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WO2019066354A1 - 열전 소자 - Google Patents

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WO2019066354A1
WO2019066354A1 PCT/KR2018/010984 KR2018010984W WO2019066354A1 WO 2019066354 A1 WO2019066354 A1 WO 2019066354A1 KR 2018010984 W KR2018010984 W KR 2018010984W WO 2019066354 A1 WO2019066354 A1 WO 2019066354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
type
thermoelectric
layer
substrate
disposed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2018/010984
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
진희열
김종현
양태수
유영삼
이구
이윤교
전계수
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Innotek Co Ltd
Original Assignee
LG Innotek Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020170124373A external-priority patent/KR20190035310A/ko
Priority claimed from KR1020170133852A external-priority patent/KR102310806B1/ko
Application filed by LG Innotek Co Ltd filed Critical LG Innotek Co Ltd
Priority to US16/644,799 priority Critical patent/US20210066566A1/en
Priority to CN201880060831.4A priority patent/CN111133596B/zh
Priority to EP18860375.7A priority patent/EP3690966B1/en
Publication of WO2019066354A1 publication Critical patent/WO2019066354A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • thermoelectric element relates to a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric element and its electrode structure.
  • Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.
  • Thermoelectric elements are collectively referred to as elements utilizing thermoelectric phenomenon and have a structure in which a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.
  • thermoelectric element can be classified into a device using a temperature change of electrical resistance, a device using a Seebeck effect that generates electromotive force by a temperature difference, a device using a Peltier effect that is a phenomenon in which heat is generated by heat or a heat is generated .
  • thermoelectric devices are widely applied to household appliances, electronic components, and communication components.
  • a thermoelectric element can be applied to a cooling device, a heating device, a power generation device, and the like.
  • thermoelectric performance of thermoelectric elements there is a growing demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements.
  • thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg, wherein a plurality of thermoelectric legs are arranged in an array between the upper substrate and the lower substrate, and a plurality of upper electrodes and a plurality of A lower electrode is disposed.
  • the upper electrode and the lower electrode connect the thermoelectric legs in series.
  • the thermoelectric element can be assembled by Surface Mount Technology (SMT) through arranging thermoelectric legs in the form of an array on a substrate on which a plurality of electrodes are disposed, and then performing a reflow process.
  • SMT Surface Mount Technology
  • solder can be bonded by solder. 1 is a view for explaining a problem that may occur when a thermoelectric device is assembled by SMT. Referring to FIGS. 1 (a) and 1 (b), when a reflow process is performed, a part of the solder can be melted. At this time, there is no great problem in the alignment between the lower electrode 12 and the thermoelectric legs 14, but a part of the solder 18 on the upper electrode 16 side is pushed down by gravity.
  • thermoelectric legs 14 and the electrodes 16 a space in which the solder 18 is not disposed between the thermoelectric legs 14 and the electrodes 16 is generated, so that the thermoelectric legs 14 and the electrodes 16 can not be bonded to each other ,
  • the solder 18 may come in the middle as shown in Fig. 1 (b), resulting in a short circuit between the pair of thermoelectric converters 14.
  • the glass substrate is glass in terms of thermal conductivity as compared with the case where the upper substrate and the lower substrate are bonded by the adhesive layer.
  • the adhesive layer is deteriorated during the reflow process and the electrodes are easily separated from the substrate.
  • the present invention provides an electrode structure for a thermoelectric device.
  • thermoelectric device includes a first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged on the first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs, A second substrate disposed on the N-type thermoelectric leg, a second substrate disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs, and a pair of P-type thermoelectric legs and an N- Type thermoelectric conversion element, a plurality of first electrodes on which the legs are arranged, and a plurality of second electrodes arranged between the second substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, Type solder layer and an N-type solder layer are disposed on each of the plurality of first electrodes, and a pair of P-type solder layers and an N-type solder layer are disposed on the plurality of first electrodes, And the plurality of second electrodes A pair of P-type solder layers and an N-type solder layer
  • the height of the partition wall layer may be higher than the height of the pair of P-type solder layer and N-type solder layer.
  • the side surface of the partition wall layer may contact the pair of P-type solder layer and the N-type solder layer.
  • the barrier layer comprises a first region having a first height and a second region having a second height less than the first height, wherein at least a portion of the first region comprises the pair of P-type solder layers and N Type solder layer, and the second region may be surrounded by the first region.
  • the first height may be 1.01 to 1.2 times the second height.
  • the area of the first region may be 0.01 to 10% of the total area of the partition wall layer.
  • the barrier rib layer may include an epoxy resin.
  • the barrier rib layer may be insulating.
  • a plating layer may further be disposed on each of the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes.
  • the plating layer may include tin.
  • the partition wall layer may be directly adhered to the plating layer.
  • thermoelectric device includes a first substrate on which a plurality of first grooves are formed at the edges, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged on the first substrate, A second substrate disposed on the P-type thermoelectric leg and the plurality of N-type thermoelectric legs, and a second substrate disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, A plurality of first electrodes on which the P-type thermoelectric legs and the N-type thermoelectric legs of the plurality of P-type thermoelectric legs are arranged, a plurality of P- A plurality of second electrodes on which the thermoelectric-type legs and the N-type thermoelectric legs are arranged, and an electrode fixing member for fixing the first substrate and the plurality of first electrodes, The first line, the first direction, Extending in a direction perpendicular to the plurality of first lines and the plurality of second lines at both ends of the pluralit
  • At least a part of each of the plurality of first lines may be disposed so as to be in close contact with the plurality of first electrodes between the pair of P-type thermoelectric legs and the N-type thermoelectric leg.
  • An adhesive layer may be further disposed between the first substrate and the plurality of first electrodes.
  • Each of at least portions of the plurality of second lines may be disposed on the adhesive layer between the plurality of first electrodes.
  • a plurality of second grooves are formed on at least a part of a point spaced apart from the plurality of first grooves by a predetermined distance on the first substrate, and the electrode fixing member is arranged at a predetermined interval from both ends of the plurality of first lines And a fourth line extending in a direction perpendicular to the plurality of first lines and the plurality of second lines at a spaced point and inserted in the plurality of second grooves.
  • the depth of the plurality of first grooves may be 0.1 to 0.9 times the height of the first substrate.
  • At least a portion of the plurality of first grooves may be filled with the third line and the adhesive.
  • the electrode fixing member may be made of an insulating material.
  • thermoelectric device includes a first substrate having a plurality of first grooves formed at an edge thereof, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged on the first substrate, A second substrate disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, a second substrate disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectrons and the plurality of N-type thermoelectric legs, A plurality of first electrodes on which a pair of P-type thermoelectric legs and an N-type thermoelectric leg are disposed, a plurality of first electrodes arranged on the second substrate, a plurality of P- A plurality of second electrodes on which the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are disposed, and an electrode fixing member for fixing the first substrate and the plurality of first electrodes, wherein the electrode fixing member comprises a plurality A first line of the plurality of first A plurality of second lines in a
  • Two first lines constituting each opening may be disposed in close contact with the plurality of first electrodes and two second lines may be disposed between the plurality of first electrodes.
  • thermoelectric device having excellent performance can be obtained. Particularly, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce defects occurring during the reflow process for assembling the thermoelectric elements. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the adhesive force between the electrode and the leg, and to prevent a short between the thermoelectric legs due to the movement of the solder.
  • thermoelectric element which is excellent in thermal conductivity and high in reliability and firmly fixed between the substrate and the electrode. Accordingly, it is possible to prevent the electrode from being detached from the substrate during the reflow process at a high temperature or during the wiring operation even if the adhesion between the electrode and the substrate is weakened.
  • thermoelectric device 1 is a view for explaining a problem that may occur when a thermoelectric device is assembled by SMT.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric element
  • Fig. 3 is a perspective view of the thermoelectric element.
  • thermoelectric device 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 5 is a plan view of a substrate and an electrode structure of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 6 is a flowchart showing a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a photograph showing a region in which a plurality of electrodes are arranged on a substrate and then a partition wall layer is to be printed.
  • thermoelectric device 8 is a cross-sectional view of a portion of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 9 to 11 are sectional views of a part of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 shows an example of a substrate and an electrode structure included in a thermoelectric element
  • Fig. 13 shows a sectional view of Fig.
  • FIG. 14 is a top view in which electrode fixing members are disposed on a lower substrate and a lower electrode of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 15 is a top view of a lower substrate and a lower electrode of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view of an electrode fixing member according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a sectional view taken along the line Y1 in Fig.
  • FIG. 19 is a sectional view taken along the line X1 in Fig.
  • thermoelectric device 20 is a flowchart for explaining a method of arranging a substrate and an electrode of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 21 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • thermoelectric device 22 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the singular form may include plural forms unless otherwise specified in the text, and may be a combination of A, B, and C when described as " A and / or at least one (or more than one) Or < / RTI > all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • the expression “upward” or “downward” may include not only an upward direction but also a downward direction on the basis of one component.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric element
  • Fig. 3 is a perspective view of the thermoelectric element.
  • thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110, a lower electrode 120, a P-type thermoelectric leg 130, an N-type thermoelectric leg 140, an upper electrode 150, (160).
  • the lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the lower surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140
  • the upper electrode 150 is disposed between the upper substrate 160 and the P- Type thermoelectric transducer 130 and the upper surface of the N-type thermoelectric leg 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the lower electrode 120 and the upper electrode 150.
  • a pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140, which are disposed between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 and are electrically connected to each other, may form a unit cell.
  • the current flows from the P-type thermoelectric leg 130 to the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect
  • the substrate on which the current flows can act as a cooling part, and the substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 can be heated and act as a heat generating part.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth telluride (Bi-Te) thermoelectric legs containing bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials.
  • the P-type thermoelectric leg 130 is formed of a material selected from the group consisting of antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te) based raw material containing at least one of gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and 0.001 Lt; / RTI > to 1 wt%.
  • the base material may be Bi-Se-Te, and may further contain Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.
  • the N-type thermoelectric leg 140 is made of selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B) 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te) based raw material containing at least one of gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and 0.001 Lt; / RTI > to 1 wt%.
  • the base material may be Bi-Sb-Te and may further contain Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk or laminated form.
  • the bulk type P-type thermoelectric leg 130 or the bulk N-type thermoelectric leg 140 is manufactured by heat-treating the thermoelectric material to produce an ingot, crushing and sieving the ingot to obtain a thermoelectric leg powder, Sintered body, and cutting the sintered body.
  • the laminated P-type thermoelectric leg 130 or the laminated N-type thermoelectric leg 140 is formed by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, then stacking and cutting the unit member Can be obtained.
  • the pair of the P-type thermoelectric legs 130 and the N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. Since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different from each other, the height or the cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 may be set to a height or a cross- May be formed differently.
  • thermoelectric device The performance of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention can be represented by a Gebeck index.
  • the whiteness index (ZT) can be expressed by Equation (1).
  • ⁇ is the Seebeck coefficient [V / K]
  • ⁇ is the electric conductivity [S / m]
  • ⁇ 2 ⁇ is the power factor (W / mK 2 ).
  • T is the temperature
  • k is the thermal conductivity [W / mK].
  • k is a ⁇ c p ⁇ ⁇ where a is the thermal diffusivity [cm 2 / S], c p is the specific heat [J / gK], and ⁇ is the density [g / cm 3 ].
  • the Z value (V / K) is measured using a Z meter, and the Zebek index (ZT) can be calculated using the measured Z value.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have the structure shown in FIG. 2 (b).
  • the thermoelectric legs 130 and 140 include thermoelectric material layers 132 and 142, first plated layers 134-1 and 144 -1, a second plated layer 134-2, 144-2 laminated on the other surface opposed to one surface of the thermoelectric material layers 132, 142, thermoelectric material layers 132, 142, The first bonding layers 136-1 and 146-1 are disposed between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second plating layers 134-2 and 144-2, And a first metal layer (not shown) stacked on the second bonding layers 136-2 and 146-2 and the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2, 138-1 and 148-1, and a second metal layer 138-2 and 148-2.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 are in direct contact with each other, and the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146- 2 may be in direct contact with each other.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the first plating layers 134-1 and 144-1 are in direct contact with each other and the second bonding layers 136-2 and 146-2,
  • the plating layers 134-2 and 144-2 can be in direct contact with each other.
  • the first plating layers 134-1 and 144-1 and the first metal layers 138-1 and 148-1 are in direct contact with each other and the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second metal layer 138-2, and 148-2 may be in direct contact with each other.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 may include bismuth (Bi) and tellurium (Te), which are semiconductor materials.
  • the thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 described with reference to FIG. 10 (a).
  • the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 may be selected from copper (Cu), a copper alloy, aluminum (Al), and an aluminum alloy. To 0.5 mm, preferably from 0.2 to 0.3 mm. Since the thermal expansion coefficients of the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 are similar to or larger than the thermal expansion coefficients of the thermoelectric material layers 132 and 142, Since compressive stress is applied at the interface between the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 and the thermoelectric material layers 132 and 142, . Since the coupling force between the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 and the electrodes 120 and 150 is high, 120, and 150, respectively.
  • the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 may include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo And may have a thickness of 1 to 20 ⁇ , preferably 1 to 10 ⁇ .
  • the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 are formed of Bi or Te which is a semiconductor material in the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first metal layers 138-1 and 138-2, 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 are prevented from being caused by the first metal layers 138-1 and 148-2 and the first metal layers 138-1 and 148-2, 2 metal layers 138-2 and 148-2 can be prevented from being oxidized.
  • the bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be disposed.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may include Te.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Te, Cr-Te, and Mo-Te.
  • the thicknesses of the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 are 0.5 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, Lt; / RTI >
  • the bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 are arranged in advance so that Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 is coated with the first plating layers 134-1 and 144-144 -1) and the second plating layers 134-2 and 144-2.
  • the occurrence of the Bi-rich region can be prevented.
  • the Te content from the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 is higher than the Bi content
  • the Te content from the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 is higher than the Bi content.
  • the Te content from the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 may be 0.8 to 1 times the Te content of the center portions of the thermoelectric material layers 132 and 142 .
  • the Te content within a thickness of 100 mu m in the direction of the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 May be 0.8 times to 1 times the Te content in the center of the material layers 132 and 142.
  • the Te content is kept constant even within the thickness of 100 mu m in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1
  • the Te content is kept constant even within the thickness of 100 mu m in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1
  • the Te content is kept constant even within the thickness of 100 mu m in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 within a thickness of 100 mu m Te may vary from 0.9 to 1.
  • the content of Te in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 is the same as or similar to the content of Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 can do.
  • the content of Te in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 is 0.8% of the content of Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 To 1 time, preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and still more preferably 0.95 to 1 time.
  • the content may be a weight ratio.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 May be 40 to 50 wt%, preferably 42.5 to 50 wt%, more preferably 45 to 50 wt%, and still more preferably 47.5 to 50 wt%.
  • the content of Te in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be larger than Ni.
  • the content of Te is uniformly distributed in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 while the Ni content is uniformly distributed in the first bonding layer 136-1 , 146-1) or in the second bonding layers 136-2, 146-2 in the direction of the thermoelectric material layers 132, 142.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 The interface between the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second bonding layer 136 -2, 146-2) can be uniformly distributed.
  • the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 The interface between the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second bonding layer 136-1 and 146-1, And the rate of change of the Te weight ratio to the interface between the electrodes 136-2 and 146-2 may be 0.8 to 1.
  • the interface between the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the interface between the second plating layers 134-2 and 144-1, 2) and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be uniformly distributed.
  • the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the interface between the thermocompression material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 0.8 to 1 time, preferably 0.85 to 1 time, of the content of Te at the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2, Preferably
  • the amount of Te in the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the same as the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 And the Te content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2.
  • the Te content at the interface may be 0.8 to 1 times, preferably 0.85 to 1 times, more preferably 0.9 to 1 times, and still more preferably 0.95 to 1 times the Te content in the center portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 have.
  • the content may be a weight ratio.
  • the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 may mean a peripheral region including the centers of the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • the boundary surface may mean the boundary surface itself, or may include a boundary surface area adjacent to the boundary surface within a predetermined distance from the boundary surface.
  • the content of Te in the first plating layers 136-1 and 146-1 or the second plating layers 134-2 and 144-2 depends on the content of Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 and the content of Te in the first bonding layers 136-1, 146-1) or in the second bonding layers 136-2, 146-2.
  • the Bi content in the center portions of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the same as the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 And the Bi contents of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2 are the same or similar.
  • the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 are formed so that the content of Te is higher than the content of Bi until reaching the interface between the bonding layers 136-2 and 146-2.
  • Bi content reverses the Te content around the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2.
  • the Bi content in the center portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 may be set at a boundary surface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 , Preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, still more preferably 0.95 to 1 time, of the Bi content of the interface between the first bonding layer 136-2 and the second bonding layer 136-2 It can be boats.
  • the content may be a weight ratio.
  • the upper electrode 150 disposed between the thermoelectric legs 140 may include at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni).
  • the lower substrate 110 and the upper substrate 160 which are opposite to each other, may be an insulating substrate or a metal substrate.
  • the insulating substrate may be an alumina substrate or a polymer resin substrate having flexibility.
  • the flexible polymer resin substrate having flexibility has high permeability such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), polyethylene terephthalate (PET) Plastic, and the like.
  • the insulating substrate may be a fabric.
  • the metal substrate may comprise Cu, a Cu alloy, or a Cu-Al alloy.
  • a dielectric layer 170 is formed between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150, Can be formed.
  • the dielectric layer 170 may include a material having a thermal conductivity of 5 to 10 W / K.
  • the sizes of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be different.
  • the volume, thickness, or area of one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be greater than the volume, thickness, or area of the other.
  • the heat absorption performance or the heat radiation performance of the thermoelectric element can be enhanced.
  • a heat radiation pattern for example, a concavo-convex pattern may be formed on at least one surface of the lower substrate 110 and the upper substrate 160.
  • a heat radiation pattern for example, a concavo-convex pattern may be formed on at least one surface of the lower substrate 110 and the upper substrate 160.
  • the heat radiation performance of the thermoelectric element can be enhanced.
  • the concavo-convex pattern is formed on the surface contacting the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140, the junction characteristics between the thermoelectric leg and the substrate can be improved.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal columnar shape, an elliptical columnar shape, or the like.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a laminated structure.
  • the P-type thermoelectric leg or the N-type thermoelectric leg may be formed by stacking a plurality of structures coated with a semiconductor material on a sheet-like base material and then cutting the same. Thus, it is possible to prevent the loss of the material and improve the electric conduction characteristic.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be manufactured according to a zone melting method or a powder sintering method.
  • a zone melting method an ingot is produced using a thermoelectric material, refined to heat the ingot slowly in a single direction, and slowly cooled to obtain a thermoelectric leg.
  • a powder sintering method an ingot is produced using a thermoelectric material, and then the ingot is pulverized and sieved to obtain a thermoelectric material powder, and the thermoelectric material is obtained by sintering the thermoelectric material.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a plan view of a substrate and an electrode structure of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention. 2 to 3 will not be described.
  • the thermoelectric element 400 includes a first substrate 410, a plurality of P-type thermoelectric legs 420 alternately arranged on the first substrate 410, and a plurality of N-type thermoelectric legs 420 A plurality of P-type thermoelectric legs 430, a plurality of P-type thermoelectric legs 420, a second substrate 440 disposed on the plurality of N-type thermoelectric legs 430, a first substrate 410, A plurality of first electrodes 450 disposed between a plurality of N type thermoelectric legs 430 and a plurality of first electrodes 450 disposed between the second substrate 440 and a plurality of P type thermoelectric legs 420 and a plurality of N- And a plurality of second electrodes 460 disposed on the second electrode 460.
  • the plurality of first electrodes 450 and the plurality of second electrodes 660 may be m * n (where m and n may be integers of 1 or more, respectively, and m and n may be the same or different) But it is not limited thereto.
  • the plurality of first electrodes 450 and the plurality of second electrodes 460 may be arranged in an array of m * n, respectively, and additional first electrode 450 and second electrode 460 may be disposed at the edges have.
  • Each of the first electrodes 450 may be spaced apart from the neighboring first electrodes 450.
  • each of the first electrodes 450 may be spaced apart from the adjacent first electrodes 450 by a distance of 0.5 to 0.8 mm.
  • a pair of P-type thermoelectric legs 420 and an N-type thermoelectric leg 430 are disposed on each of the first electrodes 450 and a pair of P-type thermoelectric legs 420 are disposed on each of the second electrodes 460.
  • the N-type thermoelectric leg 430 may be disposed.
  • One surface of the P-type thermoelectric leg 420 is disposed on the first electrode 450 and the other surface is disposed on the second electrode 460.
  • One surface of the N- And the other surface may be disposed on the second electrode 460.
  • a pair of solder layers 470 for bonding a pair of the P-type thermoelectric legs 420 and the N-type thermoelectric legs 430 may be coated on the first electrode 450, A pair of P-type thermoelectric legs 420 and an N-type thermoelectric leg 430 may be disposed on the thermoelectric module 470.
  • the pair of solder layers 470 can be mixed with a pair of P-type solder layers and N-type solder layers, and each P-type solder layer is a solder layer in direct contact with each P-type thermoelectric leg , And each N-type solder layer may refer to a solder layer in direct contact with each N-type thermoelectric leg.
  • a pair of the P-type solder layer and the N-type solder layer 470 may be spaced apart from each other, and between the pair of P-type solder layers and the N-type solder layer 470 on the first electrode 450, (480) may be disposed.
  • the partition wall layer 480 has an insulating property and a height higher than the height of the pair of P-type solder layer and N-type solder layer 470, and the melting point is higher than the height of the pair of P- 470). ≪ / RTI >
  • thermoelectric legs 420 and 430 are disposed on the solder layer 470 in order to assemble the thermoelectric elements 400 and then exposed to high temperatures during the reflow process, the solder layer 470 is rusted Even if the barrier layer 480 does not melt, the solder layer 470 can be prevented from flowing over the barrier layer 480. Even if a part of the P-type solder layer or the N-type solder layer 470 is melted and the P-type thermoelectric leg 420 or the N-type thermoelectric leg 430 is inclined, it is blocked by the partition wall layer 480, Type thermoelectric legs 420 and the N-type thermoelectric legs 430 can be prevented from being shorted to each other.
  • thermoelectric device 6 is a flowchart showing a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of first electrodes 450 are disposed on a first substrate 410 (S600).
  • an adhesive layer may be disposed between the first substrate 410 and the plurality of first electrodes 450.
  • a plurality of first electrodes 450 may be laminated after an adhesive is applied on the first substrate 410.
  • a plurality of first electrodes 450 arranged on a flexible film, for example, a polyethylene (PE) film may be attached, and a plurality of first electrodes 450 may be formed on a first substrate 410, The film may be removed.
  • PE polyethylene
  • the barrier rib layer 480 is printed on each of the electrodes 450 (S610).
  • the barrier layer 480 may be printed in the middle region of each electrode 450, and may be printed by a mask or directly printed.
  • a solder layer 470 is disposed on each of the electrodes 450 (S620).
  • the solder layer 470 may be disposed in a pair with the partition wall layer 480 therebetween.
  • 7 is a photograph showing a region in which a plurality of electrodes are arranged on a substrate and then a partition wall layer is to be printed. 7, a barrier layer 480 may be printed in the middle region of each electrode 450, and a pair of solder layers 470 may be disposed across the barrier layer 480.
  • Steps S600 to S620 may be performed in the same manner for fabricating the upper substrate and the electrode side.
  • thermoelectric legs 420 and 430 are disposed on the pair of solder layers 470 (S630), and the reflow process is performed (S640).
  • the pair of solder layers 470 can be mixed with the pair of P-type solder layers and the N-type solder layer, and the P-type thermoelectric legs are arranged in direct contact on the P-type solder layer,
  • the N-type thermoelectrically-responsive legs can be arranged to be in direct contact with each other.
  • the reflow process can be performed at a temperature higher than the melting point of the solder layer 470 and lower than the melting point of the partition wall layer 480.
  • the solder layer 470 melts and the thermally conductive legs 420 and 430 can be bonded to the solder layer 470, so that the solder layer 470 does not melt and the barrier layer 480 does not melt, And the thermoelectric legs 420 and 430 having the partition wall 480 therebetween can be prevented from being shorted to each other.
  • thermoelectric device 8 is a cross-sectional view of a portion of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode 450 is disposed on a substrate 410, a pair of solder layers 470 are disposed on the electrode 450, and a pair of solder layers 470
  • the partition wall layer 480 is disposed.
  • the adhesive layer 800 may include a resin composition having an adhesive property.
  • An inorganic filler having thermal conductivity can be dispersed in the resin composition.
  • the inorganic filler may be 50 to 70 microns in diameter, and the material may be aluminum oxide. Accordingly, the adhesive layer 800 can have not only adhesive performance, but also heat radiation performance.
  • the adhesive layer 800 may be applied to the entire surface of the substrate 410 as shown in FIG. 8 (a).
  • the adhesive layer 800 may be applied to each of the electrodes 450 spaced apart from each other.
  • the adhesive layer 800 may not be disposed on a part of the substrate 410, 800 are not excessively applied, so that the cooling capacity and heat dissipation characteristics of the thermoelectric element 400 can be well maintained.
  • the application amount of the adhesive layer 800 can be remarkably reduced, the material cost can be reduced, and it is possible to prevent a short circuit due to the movement of the residual solder.
  • a plating layer 810 may be further disposed on the electrode 450 and a pair of solder layer 470 and a partition wall layer 480 may be disposed on the plating layer 810.
  • the plating layer 810 may include nickel or tin. Since the metal layer 450 and the solder layer 470 can be bonded to each other without using a thermal grease or an adhesive when the solder layer 470 is disposed after the plating layer 810 is disposed on the electrode layer 450, 450 and the solder layer 470 is increased, and it is possible to achieve compactness.
  • a pair of solder layers 470 may be disposed on the plating layer 810, and a partition wall layer 480 may be further disposed between the pair of solder layers 470.
  • the melting point of the partition wall layer 480 is higher than the melting point of the solder layer 470 and the height H2 of the partition wall layer 480 may be higher than the height H1 of the solder layer 470.
  • a portion of the solder layer 470 is melted and bonded to the thermoelectric elements 420 and 430 in the case where the reflow process is performed under the temperature between the melting point of the solder layer 470 and the melting point of the partition wall layer 480.
  • the molten solder layer 470 hardly flows over the partition wall layer 480.
  • thermoelectric legs 420, Layer 480 since the partition wall layer 480 does not melt, even when the solder layer 470 melts excessively and lifting between the thermoelectric legs 420, 430 and the solder layer 470 occurs, the thermoelectric legs 420, Layer 480, the possibility of a short circuit between the thermoelectric legs 420 and 430 can be lowered.
  • the melting point of the plating layer 810 is about 230 ° C
  • the melting point of the solder layer 470 is about 138 ° C
  • the melting point of the partition wall layer 480 is about 150 ° C.
  • the height H2 of the partition wall layer 480 may be 1.1 to 10 times, preferably 1.1 to 5 times, more preferably 1.1 to 3 times the height H1 of the solder layer 470.
  • the height H2 of the partition wall layer 480 may be about 1 to 100 ⁇ ⁇ , preferably 5 to 50 ⁇ ⁇ , and more preferably 10 to 30 ⁇ ⁇ .
  • the relationship between the height H2 of the barrier layer 480 and the height H1 of the solder layer 470 is outside of this range the solder layer 470 melted through the reflow process will flow past the barrier layer 480 Or the process of disposing the solder layer 470 after disposing the partition wall layer 480 may become difficult.
  • the side surfaces 480 of the barrier layer 480 may contact the solder layer 470.
  • a pair of solder layers 470 may be disposed adjacent the barrier layer 480 such that the sides of the pair of solder layers 470 after contact with the sides of the barrier layer 480 after the reflow process .
  • the partition wall layer 480 includes an epoxy resin, has an insulating property, and can be made of an adhesive that can be adhered to a metal.
  • the partition wall layer 480 may have a peel strength of not less than 20 N / mm 2 at 25 ° C, not less than 15 N / mm 2 at 90 ° C, not less than 12 N / mm 2 at 125 ° C, such as copper, aluminum, nickel, 2 or more, and 4 N / mm 2 or more at 150 ° C.
  • the barrier layer 480 when the barrier layer 480 has insulation performance, the barrier layer 480 does not affect the performance of the thermoelectric element 400 even when the barrier layer 480 contacts the solder layer 470 or comes into contact with the thermoelectric legs 420 and 430 It may not be crazy.
  • the partition wall layer 480 is made of an adhesive capable of adhering to the metal, it may not be easily separated from the thermoelectric element 400 because it is directly bonded to the electrode 450 or the plating layer 810.
  • thermoelectric device 9 to 11 are sectional views of a part of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention. The same contents as those described with reference to FIG. 8 will not be repeatedly described.
  • the barrier layer 480 includes a first region A1 having a first height h1 and a second region A2 having a second height h2 lower than the first height h1. At least a portion of the first region A1 contacts the side surface of the pair of solder layers 470 and the second region A2 is surrounded by the first region A1.
  • the partition wall layer 480 is printed in this shape, printing defects can be prevented and the problem of the molten solder layer 470 flowing over the partition wall layer 480 can be prevented.
  • the first height h1 may be 1.01 to 1.2 times the second height h2, and the area of the first area A1 may be 0.01 to 10% of the total area of the partition wall layer 480 . If the first height h1 is less than 1.01 times the second height h2, it is difficult to sufficiently act as a partition wall to prevent the solder layer 470 from flowing due to the first region A1, Exceeds 1.01 to 1.2 times the height (h2), the strength of the first region (A1) is weak, which is liable to be broken. If the area of the first area A1 exceeds 10% of the total area of the partition wall layer 480, the entire strength of the partition wall layer 480 becomes weak, so that the partition walls between the thermoelectric legs 420 and 430 are sufficiently There is a difficult problem.
  • the entire side surface of the solder layer 470 is not in contact with the side surface of the partition layer 480, but only a part of the side surface of the solder layer 470 is in contact with the side surface of the partition layer 480 May be contacted.
  • the solder layer 470 is disposed after the barrier layer 480 is printed and the solder layer 470 and the barrier layer 480 are spaced apart from each other, the shape of the solder layer 470 during the reflow process And may be formed in a process in which a part thereof melts and flows toward the partition wall layer 480.
  • the solder layer 470 is arranged at a distance between the solder layer 470 and the partition wall layer 480, the solder layer 470 is not applied in an excessive amount, so that the solder layer 470 flows Overflow problems can be prevented.
  • first substrate 410 and the first electrode 450 have been described in the present specification, the same structure may be applied to the second substrate 440 and the second electrode 460.
  • the structure according to the embodiment of the present invention is applied only to the first substrate 410 and the first electrode 450 and the barrier layer is not disposed on the second substrate 440 and the second electrode 460,
  • the structure according to the embodiment of the present invention is applied only to the second substrate 440 and the second electrode 460 side and the partition wall layer may not be disposed on the first substrate 410 and the first electrode 450 side.
  • Fig. 12 shows an example of the substrate and the electrode structure included in the thermoelectric element
  • Fig. 13 shows a sectional view of Fig.
  • Between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150 may be directly bonded or adhered by an adhesive layer.
  • an adhesive layer When the upper substrate 160 and the upper electrode 150 are directly bonded to each other between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150, There is a problem that the difference in thermal expansion coefficient is large and reliability is low.
  • an adhesive layer 190 is applied on a lower substrate 110, and a plurality of lower electrodes 120 are arranged on an adhesive layer 190 in an array form.
  • a pair of thermoelectric legs (not shown) may be bonded on each of the lower electrodes 120.
  • the structure of the lower substrate 110 and the lower electrode 120 will be described for convenience of explanation but the present invention is not limited thereto and the same structure may be applied to the upper substrate 160 and the upper electrode 150.
  • the lower substrate 110 may be a ceramic substrate and may have a thermal conductivity of about 20 W / mK
  • the lower electrode 120 may have a thermal conductivity of about 100 W / mK.
  • the adhesive layer 190 may serve as a buffer to absorb a thermal shock between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 or between the upper substrate 160 and the upper electrode 150).
  • the adhesive layer 190 is vulnerable to heat, there is a problem that the adhesive layer 190 is deteriorated during the reflow process, which is performed at about 300 ° C or more, and the lower electrode 120 is easily separated from the lower substrate 110.
  • an electrode fixing member is used to fix the substrate and the electrode.
  • the lower substrate and the lower electrode will be described for convenience of explanation, but the same structure may be applied to the upper substrate and the upper electrode.
  • FIG. 14 is a top view in which an electrode fixing member is disposed on a lower substrate and a lower electrode of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross- And FIG. 16 is a perspective view of an electrode fixing member according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a sectional view taken along the line Y1 in Fig. 14,
  • Fig. 18 is a sectional view taken along the line Y2 in Fig. 14,
  • Fig. 19 is a sectional view taken along the line X1 in Fig.
  • a lower electrode (hereinafter, may be mixed with a plurality of first electrodes) 120 is disposed on a lower substrate (hereinafter, may be mixed with a first substrate) 110 .
  • the plurality of first electrodes 120 may have an array of m * n (where m and n are each an integer of 1 or more), and one row is spaced apart from other neighboring rows by a predetermined distance , Similarly, one row may be spaced apart from another neighboring row by a predetermined distance.
  • An adhesive layer 190 may be disposed between the first substrate 110 and the plurality of first electrodes 120.
  • a pair of N-type thermoelectric legs 130 and P-type thermoelectric legs 140 are disposed on each first electrode 120.
  • the first electrode 120 may be bonded to a pair of the N-type thermoelectric legs 130 and the P-type thermoelectric leg 140 by a solder layer.
  • a plurality of first grooves 112 are formed at the edges of the first substrate 110.
  • the plurality of first grooves 112 are formed at the edge of the first substrate 110, and may be formed at a position where the plurality of first electrodes 120 are not disposed.
  • the plurality of first grooves 112 may be formed on the side of each first electrode 120 forming the outermost row and the outermost row among the plurality of first electrodes 120. More specifically, the plurality of first grooves 112 are formed at a midpoint between one longitudinal side of each of the first electrodes 120 forming the outermost row and the outermost row among the plurality of first electrodes 120 .
  • the length of the N-type thermoelectric filament 130 and the P-type thermoelectric filament 140 in the longitudinal direction may be a long length, assuming that the first electrode 120 has a rectangular shape. Can be disposed. That is, a midpoint on one side in the longitudinal direction of each first electrode 120 may be a point corresponding to a side between the N-type thermoelectric leg 130 and the P-type thermoelectric leg 140.
  • the thermoelectric element 100 further includes an electrode fixing member 200 for fixing the first substrate 110 and the plurality of first electrodes 120.
  • a part of the electrode fixing member 200 may be fitted in at least a part of the plurality of first grooves 112 formed in the first substrate 110, and another part of the electrode fixing member 200 may be formed in a plurality of 1 electrode 120, as shown in FIG.
  • the electrode fixing member 200 includes a plurality of first lines 202 in the first direction, a plurality of second lines 204 in the second direction intersecting the first direction, and a plurality of first lines 202 And a plurality of first grooves 112 extending in a direction perpendicular to the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204 at both ends of the plurality of first grooves 112 and at both ends of the plurality of second lines 204 And a third line 206 to be inserted.
  • the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204 cross each other to form a plurality of openings 210.
  • the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204 may have a mesh shape.
  • each of the plurality of first lines 202 is disposed on the plurality of first electrodes 120, and disposed between the pair of N-type thermoelectric legs 130 and the P-type thermoelectric legs 140 .
  • At least a portion of the plurality of first lines 202 may be disposed in close contact with the plurality of first electrodes 120 between the pair of N type thermoelectric legs 130 and P type thermoelectric legs 140 . That is, when the opening 210 is taken as a reference, the N-type thermoelectric leg 130 and one first electrode 120, which are disposed on one first electrode 120, Type thermoelectric legs 140 disposed on the first electrode 120 may be disposed on the first electrode 120.
  • the two first lines 202 constituting the respective openings 210 may include a pair of N type thermoelectric legs 130, And two P-type thermoelectric legs 140 are disposed in close contact with the plurality of first electrodes 120, and the two second lines 204 may be disposed between the plurality of first electrodes 120.
  • the electrode fixing member 200 When the electrode fixing member 200 is disposed closely to the plurality of first electrodes 120 and is fitted in the plurality of first grooves 112 formed in the first substrate 110, And the plurality of first electrodes 120 can be firmly fixed and a problem that at least a part of the plurality of first electrodes 120 are separated from the first substrate 110 can be prevented.
  • the electrode fixing member 200 may be made of an insulating material.
  • the electrode fixing member 200 may be made of a ceramic material, more specifically, alumina. Accordingly, even if the electrode fixing member 200 is disposed so as to be in close contact with the plurality of first electrodes 120, the electrode fixing member 200 may not electrically affect the thermoelectric element 100.
  • an adhesive layer 190 is further disposed between the first substrate 110 and the plurality of first electrodes 120, and each of the plurality of second lines 204 includes a plurality of May be disposed on the adhesive layer (190) between the first electrode (120). Accordingly, the mesh-shaped electrode fixing member 200 may not interfere with the arrangement of the N-type thermoelectric leg 130 and the P-type thermoelectric leg 140 while having a stable supporting strength.
  • the adhesive layer 190 may include a resin composition having adhesive performance.
  • An inorganic filler having thermal conductivity can be dispersed in the resin composition.
  • the inorganic filler may comprise aluminum oxide.
  • the adhesive layer 190 can have not only adhesive performance, but also heat radiation performance.
  • the adhesive layer 190 is applied on the front surface of the first substrate 110, the adhesive layer 190 is not limited thereto.
  • the adhesive layer 190 may be arranged to be divided into a plurality of the first electrodes 120. That is, the adhesive layer 190 may not be applied to the entire surface of the first substrate 110, but may be applied to the first electrodes 120 spaced apart from each other.
  • an area where the adhesive layer 190 is not disposed may exist on at least a part of the first substrate 110.
  • the adhesive layer 190 serves as a buffer for absorbing the thermal shock to the first substrate 110 and is not excessively coated on the substrate so that the cooling capacity and the heat dissipation characteristics of the thermoelectric element 100 can be satisfactorily maintained.
  • the application amount of the adhesive layer 190 can be remarkably reduced, the material cost can be reduced and the short circuit due to the movement of the residual solder can be prevented.
  • the thickness D of the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204 is 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.2 mm to 0.9 mm, more preferably 0.3 mm to 0.8 mm.
  • the electrode fixing member 200 may have a stable supporting strength and the solder for bonding the first electrode 120 to the N-type thermoelectric leg 130 or the P-type thermoelectric leg 140 may be subjected to a reflow process
  • the melted solder may be blocked by the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204, such that the flow of the melted solder to the adjacent thermoelectric legs or electrodes may be blocked.
  • the thickness of the plurality of first lines 202 and the thickness of the plurality of second lines 204 may be different from each other.
  • a plurality of first lines 202 are disposed on the plurality of first electrodes 120
  • a plurality of second lines 204 are disposed between the plurality of first electrodes 120.
  • the thickness of the plurality of second lines 204 may be greater than the thickness of the plurality of first lines 202 by the thickness of the electrodes.
  • the depth H2 of the plurality of first grooves 112 formed on the first substrate 110 is 0.1 to 0.9 times the height H1 of the first substrate 110, May be 0.3 to 0.9 times, and more preferably 0.5 to 0.9 times.
  • the electrode fixing member 200 can be stably coupled to the plurality of first grooves 112 formed in the first substrate 110 and the third line 206 of the electrode fixing member 200 can be stably fixed to the first It is possible to prevent the problem of protruding from the lower surface of the substrate 110.
  • the width W1 of the plurality of first grooves 112 may be greater than the width W2 of the third line 206 and the width W2 of the first grooves 112 may be greater than the width W2 of the third line 206, Tolerances can be filled with glue. As a result, the electrode fixing member 200 can be easily mounted on the plurality of first grooves 112.
  • a plurality of second grooves 114 are further formed on the first substrate 110 at at least a portion of a plurality of first grooves 112 spaced from the first grooves 112 by a predetermined distance,
  • the member 200 extends in a direction perpendicular to the plurality of first lines 202 and the plurality of second lines 204 at a position spaced apart from both ends of the plurality of first lines 202 by a predetermined distance, And a fourth line 208 that is inserted into the second groove 114. According to this, the electrode fixing member 200 can be more stably bonded to the first substrate 110.
  • the plurality of second grooves 114 may be formed, for example, in a row adjacent to the outermost column or a row adjacent to the outermost row among the plurality of first electrodes 120. That is, the predetermined interval may be an interval between the plurality of first electrodes 120 in the horizontal direction.
  • the horizontal direction may mean a shorter length when the first electrode 120 is assumed to be rectangular.
  • thermoelectric device 20 is a flowchart for explaining a method of arranging a substrate and an electrode of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of grooves 112 and 114 are formed at the edge of the first substrate 110 (S1100).
  • the depths of the grooves 112 and 114 may be 0.1 to 0.9 times the height of the first substrate 110.
  • the adhesive layer 190 is applied on the first substrate 110 (S1110).
  • the adhesive layer 190 may include a resin composition having adhesive performance, and the adhesive may flow into the grooves 112 and 114 of the first substrate 110.
  • a plurality of first electrodes 120 are arranged in an array on the adhesive layer 190 (S1120).
  • the plurality of first electrodes 120 may have an array of m * n (where m and n are each an integer of 1 or more), and one row is spaced apart from other neighboring rows by a predetermined distance , Similarly, one row may be spaced apart from another neighboring row by a predetermined distance.
  • the electrode fixing member 200 is disposed on the plurality of first electrodes 120 in the form of an array, followed by pressing (S1130).
  • the third line 206 and the fourth line 208 of the electrode fixing member 200 are inserted into the grooves 112 and 114 of the first substrate 110 and the longitudinal direction of the first electrode 120
  • the first line 202 may be disposed between the region where the N-type thermoelectric leg 130 is to be disposed and the region where the P-type thermoelectric leg 140 is to be disposed. Accordingly, the electrode fixing member 200 can securely fix the first substrate 110 and the plurality of first electrodes 120 to each other.
  • the embodiments in which the barrier rib layers are disposed on the electrodes according to FIGS. 4 to 11 and the embodiments in which the electrode fixing members are disposed on the electrodes according to FIGS. 12 to 20 are separately described, May be combined with each other.
  • a part of the electrode fixing member disposed on the electrode according to Figs. 12 to 20 may be a partition wall layer disposed on the electrode according to Figs. 4 to 11.
  • the electrode fixing members according to Figs. 12 to 20 may be further disposed on the electrodes on which the barrier rib layers are arranged according to Figs. 4 to 11.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a water purifier
  • thermoelectric device 21 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • a water purifier 1 to which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied includes a raw water supply pipe 12a, a purified water tank inflow pipe 12b, a purified water tank 12, a filter assembly 13, a cooling fan 14, 15, a cold water supply pipe 15a, and a thermoelectric device 1000.
  • the raw water supply pipe 12a is a supply pipe for introducing water to be purified water from the water source into the filter assembly 13 and the purified water tank inflow pipe 12b is a pipe for introducing purified water from the filter assembly 13 into the purified water tank 12
  • the cold water supply pipe 15a is a supply pipe in which cold water cooled at a predetermined temperature by the thermoelectric device 1000 in the purified water tank 12 is finally supplied to the user.
  • the purified water tank 12 is cleaned by passing through the filter assembly 13 and temporarily stores purified water to store and supply the water that has flowed through the purified water tank inflow pipe 12b.
  • the filter assembly 13 is composed of a precipitating filter 13a, a pre-carbon filter 13b, a membrane filter 13c, and a post-carbon filter 13d.
  • the water flowing into the raw water supply pipe 12a can be purified through the filter assembly 13.
  • a heat storage tank 15 is disposed between the water purification tank 12 and the thermoelectric device 1000 to store cool air formed in the thermoelectric device 1000.
  • the cool air stored in the thermal storage tank 15 is applied to the purified water tank 12 to cool the water contained in the purified water tank 12.
  • the thermal storage tank 15 may be in surface contact with the purified water tank 12 so that cold air can be smoothly transmitted.
  • thermoelectric device 1000 has a heat absorbing surface and a heat generating surface, and one side is cooled and the other side is heated by electron movement on the P type semiconductor and the N type semiconductor.
  • one side may be the purified water tank 12 side and the other side may be the opposite side of the purified water tank 12.
  • thermoelectric device 1000 has excellent waterproof and dustproof performance, and the heat flow performance is improved, so that the water tank 12 can be efficiently cooled in the water purifier.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a refrigerator.
  • thermoelectric device 22 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the refrigerator includes a deep-room evaporation chamber cover 23, an evaporation chamber partition wall 24, a main evaporator 25, a cooling fan 26, and a thermoelectric device 1000 in the deep-room evaporation room.
  • the inside of the refrigerator is divided into the deep room storage room and the deep room evaporation room by the deep room evaporation room cover (23).
  • the inner space corresponding to the front of the deep evaporation room cover 23 is defined as a deep room storage room, and the inner space corresponding to the rear of the deep room evaporation room cover 23 can be defined as a deep room evaporation room.
  • a discharge grille 23a and a suction grille 23b may be formed on the front surface of the deep-drawing room seal cover 23, respectively.
  • the evaporation chamber partition wall 24 is provided at a position spaced forward from the rear wall of the inner cabinet to define a space where the core room storage system is placed and a space where the main evaporator 25 is placed.
  • the cool air cooled by the main evaporator 25 is supplied to the freezing chamber and then returned to the main evaporator.
  • thermoelectric device 1000 is accommodated in the deep-room evaporation chamber, and the heat absorbing surface is directed toward the drawer assembly of the deep-room storage chamber and the heat generating surface is directed toward the evaporator. Accordingly, the heat absorption phenomenon occurring in the thermoelectric device 1000 can be used to rapidly cool the food stored in the drawer assembly to a cryogenic temperature of minus 50 degrees Celsius.
  • thermoelectric device 1000 is excellent in waterproof and dustproof performance, and the heat flow performance is improved, so that the drawer assembly can be efficiently cooled in the refrigerator.
  • thermoelectric device can be applied to a power generation device, a cooling device, a thermal device, and the like.
  • the thermoelectric device according to an embodiment of the present invention mainly includes an optical communication module, a sensor, a medical instrument, a measuring instrument, an aerospace industry, a refrigerator, a chiller, a ventilation sheet, a cup holder, a washing machine, , A water purifier, a power supply for a sensor, a thermopile, and the like.
  • the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be applied to a power generation apparatus that generates electricity using waste heat generated from an engine such as an automobile, a ship, or the like.
  • thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is applied to a medical instrument
  • a PCR (Polymerase Chain Reaction) device there is a PCR (Polymerase Chain Reaction) device.
  • the PCR device is a device for amplifying DNA to determine the DNA sequence and is a device that requires precise temperature control and thermal cycling.
  • a Peltier based thermoelectric element can be applied.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a medical instrument
  • the photodetector includes an infrared / ultraviolet detector, a CCD (Charge Coupled Device) sensor, an X-ray detector, and a TTRS (Thermoelectric Thermal Reference Source).
  • a Peltier-based thermoelectric device can be applied for cooling the photodetector.
  • an immunoassay field an immunoassay field
  • an in vitro diagnostics field a general temperature control and cooling system
  • Physiotherapy field a general temperature control and cooling system
  • liquid chiller system liquid chiller system
  • blood / plasma temperature control field blood / plasma temperature control field.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a medical instrument.
  • a medical instrument is an artificial heart.
  • power can be supplied to the artificial heart.
  • thermoelectric devices examples include star tracking systems, thermal imaging cameras, infrared / ultraviolet detectors, CCD sensors, Hubble Space Telescopes and TTRS. Accordingly, the temperature of the image sensor can be maintained.
  • thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is applied to the aerospace industry include a cooling device, a heater, a power generation device, and the like.
  • thermoelectric device according to the embodiment of the present invention can be applied to power generation, cooling, and heating in other industrial fields.

Landscapes

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 복수의 제1 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치되고, 상기 복수의 제2 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치된다.

Description

열전 소자
본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자 및 그의 전극 구조에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
열전 소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 복수의 열전 레그가 어레이 형태로 배치되며, 복수의 열전 레그와 상부 기판 및 하부 기판 사이에 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극이 배치된다. 여기서, 상부 전극 및 하부 전극은 열전 레그들을 직렬 연결한다.
열전 소자는 복수의 전극이 배치된 기판 상에 어레이 형태의 열전 레그를 배치한 후, 리플로우(reflow) 공정을 거치는 표면 실장 기술(Surface Mount Technology, SMT)에 의하여 조립될 수 있다. 일반적으로, 하부 전극과 열전 레그 사이 및 상부 전극과 열전 레그 사이는 솔더에 의하여 접합될 수 있다. 도 1은 SMT에 의하여 열전 소자를 조립할 경우 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다. 도 1(a) 및 (b)를 참조하면, 리플로우 공정을 거칠 경우 솔더의 일부가 녹을 수 있다. 이때, 하부 전극(12)과 열전 레그(14) 간의 정렬에는 큰 문제가 없으나, 상부 전극(16) 측의 솔더(18)의 일부가 중력에 의하여 아래로 몰리게 된다. 이에 따라, 도 1(a)와 같이 열전 레그(14)와 전극(16) 사이에 솔더(18)가 배치되지 않는 공간이 발생하여 열전 레그(14)와 전극(16)이 서로 접합될 수 없거나, 도 1(b)와 같이 솔더(18)가 중간으로 몰려 한 쌍의 열전 레그(14) 간에 쇼트가 발생하는 문제가 생길 수 있다.
한편, 일반적으로, 상부기판과 상부전극 사이 및 하부기판과 하부전극 사이는 직접 본딩되거나, 접착층에 의하여 접착될 수 있다. 상부기판과 상부전극 및 하부기판과 하부전극이 직접 본딩될 경우, 접착층에 의하여 접착되는 경우에 비하여 열전도도 측면에서는 유리하나, 기판과 전극 간 열팽창 계수 차가 커서 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다. 한편, 상부기판과 상부전극 및 하부기판과 하부전극이 접착층에 의하여 접착되는 경우, 리플로우 공정 시 접착층이 열화되어 기판으로부터 전극이 떨어지기 쉬운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전 소자의 전극 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 복수의 제1 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치되고, 상기 복수의 제2 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치되며, 각각의 P형 열전 레그는 각각의 P형 솔더층과 직접 접촉하고, 각각의 N형 열전 레그는 각각의 N형 솔더층과 직접 접촉하며, 상기 격벽층의 녹는점은 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 녹는점보다 높다.
상기 격벽층의 높이는 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 높이보다 높을 수 있다.
상기 격벽층의 측면은 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층과 접촉할 수 있다.
상기 격벽층은 제1 높이를 가지는 제1 영역, 그리고 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역의 적어도 일부는 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 측면에 접촉하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸일 수 있다.
상기 제1 높이는 상기 제2 높이의 1.01 내지 1.2배일 수 있다.
상기 제1 영역의 면적은 상기 격벽층의 전체 면적의 0.01 내지 10%일 수 있다.
상기 격벽층은 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
상기 격벽층은 절연성일 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각 상에는 도금층이 더 배치될 수 있다.
상기 도금층은 주석을 포함할 수 있다.
상기 격벽층은 상기 도금층 상에 직접 접착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자는 가장자리에 복수의 제1 홈이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제1 전극, 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제2 전극, 그리고 상기 제1 기판과 상기 복수의 제1 전극을 고정시키는 전극 고정 부재를 포함하며, 상기 전극 고정 부재는 제1 방향의 복수의 제1 라인, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향의 복수의 제2 라인 및 상기 복수의 제1 라인의 양 끝단 및 상기 복수의 제2 라인의 양 끝단에서 상기 복수의 제1 라인 및 상기 복수의 제2 라인과 수직하는 방향으로 연장되어 상기 복수의 제1 홈 내에 삽입되는 제3 라인을 포함하고, 상기 복수의 제1 라인의 적어도 일부 각각은 상기 복수의 제1 전극 상에서 상기 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 사이에 배치된다.
상기 복수의 제1 라인의 적어도 일부 각각은 상기 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 사이에서 상기 복수의 제1 전극과 밀착하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 기판과 상기 복수의 제1 전극 사이에는 접착층이 더 배치될 수 있다.
상기 복수의 제2 라인의 적어도 일부 각각은 상기 복수의 제1 전극 사이에서 상기 접착층 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 기판 상에서 상기 복수의 제1 홈과 소정 간격으로 이격된 지점의 적어도 일부에는 복수의 제2 홈이 형성되며, 상기 전극 고정 부재는 상기 복수의 제1 라인의 양 끝단으로부터 상기 소정 간격으로 이격된 지점에서 상기 복수의 제1 라인 및 상기 복수의 제2 라인과 수직하는 방향으로 연장되어 상기 복수의 제2 홈 내에 삽입되는 제4 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 홈의 깊이는 상기 제1 기판의 높이의 0.1 내지 0.9배일 수 있다.
상기 복수의 제1 홈의 적어도 일부는 상기 제3 라인 및 접착제로 채워질 수 있다.
상기 전극 고정 부재는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자는 가장자리에 복수의 제1 홈이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제1 전극, 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제2 전극, 그리고 상기 제1 기판과 상기 복수의 제1 전극을 고정시키는 전극 고정 부재를 포함하며, 상기 전극 고정 부재는 제1 방향의 복수의 제1 라인, 상기 복수의 제1 라인과 서로 교차하여 복수의 개구부를 형성하는 제2 방향의 복수의 제2 라인 및 상기 복수의 제1 라인의 양 끝단 및 상기 복수의 제2 라인의 양 끝단에서 상기 복수의 제1 라인 및 상기 복수의 제2 라인과 수직하는 방향으로 연장되어 상기 복수의 제1 홈 내에 삽입되는 제3 라인을 포함하고, 상기 복수의 제1 라인의 적어도 일부 각각은 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되고, 각 개구부 내에는 하나의 제1 전극 상에 배치되는 P형 열전 레그 및 상기 하나의 제1 전극과 이웃하는 다른 제1 전극 상에 배치되는 N형 열전 레그가 배치된다.
각 개구부를 이루는 두 개의 제1 라인은 상기 복수의 제1 전극과 밀착하도록 배치되고, 두 개의 제2 라인은 상기 복수의 제1 전극 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성능이 우수한 열전 소자를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소자의 조립을 위하여 리플로우 공정을 거치는 과정에서 발생하는 불량을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극과 레그 간의 접착력을 높일 수 있으며, 솔더의 이동으로 인한 열전 레그 간 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전도도가 우수하고, 신뢰성이 높으면서도 기판과 전극 사이가 단단하게 고정되는 열전소자를 얻을 수 있다. 이에 따라, 고온의 리플로우 공정 시 또는 와이어링 작업 시 전극과 기판 간의 접착력이 약화되더라고 전극이 기판으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 SMT에 의하여 열전 소자를 조립할 경우 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 열전소자의 단면도이고, 도 3은 열전소자의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 기판 및 전극 구조의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 기판 상에 복수의 전극이 배치된 후, 격벽층이 인쇄될 영역을 표시한 사진이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 일부의 단면도이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 일부의 단면도이다.
도 12는 열전소자에 포함되는 기판 및 전극 구조의 한 예를 나타내고, 도 13은 도 12의 단면도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 하부기판 및 하부전극 상에 전극 고정 부재가 배치된 상면도이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 하부기판 및 하부전극의 상면도이다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 고정 부재의 사시도이다.
도 17은 도 14의 Y1에 대한 단면도이다.
도 18은 도 14의 Y2에 대한 단면도이다.
도 19는 도 14의 X1에 대한 단면도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자의 기판 및 전극 배치 방법을 설명하는 순서도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 열전소자의 단면도이고, 도 3은 열전소자의 사시도이다.
도 2내지 3을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2018010984-appb-M000001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 2(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 2(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 각각 배치되는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2), 그리고 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)을 포함한다.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1)은 서로 직접 접촉하고, 열전 소재층(132. 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1)과 제1 도금층(134-1, 144-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 접합층(136-2, 146-2)과 제2 도금층(134-2, 144-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 도금층(134-1, 144-1)과 제1 금속층(138-1, 148-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 금속층(138-2, 148-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다.
여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 10(a)에서 설명한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다.
그리고, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 수 있다.
다음으로, 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 산화를 방지할 수 있다.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146)-1 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 Te를 포함하는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)을 미리 배치하여, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역의 발생을 방지할 수 있다.
이에 따르면, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높다. 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지의 Te 함량 또는 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8 내지 1배일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8배 내지 1배일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서도 Te 함량은 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서 Te 중량비의 변화율은 0.9 내지 1일 수 있다.
또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량이 50wt%로 포함되는 경우, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 40 내지 50wt%, 바람직하게는 42.5 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 45 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 47.5 내지 50wt%일 수 있다. 또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 Ni대비 클 수 있다. 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 Te의 함량은 일정하게 분포하는 반면, Ni 함량은 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 열전 소재층(132, 142) 방향에 인접할수록 감소할 수 있다.
그리고, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 일정하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 중량비의 변화율은 0.8 내지 1일 수 있다. 여기서, Te 중량비의 변화율이 1에 가까울수록 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량이 일정하게 분포하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1) 내 제1 도금층(134-1, 144-1)과 접하는 면, 즉 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 제2 도금층(134-2, 144-2)과 접하는 면, 즉 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 제1 접합층(136-1, 146-1)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142) 내 제2 접합층(136-2, 146-2)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.
그리고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 즉, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)의 중심부는 열전 소재층(132, 142)의 중심을 포함하는 주변 영역을 의미할 수 있다. 그리고, 경계면은 경계면 자체를 의미하거나, 또는 경계면과 경계면으로부터 소정 거리 내에 인접하는 경계면 주변 영역을 포함하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 제1 도금층(136-1, 146-1) 또는 제2 도금층(134-2, 144-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량 및 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량보다 낮게 나타날 수 있다.
또한, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에 이르기까지 Te의 함량이 Bi의 함량보다 높게 나타나므로, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 주변 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면 주변에서 Bi함량이 Te 함량을 역전하는 구간이 존재하지 않는다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 또는, 절연 기판은 직물일 수도 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 존 멜팅(zone melting) 방식 또는 분말 소결 방식에 따라 제작될 수 있다. 존 멜팅 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳(ingot)을 제조한 후, 잉곳에 천천히 열을 가하여 단일의 방향으로 입자가 재배열되도록 리파이닝하고, 천천히 냉각시키는 방법으로 열전 레그를 얻는다. 분말 소결 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전 레그를 얻는다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 기판 및 전극 구조의 평면도이다. 도 2 내지 3과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 4 내지 6을 참조하면, 열전 소자(400)는 제1 기판(410), 제1 기판(410) 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그(420) 및 복수의 N형 열전 레그(430), 복수의 P형 열전 레그(420) 및 복수의 N형 열전 레그(430) 상에 배치되는 제2 기판(440), 제1 기판(410)과 복수의 P형 열전 레그(420) 및 복수의 N형 열전 레그(430) 사이에 배치되는 복수의 제1 전극(450), 그리고 제2 기판(440)과 복수의 P형 열전 레그(420) 및 복수의 N형 열전 레그(430) 사이에 배치되는 복수의 제2 전극(460)을 포함한다.
이때, 복수의 제1 전극(450) 및 복수의 제2 전극(660)은 각각 m*n(여기서, m, n은 각각 1이상의 정수일 수 있으며, m, n은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)의 어레이 형태로 배치될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 복수의 제1 전극(450) 및 복수의 제2 전극(460)은 각각 m*n의 어레이 형태로 배치되되, 가장자리에 추가의 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)이 배치될 수도 있다. 각 제1 전극(450)은 이웃하는 다른 제1 전극(450)들과 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 제1 전극(450)은 이웃하는 다른 제1 전극(450)들과 0.5 내지 0.8mm 거리로 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 각 제1 전극(450)에는 한 쌍의 P형 열전 레그(420) 및 N형 열전 레그(430)가 배치되며, 각 제2 전극(460)에는 한 쌍의 P형 열전 레그(420) 및 N형 열전 레그(430)가 배치될 수 있다.
그리고, P형 열전 레그(420)의 한 면은 제1 전극(450)에 배치되고, 다른 면은 제2 전극(460)에 배치되며, N형 열전 레그(430)의 한 면은 제1 전극(450)에 배치되고, 다른 면은 제2 전극(460)에 배치될 수 있다. 제1 전극(450)에 배치된 한 쌍의 P형 열전 레그(420) 및 N형 열전 레그(430) 중 P형 열전 레그(420)가 복수의 제2 전극(460) 중 하나에 배치되면, N형 열전 레그(430)는 이와 이웃하는 다른 제2 전극(460)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(420) 및 복수의 N형 열전 레그(430)는 복수의 제1 전극(450) 및 복수의 제2 전극(460)을 통하여 직렬 연결될 수 있다.
이때, 제1 전극(450) 상에는 한 쌍의 P형 열전 레그(420) 및 N형 열전 레그(430)를 접합하기 위한 한 쌍의 솔더층(470)이 도포될 수 있으며, 한 쌍의 솔더층(470) 상에는 한 쌍의 P형 열전 레그(420) 및 N형 열전 레그(430)가 배치될 수 있다. 여기에서, 한 쌍의 솔더층(470)은 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층과 혼용될 수 있으며, 각각의 P형 솔더층은 각각의 P형 열전레그와 직접 접촉하는 솔더층이고, 각각의 N형 솔더층은 각각의 N형 열전레그와 직접 접촉하는 솔더층을 의미할 수 있다.
한편, 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층(470)은 서로 이격될 수 있으며, 제1 전극(450) 상에서 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층(470) 사이에는 격벽층(480)이 배치될 수 있다. 이때, 격벽층(480)은 절연 성능을 가지고, 높이가 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층(470)의 높이보다 높으며, 녹는점이 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층(470)의 녹는점보다 높을 수 있다.
이에 따라, 열전 소자(400)의 조립을 위하여 솔더층(470) 상에 열전 레그(420, 430)를 배치한 후 리플로우(reflow) 공정 동안 고온에 노출할 경우, 솔더층(470)이 녹더라도 격벽층(480)은 녹지 않아 솔더층(470)이 격벽층(480)을 넘어 흐르는 문제를 방지할 수 있다. 또한, P형 솔더층 또는 N형 솔더층(470)의 일부가 녹아 P형 열전 레그(420) 또는 N형 열전 레그(430)가 기울어지더라도, 격벽층(480)에 의하여 가로막히므로, P형 열전 레그(420)와 N형 열전 레그(430)가 서로 쇼트되는 문제를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제1 기판(410) 상에 복수의 제1 전극(450)을 배치한다(S600). 이때, 제1 기판(410) 및 복수의 제1 전극(450) 사이에는 접착층이 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제1 기판(410) 상에 접착제를 도포한 후, 복수의 제1 전극(450)을 적층할 수 있다. 또는, 플렉서블한 필름, 예를 들어 PE(polyethylene) 필름에 정렬된 복수의 제1 전극(450)을 부착시키고, 미리 접착제가 도포된 제1 기판(410) 상에 복수의 제1 전극(450)을 배치한 후, 필름을 제거할 수도 있다.
다음으로 각 전극(450) 상에 격벽층(480)을 인쇄한다(S610). 격벽층(480)은 각 전극(450)의 가운데 영역에 인쇄될 수 있으며, 마스크에 의하여 인쇄되거나, 직접 인쇄될 수 있다.
다음으로, 각 전극(450) 상에 솔더층(470)을 배치한다(S620). 솔더층(470)은 격벽층(480)을 사이에 두고 한 쌍으로 배치될 수 있다. 도 7은 기판 상에 복수의 전극이 배치된 후, 격벽층이 인쇄될 영역을 표시한 사진이다. 도 7과 같이, 격벽층(480)은 각 전극(450)의 가운데 영역에 인쇄될 수 있으며, 한 쌍의 솔더층(470)은 격벽층(480)을 사이에 두고 배치될 수 있다.
이때, 솔더층(470)의 녹는점은 격벽층(480)의 녹는점보다 낮을 수 있다. 단계 S600 내지 S620의 과정은 상부 기판 및 전극 측의 제작을 위해서도 동일하게 행해질 수 있다.
다음으로, 한 쌍의 솔더층(470) 상에 열전 레그(420, 430)를 배치한 후(S630), 리플로우 공정을 거친다(S640). 여기서, 한 쌍의 솔더층(470)은 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층과 혼용될 수 있으며, P형 솔더층 상에는 P형 열전레그가 직접 접촉하도록 배치되고, N형 솔더층 상에는 N형 열전레그가 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 리플로우 공정은 솔더층(470)의 녹는점보다 높고, 격벽층(480)의 녹는점보다 낮은 온도 하에서 행해질 수 있다. 이에 따라, 솔더층(470)의 일부가 녹아 열전 레그(420, 430)가 솔더층(470)과 접합할 수 있으며, 격벽층(480)은 녹지 않아 솔더층(470)이 격벽층(480)을 넘어 흐르거나, 격벽층(480)을 사이에 둔 열전 레그(420, 430)가 서로 쇼트되는 문제를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 일부의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(410) 상에 전극(450)이 배치되며, 전극(450) 상에 한 쌍의 솔더층(470)이 배치되고, 전극(450) 상에서 한 쌍의 솔더층(470) 사이에 격벽층(480)이 배치된다.
이때, 기판(410)과 전극(450)은 접착층(800)에 의하여 접착될 수 있다. 접착층(800)은 접착 성능을 가지는 수지 조성물을 포함할 수 있다. 수지 조성물 내에는 열전도 성능을 가지는 무기 충전재가 분산될 수 있다. 예를 들어, 무기 충전재는 직경이 50 내지 70㎛일 수 있으며, 물질은 산화알루미늄일 수 있다. 이에 따라, 접착층(800)은 접착 성능뿐만 아니라, 방열 성능도 가질 수 있다.
이때, 도 8(a)와 같이 접착층(800)은 기판(410)의 전면에 도포될 수 있다. 또는, 도 8(b)와 같이 접착층(800)은 서로 이격되어 배치된 각 전극(450) 별로 구분되도록 도포될 수 있다. 이와 같이, 접착층(800)이 각 전극(450) 별로 구분되도록 도포되면, 기판(410)의 일부 상에는 접착층(800)이 배치되지 않는 영역이 존재할 수 있으며, 이에 따라 기판(410) 상에 접착층(800)이 과도하게 도포되지 않아 열전소자(400)의 냉각 용량 및 방열 특성을 양호하게 유지시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 접착층(800)의 도포량을 현저하게 줄일 수 있으므로, 재료비를 절감할 수 있고, 잔류 솔더의 이동에 따른 쇼트를 방지하는 것이 가능하다.
그리고, 전극(450) 상에는 도금층(810)이 더 배치될 수 있으며, 도금층(810) 상에 한 쌍의 솔더층(470) 및 격벽층(480)이 배치될 수 있다. 도금층(810)은 니켈 또는 주석을 포함할 수 있다. 전극층(450) 상에 도금층(810)이 배치된 후 솔더층(470)이 배치되면, 서멀그리스(thermal grease) 또는 접착제 없이도 금속층(450)과 솔더층(470)이 접합할 수 있으므로, 전극층(450)과 솔더층(470) 간의 열교환 효율이 높아지며, 컴팩트화가 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 도금층(810) 상에 한 쌍의 솔더층(470)이 배치되며, 한 쌍의 솔더층(470) 사이에 격벽층(480)이 더 배치될 수 있다. 격벽층(480)의 녹는점은 솔더층(470)의 녹는점보다 높으며, 격벽층(480)의 높이(H2)는 솔더층(470)의 높이(H1)보다 높을 수 있다. 이에 따라, 솔더층(470)의 녹는점과 격벽층(480)의 녹는점 사이의 온도 하에서 리플로우 공정을 수행할 경우, 솔더층(470)의 일부가 녹아 열전 레그(420, 430)와 접합하면서도, 녹은 솔더층(470)이 격벽층(480)을 넘어 흘러가기 어려워진다. 또한, 이때 격벽층(480)은 녹지 않고 있으므로, 솔더층(470)이 과도하게 녹아 열전 레그(420, 430)와 솔더층(470) 간의 들뜸이 발생한 경우에도 열전 레그(420, 430)가 격벽층(480)에 의하여 지지되므로, 열전 레그(420, 430) 간의 쇼트가 발생할 가능성이 낮아질 수 있다.
예를 들어, 도금층(810)의 녹는점은 약 230℃이고, 솔더층(470)의 녹는점은 약 138℃이며, 격벽층(480)의 녹는점은 약 150℃일 수 있다. 그리고, 격벽층(480)의 높이(H2)는 솔더층(470)의 높이(H1)의 1.1 내지 10배, 바람직하게는 1.1 내지 5배, 더욱 바람직하게는 1.1 내지 3배일 수 있다. 예를 들어, 격벽층(480)의 높이(H2)는 약 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있다. 격벽층(480)의 높이(H2)와 솔더층(470)의 높이(H1) 간의 관계가 이러한 범위를 벗어날 경우, 리플로우 공정을 통하여 녹은 솔더층(470)이 격벽층(480)을 넘어 흐르거나, 격벽층(480)을 배치한 후 솔더층(470)을 배치하는 공정이 어려워질 수 있다.
이때, 격벽층(480)의 측면(480)은 솔더층(470)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 솔더층(470)은 격벽층(480)에 인접하여 배치되어, 리플로우 공정을 거친 후 한 쌍의 솔더층(470)의 측면이 격벽층(480)의 측면에 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 격벽층(480)은 에폭시 수지를 포함하며, 절연 성능을 가지며, 금속 상에 접착 가능한 접착제로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 격벽층(480)은 구리, 알루미늄, 니켈, 주석 등과 같은 금속과의 박리강도가 25℃에서 20N/mm2 이상, 90℃에서 15N/mm2 이상, 125℃에서 12 N/mm2 이상, 150℃에서 4 N/mm2 이상일 수 있다. 이와 같이, 격벽층(480)이 절연 성능을 가질 경우, 격벽층(480)이 솔더층(470)과 접촉하거나, 열전 레그(420, 430)와 접촉하더라도 열전 소자(400)의 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한, 격벽층(480)이 금속 상에 접착 가능한 접착제로 이루어지는 경우, 전극(450) 또는 도금층(810)과 직접 접착되므로, 열전 소자(400)로부터 쉽게 이탈되지 않을 수 있다.
도 9 내지 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 일부의 단면도이다. 도 8에서 설명한 내용과 동일한 내용은 중복된 설명을 생략한다.
도 9 내지 11을 참조하면, 격벽층(480)은 제1 높이(h1)를 가지는 제1 영역(A1) 및 제1 높이(h1)보다 낮은 제2 높이(h2)를 가지는 제2 영역(A2)을 포함하며, 제1 영역(A1)의 적어도 일부는 한 쌍의 솔더층(470)의 측면에 접촉하고, 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)에 의하여 둘러싸인다. 격벽층(480)이 이러한 형상으로 인쇄되면, 인쇄 불량을 방지할 수 있으며, 녹은 솔더층(470)이 격벽층(480)을 넘어 흐르는 문제를 방지할 수 있다.
예를 들어, 제1 높이(h1)는 제2 높이(h2)의 1.01 내지 1.2배일 수 있고, 제1 영역(A1)의 면적은 격벽층(480)의 전체 면적의 0.01 내지 10%일 수 있다. 제1 높이(h1)가 제2 높이(h2)의 1.01배 미만이면, 제1 영역(A1)으로 인하여 솔더층(470)이 흐르지 못하도록 격벽 역할을 충분히 하기 어려우며, 제1 높이(h1)가 제2 높이(h2)의 1.01 내지 1.2배를 초과하면, 제1 영역(A1)의 강도가 약하여 부서지기 쉬운 문제가 있다. 그리고, 제1 영역(A1)의 면적이 격벽층(480)의 전체 면적의 10%를 초과하면, 격벽층(480)의 전체 강도가 약해지므로, 열전 레그(420, 430) 간의 격벽 역할을 충분히 하기 어려운 문제가 있다.
한편, 도 10 내지 12를 참조하면, 솔더층(470)의 측면 전체가 격벽층(480)의 측면과 접촉하는 것이 아니라, 솔더층(470)의 측면의 일부만이 격벽층(480)의 측면과 접촉할 수도 있다. 이와 같은 형상은, 격벽층(480) 인쇄 후 솔더층(470) 배치 시, 솔더층(470)과 격벽층(480) 간의 거리를 이격시켜 배치한 경우, 리플로우 공정동안 솔더층(470)의 일부가 녹아 격벽층(480)을 향하여 흐르는 과정에서 형성될 수 있다. 이와 같이, 솔더층(470) 배치 시 솔더층(470)과 격벽층(480) 간의 거리를 이격시켜 배치하는 경우, 솔더층(470)이 과도한 양으로 도포되지 않으므로, 솔더층(470)이 흘러 넘치는 문제를 방지할 수 있다.
본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여 제1 기판(410) 및 제1 전극(450) 측을 중심으로 설명하였으나, 동일한 구조가 제2 기판(440) 및 제2 전극(460) 측에도 적용될 수 있다. 또는 제1 기판(410) 및 제1 전극(450) 측에만 본 발명의 실시예에 따른 구조가 적용되고, 제2 기판(440) 및 제2 전극(460) 측에는 격벽층이 배치되지 않거나, 제2 기판(440) 및 제2 전극(460) 측에만 본 발명의 실시예에 따른 구조가 적용되고, 제1 기판(410) 및 제1 전극(450) 측에는 격벽층이 배치되지 않을 수도 있다.
한편, 도 12는 열전소자에 포함되는 기판 및 전극 구조의 한 예를 나타내고, 도 13은 도 12의 단면도를 나타낸다.
하부기판(110)과 하부전극(120) 사이 및 상부기판(160)과 상부전극(150) 사이는 직접 본딩되거나, 접착층에 의하여 접착될 수 있다. 하부기판(110)과 하부전극(120) 사이 및 상부기판(160)과 상부전극(150) 사이가 직접 본딩될 경우, 접착층에 의하여 접착되는 경우에 비하여 열전도도 측면에서는 유리하나, 기판과 전극 간 열팽창 계수 차가 커서 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
도 12 내지 13을 참조하면, 하부기판(110) 상에 접착층(190)이 도포되며, 접착층(190) 상에 복수의 하부전극(120)이 어레이 형태로 배치될 수 있다. 그리고, 각 하부전극(120) 상에 한 쌍의 열전 레그(미도시)가 접합될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 하부기판(110) 및 하부전극(120)의 구조를 중심으로 설명하나, 이로 제한되는 것은 아니며, 상부기판(160) 및 상부전극(150)에도 동일한 구조가 적용될 수 있다. 이때, 하부기판(110)은 세라믹 기판으로, 약 20W/mK의 열전도도를 가질 수 있고, 하부전극(120)은 약 100W/mK의 열전도도를 가질 수 있다. 열전소자(100)에 전원이 인가되면, 상부기판(160) 및 하부기판(110) 중 하나는 발열면이 되어 팽창할 가능성이 높아지게 되고, 나머지 하나는 흡열면이 되어 수축할 가능성이 높아지게 되나, 접착층(190)은 하부기판(110)과 하부전극(120)또는 상부기판(160)과 상부전극(150)) 간의 열충격을 흡수하는 완충제의 역할을 할 수 있다.
그러나, 접착층(190)은 열에 취약하므로, 약 300℃ 이상에서 처리되는 리플로우 공정 시 접착층(190)이 열화되어 하부기판(110)으로부터 하부전극(120)이 이탈되기 쉬운 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 고정 부재를 이용하여 기판과 전극 사이를 고정하고자 한다. 이하, 설명의 편의를 위하여 하부기판과 하부전극을 예로 들어 설명하나, 동일한 구조가 상부기판 및 상부전극에도 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 하부기판 및 하부전극 상에 전극 고정 부재가 배치된 상면도이고, 도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 하부기판 및 하부전극의 상면도이며, 도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 고정 부재의 사시도이다. 그리고, 도 17은 도 14의 Y1에 대한 단면도이고, 도 18은 도 14의 Y2에 대한 단면도이며, 도 19는 도 14의 X1에 대한 단면도이다.
도 14 내지 도 19를 참조하면, 하부기판(이하, 제1 기판과 혼용될 수 있다)(110) 상에 하부전극(이하, 복수의 제1 전극과 혼용될 수 있다)(120)이 배치된다. 이때, 복수의 제1 전극(120)은 m*n(여기서, m, n은 각각 1 이상의 정수이다)의 어레이 형태를 가질 수 있고, 하나의 열은 이웃하는 다른 열과 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 이와 마찬가지로 하나의 행은 이웃하는 다른 행과 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 기판(110)과 복수의 제1 전극(120) 사이에는 접착층(190)이 배치될 수 있다. 각 제1 전극(120) 상에는 한 쌍의 N형 열전레그(130)와 P형 열전레그(140)가 배치된다. 이 외에, 도 1 내지 13에서 설명한 내용과 동일한 내용은 중복된 설명을 생략한다. 도시되지 않았으나, 제1 전극(120)은 솔더층에 의하여 한 쌍의 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140)와 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 기판(110)의 가장자리에는 복수의 제1 홈(112)이 형성된다. 이때, 복수의 제1 홈(112)은 제1 기판(110)의 가장자리에 형성되되, 복수의 제1 전극(120)이 배치되지 않을 지점에 미리 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 홈(112)은 복수의 제1 전극(120) 중 최외각 열 및 최외각 행을 이루는 각 제1 전극(120)의 측면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 복수의 제1 홈(112)은 복수의 제1 전극(120) 중 최외각 열 및 최외각 행을 이루는 각 제1 전극(120)의 길이 방향의 한 측면의 중간 지점에 형성될 수 있다. 여기서, 길이 방향은 제1 전극(120)의 형상이 직사각형 형상인 것을 가정할 때, 길이가 긴 방향을 의미할 수 있고, 길이 방향으로 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140)가 배치될 수 있다. 즉, 각 제1 전극(120)의 길이 방향의 한 측면의 중간 지점은 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140) 사이의 측면에 해당하는 지점일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자(100)는 제1 기판(110)과 복수의 제1 전극(120)을 고정시키는 전극 고정 부재(200)를 더 포함한다. 이를 위하여, 전극 고정 부재(200)의 일부는 제1 기판(110)에 형성된 복수의 제1 홈(112) 중 적어도 일부에 끼워질 수 있으며, 전극 고정 부재(200)의 다른 일부는 복수의 제1 전극(120) 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 전극 고정 부재(200)는 제1 방향의 복수의 제1 라인(202), 제1 방향과 교차하는 제2 방향의 복수의 제2 라인(204), 그리고 복수의 제1 라인(202)의 양 끝단 및 복수의 제2 라인(204)의 양 끝단에서 복수의 제1 라인(202) 및 복수의 제2 라인(204)과 수직하는 방향으로 연장되어 복수의 제1 홈(112) 내에 삽입되는 제3 라인(206)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 제1 라인(202)과 복수의 제2 라인(204)은 서로 교차하여 복수의 개구부(210)를 형성한다. 예를 들어, 복수의 제1 라인(202)과 복수의 제2 라인(204)은 메쉬 형상을 이룰 수 있다.
이에 따라, 복수의 제1 라인(202)의 적어도 일부 각각은 복수의 제1 전극(120) 상에 배치되되, 한 쌍의 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제1 라인(202)의 적어도 일부 각각은 한 쌍의 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140) 사이에서 복수의 제1 전극(120)과 밀착하도록 배치될 수 있다. 즉, 개구부(210)를 기준으로 할 때, 각 개구부(210) 내에는 하나의 제1 전극(120) 상에 배치되는 N형 열전레그(130) 및 하나의 제1 전극(120)과 이웃하는 다른 제1 전극(120) 상에 배치되는 P형 열전레그(140)가 배치될 수 있으며, 각 개구부(210)를 이루는 두 개의 제1 라인(202)은 한 쌍의 N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140) 사이에서 복수의 제1 전극(120)과 밀착하도록 배치되며, 두 개의 제2 라인(204)은 복수의 제1 전극(120) 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이, 전극 고정 부재(200)가 복수의 제1 전극(120) 상에 밀착하도록 배치되며, 제1 기판(110)에 형성된 복수의 제1 홈(112)에 끼워지면, 제1 기판(110)과 복수의 제1 전극(120)은 단단하게 고정될 수 있으며, 복수의 제1 전극(120) 중 적어도 일부가 제1 기판(110)으로부터 이탈되는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 전극 고정 부재(200)는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전극 고정 부재(200)는 세라믹 물질, 더욱 구체적으로는 알루미나로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 전극 고정 부재(200)가 복수의 제1 전극(120) 상에 밀착하도록 배치되더라도, 전극 고정 부재(200)가 열전소자(100)에 전기적인 영향을 미치지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 기판(110)과 복수의 제1 전극(120) 사이에는 접착층(190)이 더 배치되며, 복수의 제2 라인(204)의 적어도 일부 각각은 복수의 제1 전극(120) 사이에서 접착층(190) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 메쉬 형상의 전극 고정 부재(200)는 안정적인 지지 강도를 가지면서도, N형 열전레그(130) 및 P형 열전레그(140)의 배열에 방해를 하지 않을 수 있다.
여기서, 접착층(190)은 접착 성능을 가지는 수지 조성물을 포함할 수 있다. 수지 조성물 내에는 열전도 성능을 가지는 무기 충전재가 분산될 수 있다. 예를 들어, 무기 충전재는 산화알루미늄을 포함할 수 있다. 이에 따라, 접착층(190)은 접착 성능뿐만 아니라, 방열 성능도 가질 수 있다. 그리고, 접착층(190)이 제1 기판(110)의 전면 상에 도포되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 접착층(190)은 복수의 제1 전극(120) 별로 구분되도록 배치될 수도 있다. 즉, 접착층(190)은 제1 기판(110)의 전면에 도포되는 것이 아니라, 서로 이격되어 배치된 각 제1 전극(120) 별로 도포될 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(110)의 적어도 일부 상에는 접착층(190)이 배치되지 않는 영역이 존재할 수 있다. 접착층(190)은 제1 기판(110)에 대한 열충격을 흡수하는 완충제의 역할을 하면서도, 기판 상에 과도하게 도포되지 않아 열전소자(100)의 냉각 용량 및 방열 특성을 양호하게 유지시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 접착층(190)의 도포량을 현저하게 줄일 수 있으므로, 재료비를 절감할 수 있고, 잔류 솔더의 이동에 따른 쇼트를 방지하는 것이 가능하다.
한편, 도 17을 참조하면, 복수의 제1 라인(202) 및 복수의 제2 라인(204)의 두께(D)는 0.1mm 내지 1mm, 바람직하게는 0.2mm 내지 0.9mm, 더욱 바람직하게는 0.3mm 내지 0.8mm일 수 있다. 이에 따르면, 전극 고정 부재(200)는 안정적인 지지 강도를 가질 수 있으며, 제1 전극(120)과 N형 열전레그(130) 또는 P형 열전레그(140)를 접합하기 위한 솔더가 리플로우 공정을 통하여 녹더라도, 녹은 솔더가 이웃하는 열전레그 또는 전극 측으로 흐르는 현상은 복수의 제1 라인(202) 및 복수의 제2 라인(204)에 의하여 차단될 수 있다.
도시되지 않았으나, 복수의 제1 라인(202)의 두께 및 복수의 제2 라인(204)의 두께는 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 제1 라인(202)은 복수의 제1 전극(120) 상에 배치되고, 복수의 제2 라인(204)은 복수의 제1 전극(120) 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 제2 라인(204)의 두께는 복수의 제1 라인(202)의 두께에 비하여 전극의 두께만큼 더 클 수 있다.
다음으로, 도 18을 참조하면, 제1 기판(110)에 형성된 복수의 제1 홈(112)의 깊이(H2)는 제1 기판(110)의 높이(H1)의 0.1 내지 0.9배, 바람직하게는 0.3 내지 0.9배, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.9배일 수 있다. 이에 따라, 전극 고정 부재(200)가 제1 기판(110)에 형성된 복수의 제1 홈(112)에 안정적으로 결합할 수 있으며, 전극 고정 부재(200)의 제3 라인(206)이 제1 기판(110)의 하면으로 튀어나오는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 복수의 제1 홈(112)의 폭(W1)은 제3 라인(206)의 폭(W2)보다 클 수 있고, 복수의 제1 홈(110)의 벽면과 제3 라인(206) 간의 공차는 접착제로 채워질 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 홈(112)에 전극 고정 부재(200)를 용이하게 장착할 수 있다.
다음으로, 도 19를 참조하면, 제1 기판(110) 상에는 복수의 제1 홈(112)과 소정 간격으로 이격된 지점의 적어도 일부에 복수의 제2 홈(114)이 더 형성되며, 전극 고정 부재(200)는 복수의 제1 라인(202)의 양 끝단으로부터 소정 간격으로 이격된 지점에서 복수의 제1 라인(202) 및 복수의 제2 라인(204)과 수직하는 방향으로 연장되어 복수의 제2 홈(114) 내에 삽입되는 제4 라인(208)을 더 포함할 수 있다. 이에 따르면, 전극 고정 부재(200)가 제1 기판(110)에 더욱 안정적으로 결합할 수 있다. 복수의 제2 홈(114)은, 예를 들어 복수의 제1 전극(120) 중 최외각 열에 인접하는 열 또는 최외각 행에 인접하는 행 주변에 형성될 수 있다. 즉, 소정 간격은 복수의 제1 전극(120)의 가로 방향의 간격일 수 있다. 여기서, 가로 방향은 제1 전극(120)이 직사각형이라 가정할 때 길이가 짧은 방향을 의미할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자의 기판 및 전극 배치 방법을 설명하는 순서도이다.
도 20을 참조하면, 제1 기판(110)의 가장자리에 복수의 홈(112, 114)을 형성한다(S1100). 여기서, 홈(112, 114)의 깊이는 제1 기판(110)의 높이의 0.1 내지 0.9배일 수 있다.
다음으로, 제1 기판(110) 상에 접착층(190)을 도포한다(S1110). 여기서, 접착층(190)은 접착 성능을 가지는 수지 조성물을 포함할 수 있으며, 제1 기판(110)의 홈(112, 114) 내에 접착제가 흘러 들어갈 수도 있다.
다음으로, 접착층(190) 상에 복수의 제1 전극(120)을 어레이 형태로 배치한다(S1120). 이때, 복수의 제1 전극(120)은 m*n(여기서, m, n은 각각 1 이상의 정수이다)의 어레이 형태를 가질 수 있고, 하나의 열은 이웃하는 다른 열과 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 이와 마찬가지로 하나의 행은 이웃하는 다른 행과 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
다음으로, 어레이 형태의 복수의 제1 전극(120) 상에 전극 고정 부재(200)를 배치한 후 가압한다(S1130). 이때, 전극 고정 부재(200)의 제3 라인(206) 및 제4 라인(208)이 제1 기판(110)의 홈(112, 114) 내에 삽입되고, 제1 전극(120)의 길이 방향의 중간 지점, 즉 N형 열전레그(130)가 배치될 영역 및 P형 열전레그(140)가 배치될 영역의 사이에 제1 라인(202)이 배치되도록 할 수 있다. 이에 따라, 전극 고정 부재(200)는 제1 기판(110)과 복수의 제1 전극(120)을 단단하게 고정할 수 있다.
여기서, 본 명세서에서, 도 4 내지 도 11에 따라 전극 상에 격벽층이 배치되는 실시예와 도 12 내지 20에 따라 전극 상에 전극 고정 부재가 배치되는 실시예를 별도로 설명하고 있으나, 이들 실시예는 서로 조합될 수도 있다.
예를 들어, 도 12 내지 20에 따라 전극 상에 배치되는 전극 고정 부재의 일부는 도 4 내지 도 11에 따라 전극 상에 배치되는 격벽층이 될 수도 있다. 또는, 도 4 내지 도 11에 따라 격벽층이 배치된 전극 상에 도 12 내지 20에 따른 전극 고정 부재가 더 배치될 수도 있다.
이하에서는 도 21을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 정수기에 적용된 예를 설명한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기(1)는 원수 공급관(12a), 정수 탱크 유입관(12b), 정수탱크(12), 필터 어셈블리(13), 냉각 팬(14), 축열조(15), 냉수 공급관(15a), 및 열전장치(1000)을 포함한다.
원수 공급관(12a)은 수원으로부터 정수 대상인 물을 필터 어셈블리(13)로 유입시키는 공급관이고, 정수 탱크 유입관(12b)은 필터 어셈블리(13)에서 정수된 물을 정수 탱크(12)로 유입시키는 유입관이고, 냉수 공급관(15a)은 정수 탱크(12)에서 열전장치(1000)에 의해 소정 온도로 냉각된 냉수가 최종적으로 사용자에게 공급되는 공급관이다.
정수 탱크(12)는 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수되고 정수 탱크 유입관(12b)을 통해 유입된 물을 저장 및 외부로 공급하도록 정수된 물을 잠시 수용한다.
필터 어셈블리(13)는 침전 필터(13a)와, 프리 카본 필터(13b)와, 멤브레인 필터(13c)와, 포스트 카본 필터(13d)로 구성된다.
즉, 원수 공급관(12a)으로 유입되는 물은 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수될 수 있다.
축열조(15)가 정수 탱크(12)와, 열전장치(1000)의 사이에 배치되어, 열전장치(1000)에서 형성된 냉기가 저장된다. 축열조(15)에 저장된 냉기는 정수 탱크(12)로 인가되어, 정수 탱크(12)에 수용된 물을 냉각시킨다.
냉기 전달이 원활하게 이루어질 수 있도록, 축열조(15)는 정수 탱크(12)와 면접촉될 수 있다.
열전장치(1000)은 상술한 바와 같이, 흡열면과 발열면을 구비하며, P 형 반도체 및 N형 반도체 상의 전자 이동에 의해, 일측은 냉각되고, 타측은 가열된다.
여기서, 일측은 정수 탱크(12) 측이며, 타측은 정수 탱크(12)의 반대측일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 정수기 내에서 정수 탱크(12)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
이하에서는 도 22를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 냉장고에 적용된 예를 설명한다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.
냉장고는 심온 증발실내에 심온 증발실 커버(23), 증발실 구획벽(24), 메인 증발기(25), 냉각팬(26) 및 열전장치(1000)을 포함한다.
냉장고 내는 심온 증발실 커버(23)에 의하여 심온 저장실과 심온 증발실로 구획된다.
상세히, 상기 심온 증발실 커버(23)의 전방에 해당하는 내부 공간이 심온 저장실로 정의되고, 심온 증발실 커버(23)의 후방에 해당하는 내부 공간이 심온 증발실로 정의될 수 있다.
심온 증발실 커버(23)의 전면에는 토출 그릴(23a)과 흡입 그릴(23b) 이 각각 형성될 수 있다.
증발실 구획벽(24)은 인너 캐비닛의 후벽으로부터 전방으로 이격되는 지점에 설치되어, 심온실 저장 시스템이 놓이는 공간과 메인 증발기(25)가 놓이는 공간을 구획한다.
메인 증발기(25)에 의하여 냉각되는 냉기는 냉동실로 공급된 뒤 다시 메인 증발기 쪽으로 되돌아간다.
열전장치(1000)은 심온 증발실에 수용되며, 흡열면이 심온 저장실의 서랍 어셈블리 쪽을 향하고, 발열면이 증발기 쪽을 향하는 구조를 이룬다. 따라서, 열전장치(1000)서 발생되는 흡열 현상을 이용하여 서랍 어셈블리에 저장된 음식물을 섭씨 영하 50도 이하의 초저온 상태로 신속하게 냉각시키는데 사용될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 냉장고 내에서 서랍 어셈블리를 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 주로 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile) 등에 적용될 수 있다. 또는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열을 이용하여 전기를 발생시키는 발전 장치에 적용될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 예로, PCR(Polymerase Chain Reaction) 기기가 있다. PCR 기기는 DNA를 증폭하여 DNA의 염기 서열을 결정하기 위한 장비이며, 정밀한 온도 제어가 요구되고, 열 순환(thermal cycle)이 필요한 기기이다. 이를 위하여, 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 다른 예로, 광 검출기가 있다. 여기서, 광 검출기는 적외선/자외선 검출기, CCD(Charge Coupled Device) 센서, X-ray 검출기, TTRS(Thermoelectric Thermal Reference Source) 등이 있다. 광 검출기의 냉각(cooling)을 위하여 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기 내부의 온도 상승으로 인한 파장 변화, 출력 저하 및 해상력 저하 등을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 면역 분석(immunoassay) 분야, 인비트로 진단(In vitro Diagnostics) 분야, 온도 제어 및 냉각 시스템(general temperature control and cooling systems), 물리 치료 분야, 액상 칠러 시스템, 혈액/플라즈마 온도 제어 분야 등이 있다. 이에 따라, 정밀한 온도 제어가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 예로, 별 추적 시스템, 열 이미징 카메라, 적외선/자외선 검출기, CCD 센서, 허블 우주 망원경, TTRS 등이 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 온도를 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그,
    상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고
    상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되며, 각각에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며,
    상기 복수의 제1 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치되고,
    상기 복수의 제 2 전극 각각 상에는 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층, 그리고 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층 사이에 배치된 격벽층이 배치되며,
    각각의 P형 열전 레그는 각각의 P형 솔더층과 직접 접촉하고,
    각각의 N형 열전 레그는 각각의 N형 솔더층과 직접 접촉하며,
    상기 격벽층의 녹는점은 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 녹는점보다 높은 열전소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층의 높이는 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 높이보다 높은 열전소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 격벽층의 측면은 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층과 접촉하는 열전소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 격벽층은 제1 높이를 가지는 제1 영역, 그리고 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역의 적어도 일부는 상기 한 쌍의 P형 솔더층 및 N형 솔더층의 측면에 접촉하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역에 의하여 둘러싸이는 열전소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 높이는 상기 제2 높이의 1.01 내지 1.2배인 열전소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 영역의 면적은 상기 격벽층의 전체 면적의 0.01 내지 10%인 열전소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층은 에폭시 수지를 포함하는 열전소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 격벽층은 절연성인 열전소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 각각 상에는 도금층이 더 배치되는 열전소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격벽층은 상기 도금층 상에 직접 접착되는 열전소자.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113594343A (zh) * 2021-07-07 2021-11-02 西安交通大学 热电器件及其制造模具和制造方法
US11588089B2 (en) * 2019-07-25 2023-02-21 Ibiden Co., Ltd. Printed wiring board having thermoelectric emlement accommodatred therein

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110119334A (ko) * 2010-04-27 2011-11-02 삼성전기주식회사 열전 모듈 및 이의 제조방법
KR20120071594A (ko) * 2010-12-23 2012-07-03 삼성전기주식회사 열전 모듈
KR20120081777A (ko) * 2011-01-12 2012-07-20 삼성전기주식회사 열전 모듈 및 이의 제조방법
KR101773869B1 (ko) * 2013-07-09 2017-09-01 가부시키가이샤 케르쿠 열전 발전 모듈
JP2017168609A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 古河機械金属株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、および熱電変換システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4907060A (en) * 1987-06-02 1990-03-06 Nelson John L Encapsulated thermoelectric heat pump and method of manufacture
US5209786A (en) * 1990-10-09 1993-05-11 Thermo Electron Technologies Corporation Integrity-enhanced thermoelectrics
JPH08293628A (ja) * 1995-04-24 1996-11-05 Matsushita Electric Works Ltd 熱電気変換装置
JPH10303470A (ja) * 1997-04-25 1998-11-13 Aisin Seiki Co Ltd 熱電冷却装置
JP3000523B2 (ja) * 1998-04-09 2000-01-17 セイコー精機株式会社 熱電変換モジュール
JP2000022224A (ja) * 1998-07-01 2000-01-21 Seiko Instruments Inc 熱電素子及びその製造方法
JP2002043637A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Aisin Seiki Co Ltd 熱電デバイス
JP2004303872A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Hitachi Metals Ltd 熱電変換モジュール
US20060112982A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Denso Corporation Method of manufacturing thermoelectric transducer, thermoelectric transducer, and method for forming corrugated fin used for the same
JP4274134B2 (ja) * 2005-02-15 2009-06-03 ヤマハ株式会社 熱電モジュールおよびその製造方法
TWI446603B (zh) * 2010-12-29 2014-07-21 Ind Tech Res Inst 熱電模組及其製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110119334A (ko) * 2010-04-27 2011-11-02 삼성전기주식회사 열전 모듈 및 이의 제조방법
KR20120071594A (ko) * 2010-12-23 2012-07-03 삼성전기주식회사 열전 모듈
KR20120081777A (ko) * 2011-01-12 2012-07-20 삼성전기주식회사 열전 모듈 및 이의 제조방법
KR101773869B1 (ko) * 2013-07-09 2017-09-01 가부시키가이샤 케르쿠 열전 발전 모듈
JP2017168609A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 古河機械金属株式会社 熱電変換素子、熱電変換モジュール、および熱電変換システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11588089B2 (en) * 2019-07-25 2023-02-21 Ibiden Co., Ltd. Printed wiring board having thermoelectric emlement accommodatred therein
CN113594343A (zh) * 2021-07-07 2021-11-02 西安交通大学 热电器件及其制造模具和制造方法

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