레그들을 형성한 후 n형 열전박막 레그들을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the p-type thermoelectric thin film legs are formed in the via-holes provided in the mold, and then the n-type thermoelectric thin film legs are formed.

바람직하게는, 한 쌍의 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그 또는 한 쌍 이상의 n형 열전박막 레그들과 p형 열전박막 레그들로 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, a pair of the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermoelectric thin film legs or one or more pairs of the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermoelectric thin film legs are provided.

바람직하게는, 전술한 특징들 중 어느 하나에 따른 제조방법으로 제조된 열전박막 모듈을 제공하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, there is provided a thermoelectric thin-film module manufactured by the manufacturing method according to any one of the above-mentioned characteristics.

본 발명에 의해 비아 홀이 구비된 몰드를 이용하여 열전박막 모듈을 구성함으로써, 여러 번의 포토레지스트 패턴 공정이 생략되어 제조방법이 간단하며, 외부에서 가해지는 하중을 몰드가 지탱하여 외부 하중에 의한 열전박막 레그들의 파괴를 방지할 수 있으며, 비아 홀내의 열전박막 레그들이 공기 중에 노출되지 않아 대기 중의 수분과의 반응이 방지되어 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 열저항이 큰 상부 기판과 하부 기판이 제거되어 마이크로 열전박막소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, since the thermoelectric thin film module is formed by using the mold having the via hole, the photoresist pattern process is omitted and the manufacturing method is simple, and the mold is supported by the load externally applied, The thin film legs can be prevented from being broken and the thermoelectric thin film legs in the via holes are not exposed to the air to prevent the reaction with moisture in the air to improve the reliability and the upper substrate and the lower substrate, The characteristics of the micro thermoelectric thin film device can be improved.

도 1은 기존 방법에 의한 열전박막 모듈의 개략적인 단면도.
도 2는 기존 방법에 의해 열전박막 모듈을 제조하는 방법을 나타내는 공정 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 비아 홀을 구비한 몰드를 사용하여 구성된 열전박막 모듈의 개략적인 (a) 단면도와 (b) 투시도.
도 4는 본 발명에 따른 비아 홀을 구비한 몰드를 사용하여 열전박막 모듈을 제조하는 방법을 나타내는 공정 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 전극 패드를 (a) 아래 면에 형성한 열전박막 모듈과 (b) 측면에 형성한 열전박막 모듈의 개략적인 모식도.
도 6은 본 발명에 따른 관통 비아 홀들이 형성되어 있는 몰드를 나타내는 개략적인 (a) 단면도와 (b) 측면도.1 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric thin-film module according to a conventional method;
2 is a process flow chart showing a method of manufacturing a thermoelectric thin film module by an existing method.
3 is a schematic cross-sectional view (a) and a perspective view of a thermoelectric thin-film module constructed using a mold having a via-hole according to the present invention.
4 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a thermoelectric thin film module using a mold having via holes according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram of a thermoelectric thin-film module formed on a lower surface of the electrode pad according to the present invention and a thermoelectric thin-film module formed on a side surface of the thermoelectric thin-film module.
6 is a schematic sectional view (a) and a side view (b) of a mold in which through-via-holes according to the present invention are formed;

이하에서는, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 발명에 의한 비아 홀이 구비된 몰드를 이용한 열전박막 모듈의 제조방법의 일실시예는 다음과 같이 구성된다.One embodiment of a method of manufacturing a thermoelectric thin film module using a mold having a via hole according to the present invention is configured as follows.

먼저, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 실리콘(Si) 웨이퍼를 절단하여 형성한 실리콘 몰드(31)에 Deep RIE(Reactive Ion Etching)을 이용하여 깊이 150㎛, 직경 50㎛, 피치 150㎛인 비아 홀(via hole)(41)들을 형성한 후, 건식산화법을 이용하여 0.1㎛ 두께의 SiO2 산화막을 비아 홀의 외벽 전면에 형성하였다. 본 실시예에서는 비아 홀(41)의 제작에 Deep RIE를 사용하였으며, 이와 더불어 레이저를 사용하거나 습식에칭법을 사용하여 비아 홀(41)을 형성하는 것도 가능하다. First, as shown in Fig. 4 (a), a silicon mold 31 formed by cutting a silicon (Si) wafer is subjected to a heat treatment at a depth of 150 mu m, a diameter of 50 mu m, and a pitch of 150 mu m using Deep RIE (Reactive Ion Etching) After via holes 41 were formed, a 0.1 탆 thick SiO 2 An oxide film was formed on the entire outer wall of the via hole. In this embodiment, Deep RIE is used to fabricate the via hole 41, and it is also possible to form the via hole 41 by using a laser or a wet etching method.

상기와 같이 형성한 비아 홀들 중에서 n형 열전박막 레그 형성용 비아 홀에 n형 Bi2Te3 열전박막을 전기도금하기 위한 씨앗층을 형성하기 위해 SiO2 계면과 접착력이 우수한 Ti를 0.1㎛ 두께로 스퍼터링 하였으며, 그 위에 2㎛ 두께의 Cu를 스퍼터링 하였다. 전기도금 씨앗층을 형성한 실리콘(Si)(31) 몰드를 Bi-Te 도금액에 장입하고 1×10-2 torr의 진공도로 30분간 유지하여 비아 홀(41) 내부에 포획되어 있는 기포를 제거하였다. Current source meter를 사용하여 전기도금 씨앗층에 도금전류를 인가하여 n형 열전박막 레그 형성용 비아 홀(41)들 내에 n형 Bi2Te3를 도금함으로써 도 4(b)에 도시한 바와 같이 n형 Bi2Te3 열전박막 레그(32)들을 형성하였다. In order to form a seed layer for electroplating the n-type Bi 2 Te 3 thermoelectric thin film in the via-holes for forming the n-type thermoelectric thin film legs among the via-holes thus formed, SiO 2 Ti having excellent adhesion to the interface was sputtered to a thickness of 0.1 mu m, and Cu of 2 mu m thickness was sputtered thereon. The Si (31) mold having the electroplated seed layer formed thereon was charged into the Bi-Te plating solution and maintained at a vacuum degree of 1 x 10 -2 torr for 30 minutes to remove the air bubbles trapped in the via hole 41 . As shown in FIG. 4 (b), n-type Bi 2 Te 3 is plated in the via holes 41 for forming n-type thermoelectric thin film legs by applying a plating current to the electroplated seed layer using a current source meter, Type Bi 2 Te 3 thermoelectric thin film legs 32 were formed.

상기와 같이 n형 Bi2Te3 열전박막 레그(32)들을 형성한 실리콘 몰드(31)의 p형 열전박막 레그 형성용 비아 홀(41) 내에 p형 Sb2Te3 열전박막을 전기도금하여 도 4(c)에 도시한 바와 같이 p형 열전박막 레그(33)들을 형성하였다. 이를 위해 p형 열전박막 레그 형성용 비아 홀(41)에 전기도금 씨앗층으로서 0.1㎛ 두께의 Ti와 2㎛ 두께의 Cu를 순차적으로 스퍼터링 하였다. p형 열전박막 전기도금용 씨앗층을 형성한 실리콘(Si) 몰드(31)를 Sb-Te 도금액에 장입하고 1×10-2 torr의 진공도로 30분간 유지하여 비아 홀(41) 내부에 포획되어 있는 기포를 제거하였다. Current source meter를 사용하여 p형 열전박막 레그 형성용 전기도금 씨앗층에 도금전류를 인가하여 비아 홀(41)들 내에 Sb2Te3를 전기도금하여 도 4(c)와 같이 p형 열전박막 레그(33)들을 형성하였다. In the via hole 41 for forming the p-type thermoelectric thin film leg of the silicon mold 31 in which the n-type Bi 2 Te 3 thermoelectric thin film legs 32 are formed as described above, p-type Sb 2 Te 3 The thermoelectric thin film was electroplated to form p-type thermo thin film legs 33 as shown in FIG. 4 (c). To this end, a 0.1 탆 thick Ti layer and a 2 탆 thick Cu layer were successively sputtered in the via hole 41 for forming p-type thermoelectric thin film legs as an electroplated seed layer. a silicon mold 31 having a seed layer for p-type thermoelectric thin film electroplating was placed in a Sb-Te plating solution and held in a vacuum of 1 × 10 -2 torr for 30 minutes to be trapped in the via hole 41 The bubbles were removed. The Sb 2 Te 3 is electroplated in the via holes 41 by applying a plating current to the electroplated seed layer for forming the p-type thermoelectric thin film leg using a current source meter to form a p-type thermoelectric thin film leg (33).

상기와 같이 비아 홀(41)들 내에 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들이 형성된 실리콘 몰드(31)의 위 면과 아래 면을 연마하여 비아 홀(41)들내에 채워진 열전박막 레그(32,33)들이 실리콘 몰드(31)의 위 면과 아래 면에 노출되도록 함으로써 도 (d)와 같이 실리콘 몰드(31)를 관통하는 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들이 구비된 몰드(31)를 형성하였다. The upper and lower surfaces of the silicon mold 31 in which the n-type thermoelectric thin film legs 32 and the p-type thermoelectric thin film legs 33 are formed in the via-holes 41 are polished to form the via holes 41 The thermoelectric thin film legs 32 and 33 filled in the silicon mold 31 are exposed on the upper and lower surfaces of the silicon mold 31 so that the n-type thermoelectric thin film legs 32 penetrating the silicon mold 31 as shown in FIG. the mold 31 having the p-type thermoelectric thin film legs 33 was formed.

상기와 같이 관통된 형상의 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들이 구비된 실리콘 몰드(31)의 위 면과 아래 면에 메탈 마스크를 사용하여 2㎛ 두께의 Cu를 스퍼터링 하여 박막전극(34)들을 형성함으로써 도 4(e)와 같이 실리콘 몰드(31) 내의 n형 Bi2Te3 열전박막 레그(32)들과 p형 Sb2Te3 열전박막 레그(33)들이 전기적으로는 직렬 연결되며 열적으로는 병렬 연결되도록 하였다. Using a metal mask on the upper and lower surfaces of the silicon mold 31 having the n-type thermoelectric thin film legs 32 and the p-type thermoelectric thin film legs 33 penetrating in the above-described manner, Type Bi 2 Te 3 thermoelectric thin film legs 32 and the p-type Sb 2 Te 3 thermo thin film legs 33 in the silicon mold 31 as shown in FIG. 4 (e) by sputtering the thin film electrodes 34, Are electrically connected in series and thermally connected in parallel.

열전박막 모듈을 마이크로 전자냉각소자에 적용시에는 열전박막 모듈에 전기를 인가하기 위한 전극 패드(35)가 필요하다. 또한 열전박막 모듈을 마이크로 열전센서에 적용시에는 열 신호에 의해 발생하는 전압측정용 전극 패드(35)가 필요하며, 마이크로 열전발전소자에 적용시에는 온도차에 의해 발생하는 전력을 추출해내기 위한 전극 패드(35)가 필요하다. 본 실시예에서는 2㎛ 두께의 Cu를 스퍼터링 하여 상기와 같은 전극 패드(35)들을 열전박막 모듈의 상부 면에 형성하였다. When the thermoelectric thin film module is applied to a microelectronic cooling device, an electrode pad 35 for applying electricity to the thermoelectric thin film module is required. When the thermoelectric thin film module is applied to a micro-thermoelectric sensor, an electrode pad 35 for voltage measurement generated by a thermal signal is required. In application to the micro-thermoelectric device, an electrode pad (35) is required. In this embodiment, the electrode pads 35 as described above are formed on the upper surface of the thermoelectric thin film module by sputtering Cu of 2 탆 thickness.

상기와 같이 전극 패드(35)들을 형성한 열전박막 모듈의 위 면과 아래 면에 절연층(36)의 용도로 에폭시를 코팅하여 도 3에 도시한 열전박막 모듈을 형성하는 것이 가능하였다. 이러한 제조방법에 의해 제공방법이 간단하면서도 특성과 신뢰성이 우수한 열전박막 모듈을 제공할 수 있다. The thermoelectric thin film module shown in FIG. 3 can be formed by coating epoxy on the upper and lower surfaces of the thermoelectric thin film module on which the electrode pads 35 are formed as described above. With this manufacturing method, it is possible to provide a thermoelectric thin film module which is simple in terms of the method of providing, and is excellent in characteristics and reliability.

본 실시예에서는 실리콘 몰드(31)에 막혀 있는 비아 홀(41)들을 형성하고 이들 비아 홀(41)들을 n형 열전박막(32)과 p형 열전박막(33)으로 채운 후에 실리콘 몰드(31)의 위 면과 아래 면을 연마하여 열전박막 레그(32,33)들이 실리콘 몰드(31)를 관통하도록 제작하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 도 6과 같이 위 면과 아래 면을 관통하는 비아 홀(41)들을 형성한 몰드(31)를 사용하여 상기 관통 비아 홀(41)들에 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들을 형성하여 열전박막 모듈을 구성하는 것도 가능하다. The via holes 41 are formed in the silicon mold 31 and the via holes 41 are filled with the n-type thermoelectric thin film 32 and the p-type thermoelectric thin film 33, So that the thermoelectric thin film legs 32 and 33 penetrate through the silicon mold 31. As shown in FIG. 6, the n-type thermoelectric thin film legs 32 are formed in the through via holes 41 by using a mold 31 having via holes 41 penetrating the upper surface and the lower surface as shown in FIG. And the p-type thermoelectric thin film legs 33 may be formed to constitute the thermoelectric thin film module.

본 실시예에서는 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들을 전기도금하기 위한 실리콘 몰드(31)의 비아 홀(41)들을 Deep RIE를 사용하여 형성하였는데, 이와 더불어 레이저 가공이나 드릴 가공 또는 습식 에칭법을 사용하여 몰드(31)에 비아 홀(41)들을 형성하는 것도 가능하다. The via holes 41 of the silicon mold 31 for electroplating the n-type thermoelectric thin film legs 32 and the p-type thermoelectric thin film legs 33 are formed using Deep RIE. In addition, It is also possible to form the via-holes 41 in the mold 31 by using processing, drilling or wet etching.

본 실시예에서는 열전박막 레그(32,33)들을 구비하는 몰드(31)로서 실리콘(Si)을 사용하였으며, 이와 더불어 본 발명에서는 SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4와 같은 세라믹을 몰드(31)로 사용하는 것도 가능하다. 또한 본 발명에서는 FR4, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론과 같은 고분자를 몰드(31)로 사용하는 것도 가능하다. In this embodiment, we used a silicon (Si) as the die 31 having the thin film thermoelectric legs (32,33), in the present invention, with this SiO 2, Al 2 O 3, AlN, glass, glass-ceramic, SiC , And Si 3 N 4 may be used as the mold 31. In the present invention, it is also possible to use a polymer such as FR4, epoxy, phenol, polyimide, polyester, polycarbonate, polyarylate, polyether sulfone or Teflon as the mold 31.

본 실시예에서는 열전박막 레그(32,33)들을 형성할 몰드(31)의 비아 홀(41)들에 절연층(36)을 형성하고 열전박막 레그(32,33)들을 형성하였으나, 이와 더불어 본 발명에서는 몰드(31)의 재질에 따라 비아 홀(41)에 절연층을 형성하지 않고 열전박막 레그(32,33)들을 형성하는 것도 가능하다. The insulating layer 36 is formed in the via holes 41 of the mold 31 to form the thermoelectric thin film legs 32 and 33 and the thermoelectric thin film legs 32 and 33 are formed. It is also possible to form the thermoelectric thin film legs 32 and 33 without forming the insulating layer in the via hole 41 according to the material of the mold 31.

본 실시예에서는 n형 Bi2Te3 열전박막 레그(32)들과 p형 Sb2Te3 열전박막 레그(33)들을 사용하여 열전박막 모듈을 구성하였으며, 이와 더불어 본 발명에서는 n형 Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, Bi2(Te,Se)3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 n형 열전박막 래그(32)들을 구성하며 p형 Bi2Te3, Sb2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 p형 열전박막 레그(33)들을 구성하는 것이 가능하다. In this embodiment, the n-type Bi 2 Te 3 thermoelectric thin film legs 32 and the p-type Sb 2 Te 3 Using thermal thin legs 33 was configured to thermally thin film module in the present, with this invention, n-type Bi 2 Te 3, (Bi, Sb) 2 Te 3, Bi 2 (Te, Se) 3, SiGe, (Pb , Ge) Te, PbTe thermoelectric thin film of any one or constructing the n-type thermoelectric films lug 32 using a combination of two or more, and a p-type Bi 2 Te 3, Sb 2 Te 3, (Bi, Sb in) 2 Te 3 It is possible to construct the p-type thermoelectric thin film legs 33 using any one or a combination of two or more of SiGe, (Pb, Sn) Te and PbTe thermoelectric thin films.

본 발명에서 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들을 형성하는 방법으로는 본 실시예에 의한 전기도금법을 포함하여 무전해도금, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 포함하여 어떠한 박막형성법이나 코팅법의 사용도 가능하다. In the present invention, the n-type thermoelectric thin film legs 32 and the p-type thermoelectric thin film legs 33 may be formed by the electroless plating method, the sputtering method, the screen printing method, Any thin film deposition method or coating method can be used including vapor deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

본 발명에서는 n형 열전박막 레그(32)들 대신에 후막 페이스트의 스크린 프린팅법을 사용하여 n형 열전후막 레그들을 구비하며, p형 열전박막 레그(33)들 대신에 후막 페이스트의 스크린 프린팅법을 사용하여 p형 열전후막 레그들을 구비하여 열전박막 모듈 대신에 열전후막 모듈을 구성하는 것도 가능하다. 상기와 같은 열전후막 모듈에서 박막전극(34)을 사용하는 것도 가능하며, 박막전극(34) 대신에 전극 페이스트의 스크린 프린팅법을 사용하여 후막전극을 구비하는 것도 가능하다. In the present invention, instead of the n-type thermoelectric thin film legs 32, n-type thermoelectric thin film legs are provided by screen printing of a thick film paste, and a screen printing method of a thick film paste is used instead of the p- It is also possible to form the thermoelectric module using a thermoelectric thin film module instead of the thermoelectric thin film module. The thin film electrode 34 may be used in the thermoelectric thin film module as described above. Alternatively, the thin film electrode 34 may be replaced with a thick film electrode by screen printing of an electrode paste.

본 실시예에서는 n형 열전박막 레그(32)들과 p형 열전박막 레그(33)들을 연결하는 박막전극(34)으로서 구리 박막 단일층을 사용하여 열전박막 모듈을 구성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 단일층 또는 다층으로 이루어진 박막전극(34)들을 형성하는 것도 가능하다. In this embodiment, a thermoelectric thin film module is constructed by using a copper thin film single layer as the thin film electrode 34 connecting the n-type thermoelectric thin film legs 32 and the p-type thermo thin film legs 33. In addition, in the present invention, it is preferable to use a metal such as Cu, Sn, Ag, Al, Ni, Au, Pt, It is also possible to form thin film electrodes 34 made of a single layer or a multilayer by combining metals having a composition containing any one or more of titanium (Ti), tantalum (Ta), and tungsten (W)

본 실시예에서는 전극패드(35)를 열전박막 모듈의 상부 면에 형성하여 열전박막 모듈을 구성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 도 5에 도시한 바와 같이 상기 전극패드(35)들을 열전박막 모듈의 상부 면이나 하부 면 또는 측면에 형성하는 것이 가능하다. In this embodiment, the electrode pad 35 is formed on the upper surface of the thermoelectric thin film module to constitute the thermoelectric thin film module. In addition, in the present invention, it is possible to form the electrode pads 35 on the upper surface, the lower surface, or the side surface of the thermoelectric thin film module, as shown in FIG.

도 5에 도시한 전극패드(35)들은 스퍼터링, 진공증착, 전기도금, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 스크린 프린팅, 마이크로 jet 프린팅 등과 같은 다양한 박막공정을 사용하여 형성하는 것이 가능하다. 상기와 같은 전류인가용 또는 전압측정용 또는 전력추출용 전극패드(35)들은 열전박막 모듈의 박막전극(34)의 형성공정 중에 함께 형성하는 것도 가능하며, 박막전극(34)과는 별도의 공정으로 형성하는 것도 가능하다. The electrode pads 35 shown in FIG. 5 may be formed using various thin film processes such as sputtering, vacuum deposition, electroplating, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), screen printing, It is possible to do. The electrode pads 35 for current application, voltage measurement, or electric power extraction may be formed together during the formation of the thin film electrode 34 of the thermoelectric thin film module, and may be formed separately from the thin film electrode 34 As shown in Fig.

본 실시예에서는 열전박막 모듈의 위 면과 아래 면에 에폭시로 절연층(36)을 형성하여 열전박막 모듈을 구성하였으며, 본 발명에서 상기와 같은 절연층(36)을 열전박막 모듈의 위 면, 아래 면과 함께 측면에도 형성하여 열전박막 모듈을 구성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the thermoelectric thin film module is formed by forming an epoxy insulating layer 36 on the upper surface and the lower surface of the thermoelectric thin film module. In the present invention, the insulating layer 36 is formed on the upper surface, It is also possible to form the thermoelectric thin film module on the side surface together with the lower surface.

상기와 같은 절연층(36)은 SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4와 같은 세라믹 또는 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론과 같은 고분자를 사용하여 구성하는 것이 가능하다. Insulating layer 36 as described above is SiO 2, Al 2 O 3, AlN, glass, glass-ceramics, SiC, Si 3 N 4 and the like a ceramic or an epoxy, phenolic, polyimide, polyester, polycarbonates, polyallylates Polyether sulfone, and Teflon can be used.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

11. n형 열전박막 레그 12. p형 열전박막 레그
13. 박막전극 14. 하부 기판 및 상부 기판
31. 몰드 32. n형 열전박막 레그
33. p형 열전박막 레그
34. 하부 박막전극 및 상부 박막전극
35. 전극패드 36. 절연층
41. 비아 홀11. n-type thermoelectric thin film leg 12. p-type thermo thin film leg
13. Thin film electrode 14. Lower substrate and upper substrate
31. Mold 32. n-type thermoelectric thin film leg
33. p-type thermoelectric thin film leg
34. Lower Thin Film Electrode and Upper Thin Film Electrode
35. Electrode pad 36. Insulation layer
41. Via hole

Claims (17)

(a) 몰드에 비아 홀들을 형성시키는 단계;
(b) 상기 비아 홀들에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성시키는 단계;
(c) 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출된 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그가 전기적으로는 직렬연결 되며 열적으로는 병렬연결 되도록 박막전극을 형성하는 단계;
(d) 상기 몰드의 위 면이나 아래 면 또는 측면에 전극 패드를 형성하는 단계; 및
(e) 상기 몰드의 표면에 절연층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
(a) forming via holes in a mold;
(b) forming an n-type thermoelectric thin film leg and a p-type thermo thin film leg in the via holes;
(c) forming thin film electrodes so that the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermo thin film legs exposed on the upper and lower surfaces of the mold are electrically connected in series and thermally connected in parallel;
(d) forming an electrode pad on an upper surface, a lower surface, or a side surface of the mold; And
(e) forming an insulating layer on a surface of the mold; And forming a thermoelectric thin film module on the thermoelectric thin film module.
제 1항에 있어서,
상기 몰드는 실리콘(Si)을 사용하여 이루어지며, 상기 n형 열전박막 레그는 비스무스 테루라이드 박막을 사용하여 이루어지며, 상기 p형 열전박막 레그는 안티모니 테루라이드 박막을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mold is made of silicon (Si), the n-type thermoelectric thin film leg is made of a bismuth terride thin film, and the p-type thermo thin film leg is made of an antimonyteride thin film A method for manufacturing a thermoelectric thin film module.
제 1항에 있어서,
상기 비아 홀들을 그 하방이 몰드에 막혀 관통되지 않도록 형성하고 이들 비아 홀들에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성한 후에 상기 몰드의 위 면과 아래 면을 연마하여 열전박막 레그들이 몰드를 상하로 관통하여 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The via holes are formed so as not to penetrate through the mold and the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermoelectric thin film leg are formed in the via holes, and then the upper and lower surfaces of the mold are polished, And the upper and lower surfaces of the mold are exposed to the upper and lower surfaces of the mold.
제 1항에 있어서,
상기 비아 홀들을 상기 몰드의 상하를 관통하도록 형성한 다음에 이들 관통 비아 홀들 내에 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하여 열전박막 레그들이 상기 몰드의 위 면과 아래 면에 노출되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
Holes are formed to penetrate the upper and lower sides of the mold and then the n-type thermoelectric thin film legs and the p-type thermo thin film legs are formed in the through via-holes so that the thermoelectric thin film legs are exposed on the upper surface and the lower surface of the mold ≪ / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 비아 홀들은 몰드에 대한 Deep RIE, 레이저 가공, 드릴 가공 또는 습식 에칭법 중 적어도 하나를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법
The method according to claim 1,
Wherein the via holes are formed by using at least one of Deep RIE, laser processing, drilling, and wet etching for the mold.
제 1항에 있어서,
상기 몰드는 실리콘(Si), SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The mold is a silicon (Si), SiO 2, Al 2 O 3, AlN, glass, glass-ceramics, SiC, Si 3 N 4 of at least one thermally thin film module which comprises using the formed ceramic including manufacturing Way.
제 1항에 있어서,
상기 몰드는 FR4, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mold comprises a polymer comprising at least one of FR4, epoxy, phenol, polyimide, polyester, polycarbonate, polyarylate, polyether sulfone, and Teflon.
제 1항에 있어서,
상기 n형 열전박막 레그는 n형 Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, Bi2(Te,Se)3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지며, 상기 p형 열전박막 레그는 p형 Bi2Te3, Sb2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe 열전박막들 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The n-type thermoelectric thin film leg may be formed of any one or two of n-type Bi 2 Te 3 , (Bi, Sb) 2 Te 3 , Bi 2 (Te, Se) 3 , SiGe, (Pb, Ge) Te and PbTe thermoelectric thin films. (Bi, Sb) 2 Te 3 , SiGe, (Pb, Sn) Te, and PbTe thermoelectric thin films of the p type Bi 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 , Wherein the thermoelectric thin film module is formed using any one or a combination of two or more thereof.
제 1 항에 있어서,
전기도금, 무전해 도금, 스퍼터링, 무전해도금, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 중 적어도 하나의 방법을 사용하여 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The n-type thermoelectric thin film is formed using at least one of electroplating, electroless plating, sputtering, electroless plating, screen printing, electron beam deposition, chemical vapor deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) Legs and p-type thermoelectric thin film legs are formed.
제 1항에 있어서,
후막 페이스트의 스크린 프린팅법을 사용하여 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그를 형성하는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the n-type thermoelectric thin film leg and the p-type thermo thin film leg are formed by screen printing of a thick film paste.
제 1항에 있어서,
상기 박막전극은 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The thin film electrode may be formed of at least one selected from the group consisting of Cu, Sn, Ag, Ni, Au, Pt, Fe, Cr, (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or a combination of two or more of these metals to form a single layer or multiple layers.
제 1항에 있어서,
상기 전극 패드들은 스퍼터링, 진공증착, 전기도금, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 스크린 프린팅, 마이크로 jet 프린팅 중 적어도 하나의 방법을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode pads are formed using at least one of sputtering, vacuum deposition, electroplating, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), screen printing, and micro jet printing. Method of manufacturing a module.
제 1항에 있어서,
상기 절연층은 SiO2, Al2O3, AlN, 유리, 글라스-세라믹, SiC, Si3N4 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹 또는 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
The insulating layer is SiO 2, Al 2 O 3, AlN, glass, glass-ceramics, SiC, Si 3 N 4 Wherein the thermoelectric thin film module is formed of a polymer comprising at least one selected from the group consisting of an epoxy, a phenol, a polyimide, a polyester, a polycarbonate, a polyarylate, a polyether sulfone, and a Teflon, Gt;
제 1항에 있어서,
상기 몰드에 구비한 비아 홀들에 n형 열전박막 레그들을 형성한 후 p형 열전박막 레그들을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
And forming p-type thermoelectric thin film legs after forming n-type thermoelectric thin film legs in via-holes provided in the mold.
제 1항에 있어서,
상기 몰드에 구비한 비아 홀들에 p형 열전박막 레그들을 형성한 후 n형 열전박막 레그들을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
And forming n-type thermoelectric thin film legs after forming p-type thermoelectric thin film legs in via-holes provided in the mold.
제 1항에 있어서,
한 쌍의 n형 열전박막 레그와 p형 열전박막 레그 또는 한 쌍 이상의 n형 열전박막 레그들과 p형 열전박막 레그들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전박막 모듈 제조방법.
The method according to claim 1,
A pair of n-type thermoelectric thin film legs, a p-type thermoelectric thin film leg, a pair of n-type thermoelectric thin film legs and p-type thermoelectric thin film legs.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 열전박막 모듈.A thermoelectric thin film module manufactured by the method of any one of claims 1 to 16.
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