JP2021511668A - 熱電素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例に係る熱電素子は、第１金属基板、前記第１金属基板上に配置され、前記第１金属基板と直接接触する第１樹脂層、前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置される第２樹脂層、そして前記第２樹脂層上に配置された第２金属基板を含み、前記第１金属基板の前記第１樹脂層と向かい合う面は第１領域および前記第１領域の内部に配置される第２領域を含み、前記第２領域の表面粗さは前記第１領域の表面粗さより大きく、前記第１樹脂層は前記第２領域上に配置される。【選択図】図３
Description
本発明は熱電素子に関し、より詳細には熱電素子の接合構造に関する。
熱電現象は材料内部の電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と正孔（ｈｏｌｅ）の移動によって発生する現象であって、熱と電気の間の直接的なエネルギー変換を意味する。
熱電素子は熱電現象を利用する素子を総称し、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料を金属電極の間に接合させてＰＮ接合対を形成する構造を有する。
熱電素子は電気抵抗の温度の変化を利用する素子、温度差によって起電力が発生する現象であるゼーベック効果を利用する素子、電流による吸熱または発熱が発生する現象であるペルティエ効果を利用する素子などに区分され得る。
熱電素子は電化製品、電子部品、通信用部品などに多様に適用されている。例えば、熱電素子は冷却用装置、温熱用装置、発電用装置などに適用され得る。これに伴い、熱電素子の熱電性能に対する要求はますます高くなっている。
熱電素子は基板、電極および熱電レッグを含み、上部基板と下部基板の間に複数の熱電レッグがアレイ形態に配置され、複数の熱電レッグと上部基板の間に複数の上部電極が配置され、複数の熱電レッグとおよび下部基板の間に複数の下部電極が配置される。
一般的に、熱電素子は金属支持体上に配置され得る。熱電素子に含まれる上部基板および下部基板がセラミック基板である場合、熱電素子と金属支持体の界面での熱抵抗によって熱損失が発生し得る。
本発明が達成しようとする技術的課題は、熱電素子の接合構造を提供することである。
本発明の一実施例に係る熱電素子は、第１金属基板、前記第１金属基板上に配置され、前記第１金属基板と直接接触する第１樹脂層、前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置される第２樹脂層、そして前記第２樹脂層上に配置された第２金属基板を含み、前記第１金属基板の前記第１樹脂層と向かい合う面は第１領域および前記第１領域の内部に配置される第２領域を含み、前記第２領域の表面粗さは前記第１領域の表面粗さより大きく、前記第１樹脂層は前記第２領域上に配置される。
前記第１樹脂層はエポキシ樹脂および無機充填材を含み、前記無機充填材は第１無機充填材および第２無機充填材を含み、前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０は前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０より大きくてもよい。
前記第２領域の表面粗さは前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０より大きく、前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０より小さくてもよい。
前記第２領域の表面粗さは前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０の１．０５〜１．５倍であり得る。
前記第２領域の表面粗さは前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０の０．０４〜０．１５倍であり得る。
前記第２領域の表面粗さは１０〜５０μｍであり、前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０は１０〜３０μｍであり、前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０は２５０〜３５０μｍであり得る。
前記第１樹脂層はエポキシ樹脂および無機充填材を含み、前記第２領域の表面粗さによって形成された溝内に前記エポキシ樹脂および前記無機充填材の含量は、前記第１金属基板と前記複数の第１電極間の中領域で前記エポキシ樹脂および前記無機充填材の含量と異なり得る。
前記第２領域の表面粗さによって形成された溝の少なくとも一部にはエポキシ樹脂の一部および前記第１無機充填材の一部が配置され得る。
前記第１樹脂層と向かい合う前記第１金属基板の面は前記第２領域の内部に配置される第３領域をさらに含み、前記第１樹脂層は前記第２領域の一部および前記第３領域上に配置され、前記第２領域の表面粗さは前記第３領域の表面粗さより大きくてもよい。
前記第１金属基板と前記第１樹脂層間に配置された接着層をさらに含み、前記接着層の一部は前記第２領域の表面粗さによる溝の少なくとも一部に配置され得る。
本発明の他の実施例に係る熱電素子は、第１金属基板、前記第１金属基板上に配置される第１樹脂層、前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置される第２樹脂層、前記第２樹脂層上に配置された第２金属基板、そして前記第１金属基板と前記第２金属基板間に配置されるシーリング部を含み、前記第１樹脂層と向かい合う前記第１金属基板の面は第１領域および前記第１領域の内部に配置される第２領域を含み、前記シーリング部は前記第１領域上に配置され、前記第１樹脂層は前記第２領域上に配置される。
前記シーリング部は、前記第１樹脂層の側面および前記第２樹脂層の側面から所定距離離隔して配置されるシーリングケース、そして前記シーリングケースと前記第１領域の間に配置されるシーリング材を含むことができる。
前記第１金属基板の幅長は前記第２金属基板の幅長より大きくてもよい。
前記第１金属基板は熱を放出し、前記第２金属基板は熱を吸収することができる。
前記第１金属基板の厚さは前記第２金属基板の厚さより薄くてもよい。
前記第１樹脂層は前記第１領域と前記第２領域間の境界から所定距離離隔するように配置され得る。
前記第１樹脂層は前記第１金属基板と直接接触するように形成され得る。
本発明のさらに他の実施例に係る熱電素子は、第１金属基板、前記第１金属基板上に配置された第１樹脂層、前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置された第２樹脂層、そして前記第２樹脂層上に配置された第２金属基板を含み、前記第１樹脂層はエポキシ樹脂および無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物を含み、前記無機充填材は酸化アルミニウムおよび窒化物のうち少なくとも一つを含み、前記無機充填材は前記エポキシ樹脂組成物の６８〜８８ｖｏｌ％で含まれる。
前記窒化物は前記無機充填材の５５〜９５ｗｔ％で含まれ得る。
前記窒化物は窒化ホウ素および窒化アルミニウムのうち少なくとも一つを含むことができる。
前記窒化ホウ素は板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体であり得る。
前記無機充填材は粒子の大きさＤ５０が１０〜３０μｍである酸化アルミニウムおよび粒子の大きさＤ５０が２５０〜３５０μｍである窒化ホウ素凝集体を含むことができる。
前記第１樹脂層は前記第１金属基板と直接接触するように形成され得る。
本発明の一実施例に係る熱電素子の製作方法は、樹脂層と金属層を接合する段階、前記金属層を食刻して複数の電極を形成する段階、第１領域および前記第１領域の内部に配置される第２領域を含む金属基板の一面のうち前記第２領域に表面粗さを形成する段階、前記金属基板の前記第２領域と前記樹脂層が接触するように配置する段階、前記金属基板と前記樹脂層を熱圧着する段階を含む。
前記金属基板の前記第２領域と前記樹脂層が接触するように配置する段階前に、前記金属基板と前記樹脂層間に未硬化状態の接着層を配置する段階をさらに含むことができる。
前記接着層を配置する段階は、離型フィルム上に未硬化状態の前記接着層を塗布する段階、前記接着層上に前記樹脂層を配置する段階、前記樹脂層と前記接着層を圧着する段階、前記離型フィルムを除去する段階、そして前記離型フィルムが除去された面を前記金属基板の第２領域上に配置する段階を含むことができる。
前記樹脂層はエポキシ樹脂組成物を含み、前記接着層は前記樹脂層に含まれるエポキシ樹脂組成物と同じエポキシ樹脂組成物を含むことができる。
本発明のさらに他の実施例に係る熱電素子は、第１樹脂層、前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、そして前記複数の第２電極上に配置される第２樹脂層を含み、前記複数の第１電極のうち少なくとも一つは前記第１樹脂層と向かい合う第１面、そして一対のＰ型熱電レッグおよびＮ型熱電レッグと向かい合う第２面を含み、前記第１面の幅長は前記第２面の幅長と異なる。
前記第２面の幅長は前記第１面の幅長の０．８〜０．９５倍であり得る。
前記第１面と前記第２面の間の側面は所定の曲率を有する曲面を含むことができる。
前記第１樹脂層が配置される第１金属基板、そして前記第２樹脂層上に配置される第２金属基板をさらに含み、前記第１樹脂層は前記第１金属基板と直接接触することができる。
本発明の実施例によると、熱伝導度が優秀であり、熱損失が低く、信頼性が高い熱電素子を得ることができる。特に、本発明の実施例に係る熱電素子は金属支持体との接合強度が高く、製作工程が簡単である。
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
第２、第１等のように序数を含む用語は多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないのに第２構成要素は第１構成要素と命名され得、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名され得る。および／またはという用語は、複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のうちいずれかの項目を含む。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または、接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されるべきである。
本出願で使った用語は単に特定の実施例を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。
特に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使われるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。
以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず同一または対応する構成要素は同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は省略する。
図１は本発明の一実施例に係る熱電素子の断面図であり、図２は本発明の一実施例に係る熱電素子に含まれる金属基板の上面図であり、図３は本発明の一実施例に係る熱電素子の金属基板側の断面図であり、図４は図３の一領域の拡大図であり、図５〜図６は図３の他の領域の拡大図である。
図１を参照すると、熱電素子１００は第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電レッグ１３０、複数のＮ型熱電レッグ１４０、複数の第２電極１５０および第２樹脂層１６０を含む。
複数の第１電極１２０は第１樹脂層１１０と複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０の下面の間に配置され、複数の第２電極１５０は第２樹脂層１６０と複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０の上面の間に配置される。これに伴い、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０は、複数の第１電極１２０および複数の第２電極１５０によって電気的に連結される。第１電極１２０と第２電極１５０の間に配置され、電気的に連結される一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は、単位セルを形成することができる。
各第１電極１２０上には一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０が配置され得、各第２電極１５０上には各第１電極１２０上に配置された一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０のうち一つが重なるように一対のＮ型熱電レッグ１４０およびＰ型熱電レッグ１３０が配置され得る。
ここで、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は、ビズマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）を主原料で含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。Ｐ型熱電レッグ１３０は全体重量１００ｗｔ％に対してアンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９〜９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１〜１ｗｔ％を含む熱電レッグであり得る。例えば、主原料物質がＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅであり、ＢｉまたはＴｅを全体重量の０．００１〜１ｗｔ％でさらに含むことができる。Ｎ型熱電レッグ１４０は全体重量１００ｗｔ％に対してセレニウム（Ｓｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９〜９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１〜１ｗｔ％を含む熱電レッグであり得る。例えば、主原料物質がＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅであり、ＢｉまたはＴｅを全体重量の０．００１〜１ｗｔ％でさらに含むことができる。
Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は、バルク型または積層型で形成され得る。一般的にバルク型Ｐ型熱電レッグ１３０またはバルク型Ｎ型熱電レッグ１４０は、熱電素材を熱処理してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造し、インゴットを粉砕し篩い分けして熱電レッグ用粉末を取得した後、これを焼結して、焼結体をカッティングする過程を通じて得ることができる。積層型Ｐ型熱電レッグ１３０または積層型Ｎ型熱電レッグ１４０は、シート状の基材上に熱電素材を含むペーストを塗布して単位部材を形成した後、単位部材を積層しカッティングする過程を通じて得ることができる。
この時、一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は同じ形状および体積を有するか、互いに異なる形状および体積を有し得る。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０とＮ型熱電レッグ１４０の電気伝導特性が異なるため、Ｎ型熱電レッグ１４０の高さまたは断面積をＰ型熱電レッグ１３０の高さまたは断面積と異なるように形成してもよい。
本発明の一実施例に係る熱電素子の性能はゼーベック指数で表すことができる。ゼーベック指数（ＺＴ）は数式１のように表すことができる。
ここで、αはゼーベック係数［Ｖ／Ｋ］であり、σは電気伝導度［Ｓ／ｍ］であり、α２σはパワー因子（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ、［Ｗ／ｍＫ２］）である。そして、Ｔは温度であり、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで表すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ２／Ｓ］であり、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ３］である。
熱電素子のゼーベック指数を得るために、Ｚメーターを利用してＺ値（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を利用してゼーベック指数（ＺＴ）を計算することができる。
ここで、第１樹脂層１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される複数の第１電極１２０、そして第２樹脂層１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される複数の第２電極１５０は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）およびニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
そして、第１樹脂層１１０と第２樹脂層１６０の大きさは異なって形成されてもよい。例えば、第１樹脂層１１０と第２樹脂層１６０のうち一つの体積、厚さまたは面積は他の一つの体積、厚さまたは面積より大きく形成され得る。これにより、熱電素子の吸熱性能または放熱性能を高めることができる。
この時、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は円筒状、多角柱状、楕円状などを有し得る。
または、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は積層型構造を有してもよい。例えば、Ｐ型熱電レッグまたはＮ型熱電レッグはシート状の基材に半導体物質が塗布された複数の構造物を積層した後、これを切断する方法で形成され得る。これにより、材料の損失を防いで電気伝導特性を向上させることができる。
または、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は、ゾーンメルト（ｚｏｎｅ ｍｅｌｔｉｎｇ）方式または粉末焼結方式により製作され得る。ゾーンメルト方式によると、熱電素材を利用してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造した後、インゴットにゆっくり熱を加えて単一の方向に粒子が再配列されるようにリファイニングし、ゆっくり冷却させる方法で熱電レッグを得る。粉末焼結方式によると、熱電素材を利用してインゴットを製造した後、インゴットを粉砕し篩い分けして熱電レッグ用粉末を取得し、これを焼結する過程を通じて熱電レッグを得る。
本発明の実施例によると、第１金属基板１７０上に第１樹脂層１１０が配置され、第２樹脂層１６０上に第２金属基板１８０が配置され得る。
第１金属基板１７０および第２金属基板１８０はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などからなり得る。第１金属基板１７０および第２金属基板１８０は第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０、複数の第２電極１５０、第２樹脂層１６０等を支持することができ、本発明の実施例に係る熱電素子１００が適用されるアプリケーションに直接付着される領域であり得る。これにより、第１金属基板１７０および第２金属基板１８０はそれぞれ第１金属支持体および第２金属支持体と混用され得る。
第１金属基板１７０の面積は第１樹脂層１１０の面積より大きくてもよく、第２金属基板１８０の面積は第２樹脂層１６０の面積より大きくてもよい。すなわち、第１樹脂層１１０は第１金属基板１７０の縁から所定距離だけ離隔した領域内に配置され得、第２樹脂層１６０は第２金属基板１８０の縁から所定距離だけ離隔した領域内に配置され得る。
この時、第１金属基板１７０の幅長は第２金属基板１８０の幅長より大きいか、第１金属基板１７０の厚さは第２金属基板１８０の厚さより大きくてもよい。第１金属基板１７０は熱を放出する放熱部であり、第２金属基板１８０は熱を吸収する吸熱部であり得る。
第１樹脂層１１０および第２樹脂層１６０はエポキシ樹脂および無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物からなり得る。ここで、無機充填材はエポキシ樹脂組成物の６８〜８８ｖｏｌ％で含まれ得る。無機充填材が６８ｖｏｌ％未満で含まれると熱伝導効果が低くなり得、無機充填材が８８ｖｏｌ％を超過して含まれると樹脂層と金属基板間の接着力が低くなり得、樹脂層が容易に壊れ得る。
第１樹脂層１１０および第２樹脂層１６０の厚さは０．０２〜０．６ｍｍ、好ましくは０．１〜０．６ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．６ｍｍであり得、熱伝導度は１Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上であり得る。第１樹脂層１１０と第２樹脂層１６０の厚さがこのような数値範囲を満足する場合、第１樹脂層１１０および第２樹脂層１６０が温度の変化により収縮および膨張を繰り返しても、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０間の接合および第２樹脂層１６０と第２金属基板１８０間の接合には影響を及ぼすことができない。
このために、エポキシ樹脂はエポキシ化合物および硬化剤を含むことができる。この時、エポキシ化合物１０体積比に対して硬化剤１〜１０体積比で含まれ得る。ここで、エポキシ化合物は結晶性エポキシ化合物、非結晶性エポキシ化合物およびシリコンエポキシ化合物のうち少なくとも一つを含むことができる。結晶性エポキシ化合物はメソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）構造を含むことができる。メソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）は液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）の基本単位であり、剛性（ｒｉｇｉｄ）構造を含む。そして、非結晶性エポキシ化合物は分子のうちエポキシ基を２個以上有する通常の非結晶性エポキシ化合物であり得、例えばビスフェノールＡまたはビスフェノールＦから誘導されるグリシジルエーテル化物であり得る。ここで、硬化剤はアミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、イソシアネート系硬化剤およびブロックイソシアネート系硬化剤のうち少なくとも一つを含むことができ、２種以上の硬化剤を混合して使用してもよい。
無機充填材は酸化アルミニウムおよび窒化物を含むことができ、窒化物は無機充填材の５５〜９５ｗｔ％で含まれ得、より好ましくは６０〜８０ｗｔ％であり得る。窒化物がこのような数値範囲で含まれる場合、熱伝導度および接合強度を高めることができる。ここで、窒化物は、窒化ホウ素および窒化アルミニウムのうち少なくとも一つを含むことができる。ここで、窒化ホウ素は板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体であり得、窒化ホウ素凝集体の表面は下記の単位体１を有する高分子でコーティングされるか、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部は下記の単位体１を有する高分子によって充填され得る。
単位体１は次の通りである。
［単位体１］
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうち一つはＨであり、残りはＣ１〜Ｃ３アルキル、Ｃ２〜Ｃ３アルケンおよびＣ２〜Ｃ３アルキンで構成されたグループから選択され、Ｒ５は線形、分枝状または環状の炭素数１〜１２である２価の有機リンカーであり得る。
一実施例で、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうちＨを除いた残りのうち一つはＣ２〜Ｃ３アルケンから選択され、残りのうち他の一つおよびさらに他の一つはＣ１〜Ｃ３アルキルから選択され得る。例えば、本発明の実施例に係る高分子は下記の単位体２を含むことができる。
［単位体２］
または前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうちＨを除いた残りはＣ１〜Ｃ３アルキル、Ｃ２〜Ｃ３アルケンおよびＣ２〜Ｃ３アルキンで構成されたグループから互いに異なるように選択されてもよい。
このように、単位体１または単位体２による高分子が板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体上にコーティングされ、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部を充填すると、窒化ホウ素凝集体内の空気層が最小化されて窒化ホウ素凝集体の熱伝導性能を高めることができ、板状の窒化ホウ素間の結合力を高めて窒化ホウ素凝集体が壊れることを防止することができる。そして、板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成すると、作用基の形成が容易となり、窒化ホウ素凝集体のコーティング層上に作用基が形成されると、樹脂との親和度が高くなり得る。
この時、窒化ホウ素凝集体の粒子の大きさＤ５０は２５０〜３５０μｍであり、酸化アルミニウムの粒子の大きさＤ５０は１０〜３０μｍであり得る。窒化ホウ素凝集体の粒子の大きさＤ５０と酸化アルミニウムの粒子の大きさＤ５０がこのような数値範囲を満足する場合、窒化ホウ素凝集体と酸化アルミニウムがエポキシ樹脂組成物内に均一に分散され得、これにより樹脂層が全体的に均一な熱伝導効果および接着性能を有することができる。
このように、第１金属基板１７０と複数の第１電極１２０の間に第１樹脂層１１０が配置されると、別途のセラミック基板がなくても第１金属基板１７０と複数の第１電極１２０の間の熱伝達が可能であり、第１樹脂層１１０自らの接着性能によって別途の接着剤または物理的な締結手段が不要である。これにより、熱電素子１００の全体的なサイズを減らすことができる。
ここで、第１金属基板１７０は第１樹脂層１１０と直接接触することができる。このために、第１金属基板１７０の両面のうち第１樹脂層１１０が配置される面、すなわち第１金属基板１７０の第１樹脂層１１０と向かい合う面には、表面粗さが形成され得る。これによると、第１金属基板１７０と第１樹脂層１１０間の熱圧着時に第１樹脂層１１０が浮く問題を防止することができる。本明細書で、表面粗さは凹凸を意味し、表面粗度と混用されてもよい。
図２〜図４を参照すると、第１金属基板１７０の両面のうち第１樹脂層１１０が配置される面、すなわち第１金属基板１７０の第１樹脂層１１０と向かい合う面は、第１領域１７２および第２領域１７４を含み、第２領域１７４は第１領域１７２の内部に配置され得る。すなわち、第１領域１７２は第１金属基板１７０の縁から中領域に向かって所定距離内に配置され得、第１領域１７２は第２領域１７４を囲むことができる。
この時、第２領域１７４の表面粗さは第１領域１７２の表面粗さより大きく、第１樹脂層１１０は第２領域１７４上に配置され得る。ここで、第１樹脂層１１０は第１領域１７２と第２領域１７４間の境界から所定距離だけ離隔するように配置され得る。すなわち、第１樹脂層１１０は第２領域１７４上に配置されるものの、第１樹脂層１１０の縁は第２領域１７４の内部に位置し得る。これにより、第２領域１７４の表面粗さによって形成された溝４００の少なくとも一部には第１樹脂層１１０の一部、すなわち第１樹脂層１１０に含まれるエポキシ樹脂６００および無機充填材の一部６０４が染み込まれ得、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０間の接着力が高くなり得る。
ただし、第２領域１７４の表面粗さは第１樹脂層１１０に含まれる無機充填材のうち一部の粒子の大きさＤ５０よりは大きく、他の一部の粒子の大きさＤ５０よりは小さく形成され得る。ここで、粒子の大きさＤ５０は粒度分布曲線で重量百分率の５０％に該当する粒径、すなわち通過質量百分率が５０％となる粒径を意味し、平均粒径と混用され得る。第１樹脂層１１０が無機充填材として酸化アルミニウムと窒化ホウ素を含む場合を例にすると、酸化アルミニウムは第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０間の接着性能に影響を及ぼさないが、窒化ホウ素は表面がなめらかであるため、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０間の接着性能に悪い影響を及ぼしかねない。したがって、第２領域１７４の表面粗さを第１樹脂層１１０に含まれる酸化アルミニウムの粒子の大きさＤ５０よりは大きいものの、窒化ホウ素の粒子の大きさＤ５０よりは小さく形成すると、第２領域１７４の表面粗さによって形成された溝内には酸化アルミニウムのみが配置され、窒化ホウ素は配置され得ないため、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０は高い接合強度を維持することができる。
これに伴い、第２領域１７４の表面粗さは第１樹脂層１１０内に含まれた無機充填材のうち大きさが相対的に小さい無機充填材６０４、例えば酸化アルミニウムの粒子の大きさＤ５０の１．０５〜１．５倍であり、第１樹脂層１１０内に含まれた無機充填材のうち大きさが相対的に大きい無機充填材６０２、例えば窒化ホウ素の粒子の大きさＤ５０の０．０４〜０．１５倍であり得る。
前述した通り、窒化ホウ素凝集体の粒子の大きさＤ５０が２５０〜３５０μｍであり、酸化アルミニウムの粒子の大きさＤ５０が１０〜３０μｍである場合、第２領域１７４の表面粗さは１〜５０μｍであり得る。これにより、第２領域１７４の表面粗さによって形成された溝内には酸化アルミニウムのみが配置され、窒化ホウ素凝集体は配置されないことができる。
これによると、第２領域１７４の表面粗さによって形成された溝内のエポキシ樹脂および無機充填材の含量は、第１金属基板１７０と複数の第１電極１２０間の中領域でエポキシ樹脂および無機充填材の含量と異なり得る。
このような表面粗さは表面粗さ測定機を利用して測定され得る。表面粗さ測定機は探針を利用して断面曲線を測定し、断面曲線の山頂線、谷底線、平均線および基準長さを利用して表面粗さを算出することができる。本明細書で、表面粗さは中心線平均算出法による算術平均粗さ（Ｒａ）を意味し得る。算術平均粗さ（Ｒａ）は下記の数式２を通じて得ることができる。
すなわち、表面粗さ測定機の探針を得た断面曲線を基準長さＬだけ抜き出して、平均線方向をｘ軸とし、高さ方向をｙ軸として関数（ｆ（ｘ））で表現した時、数学式２によって求められる値をμｍで表すことができる。
一方、図５〜図６を参照すると、複数の第１電極１２０のうち少なくとも一つは、第１樹脂層１１０に向かって配置された第１面１２１、すなわち第１樹脂層１１０と向かい合う第１面１２１および第１面１２１の反対面、すなわち一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０に向かって配置された第２面１２２、すなわち一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０と向かい合う第２面１２２を含み、第１面１２１の幅長（Ｗ１）と第２面１２２の幅長（Ｗ２）は異なり得る。例えば、第２面１２２の幅長（Ｗ２）は第１面１２１の幅長（Ｗ１）の０．８〜０．９５倍であり得る。このように、第１面１２１の幅長（Ｗ１）が第２面１２２の幅長（Ｗ２）より大きいと、第１樹脂層１１０との接触面積が広くなるため、第１樹脂層１１０と第１電極１２０間の接合強度が高くなり得る。
特に、図６を参照すると、第１面１２１と第２面１２２の間の側面１２３は所定の曲率を有する曲面を含むことができる。例えば、第２面１２２と側面１２３の間は所定の曲率を有するラウンド状でもよい。これによると、複数の第１電極１２０の間を絶縁性樹脂で満たし易く、これにより、複数の第１電極１２０は第１樹脂層１１０上で安定的に支持され得、複数の第１電極１２０が近い距離で配置されても隣り合う電極に電気的な影響を及ぼせないことができる。
この時、第１電極１２０はＣｕ層からなるか、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕが順次積層された構造を有するか、Ｃｕ、ＮｉおよびＳｎが順次積層された構造を有することができる。
図７は本発明の他の実施例に係る熱電素子に含まれる金属基板の上面図であり、図８は図７の金属基板を含む熱電素子の金属基板側の断面図である。図１〜図６で説明した内容と同じ内容は重複する説明を省略する。
図７〜図８を参照すると、第１金属基板１７０の両面のうち第１樹脂層１１０が配置される面、すなわち第１金属基板１７０の第１樹脂層１１０と向かい合う面は第１領域１７２および第１領域１７２によって囲まれ、第１領域１７２より表面粗さが大きく形成された第２領域１７４を含むものの、第３領域１７６をさらに含むことができる。
ここで、第３領域１７６は第２領域１７４の内部に配置され得る。すなわち、第３領域１７６は第２領域１７４によって囲まれるように配置され得る。そして、第２領域１７４の表面粗さは第３領域１７６の表面粗さより大きく形成され得る。
この時、第１樹脂層１１０は第１領域１７２と第２領域１７４間の境界から所定距離離隔するように配置されるものの、第１樹脂層１１０は第２領域１７４の一部および第３領域１７６をカバーするように配置され得る。
第１金属基板１７０と第１樹脂層１１０間の接合強度を高めるために、第１金属基板１７０と第１樹脂層１１０の間には接着層８００がさらに配置され得る。
接着層８００は第１樹脂層１１０をなすエポキシ樹脂組成物と同じエポキシ樹脂組成物であり得る。例えば、第１樹脂層１１０をなすエポキシ樹脂組成物と同じエポキシ樹脂組成物を未硬化状態で第１金属基板１７０と第１樹脂層１１０の間に塗布した後、硬化した状態の第１樹脂層１１０を積層し、高温で加圧する方式で第１金属基板１７０と第１樹脂層１１０を接合することができる。
この時、接着層８００の一部、例えば接着層８００をなすエポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂の一部および無機充填材の一部は第２領域１７４の表面粗さによる溝の少なくとも一部に配置され得る。
図９は本発明のさらに他の実施例に係る熱電素子の断面図であり、図１０は図９による熱電素子の斜視図であり、図１１は図９による熱電素子の分解斜視図である。図１〜図８で説明した内容と同じ内容は重複する説明を省略する。
図９〜図１１を参照すると、本発明の実施例に係る熱電素子１００はシーリング部１９０を含む。
シーリング部１９０は第１金属基板１７０上で第１樹脂層１１０の側面と第２樹脂層１６０の側面に配置され得る、すなわち、シーリング部１９０は第１金属基板１７０と第２金属基板１８０の間に配置され、複数の第１電極１２０の最外郭、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０の最外郭、複数の第２電極１５０の最外郭および第２樹脂層１６０の側面を囲むように配置され得る。これにより、第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電レッグ１３０、複数のＮ型熱電レッグ１４０、複数の第２電極１５０および第２樹脂層は外部の湿気、熱、汚染などからシーリングされ得る。
この時、シーリング部１９０は第１領域１７２上に配置され得る。このように、表面粗さが小さい第１領域１７２上にシーリング部１９０が配置されると、シーリング部１９０と第１金属基板１７０間のシーリング効果を高めることができる。
ここで、シーリング部１９０は第１樹脂層１１０の側面、複数の第１電極１２０の最外郭、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０の最外郭、複数の第２電極１５０の最外郭および第２樹脂層１６０の側面から所定距離離隔して配置されるシーリングケース１９２、シーリングケース１９２と第１金属基板１７０の第１領域１７２の間に配置されるシーリング材１９４、シーリングケース１９２と第２金属基板１８０の側面の間に配置されるシーリング材１９６を含むことができる。このように、シーリングケース１９２はシーリング材１９４、１９６を媒介として第１金属基板１７０および第２金属基板１８０と接触することができる。これにより、シーリングケース１９２が第１金属基板１７０および第２金属基板１８０と直接接触する場合、シーリングケース１９２を通じて熱伝導が行われるようになり、その結果、△Ｔが低くなる問題を防止することができる。特に、本発明の実施例によると、シーリングケース１９２の内壁の一部は傾斜するように形成され、シーリング材１９６は第２金属基板１８０の側面で第２金属基板１８０とシーリングケース１９２の間に配置される。これにより、第１金属基板１７０と第２金属基板１８０の間の体積が大きくなり、熱交換が活発となるため、より高い△Ｔを得ることができる。
ここで、シーリング材１９４、１９６はエポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つを含むか、エポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つが両面に塗布されたテープを含むことができる。シーリング材１９４、１９６はシーリングケース１９２と第１金属基板１７０の間およびシーリングケース１９２と第２金属基板１８０の間を気密する役割をし、第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電レッグ１３０、複数のＮ型熱電レッグ１４０、複数の第２電極１５０および第２樹脂層１６０のシーリング効果を高めることができ、壁材、仕上げ層、防水材、防水層などと混用され得る。
一方、シーリングケース１９２には電極に連結されたワイヤー２００、２０２を引き出すためのガイド溝（Ｇ）が形成され得る。このために、シーリングケース１９２はプラスチックなどからなる射出成形物であり得、シーリングカバーと混用され得る。
ここで、第１金属基板１７０は熱を放出する放熱部または発熱部であり、第２金属基板１８０は熱を吸収する吸熱部または冷却部であり得る。このために、第１金属基板１７０の幅長は第２金属基板１８０の幅長より大きいか、第１金属基板１７０の厚さは第２金属基板１８０の厚さより薄くてもよい。これにより、放熱部または発熱部である第１金属基板１７０は熱抵抗が小さいように具現され得、シーリング部１９０が安定的に配置され得る。特に、第１金属基板１７０はシーリング部１９０を安定的に配置するために、第１領域１７２に該当する面積だけ第２金属基板１８０より大きく形成され得る。吸熱部または冷却部である第２金属基板１８０は接触する対象物と最小限の面積で接触することができるため、熱損失を最小化することができる。本発明の実施例に係る熱電素子が冷却のためのアプリケーションに適用される場合、第２金属基板１８０の厚さは要求される冷却システムの熱容量により変わり得る。
図９〜図１１で説明した実施例は、第１金属基板１７０が第１領域１７２と第２領域１７４を含む図１〜図６の実施例だけでなく、第１金属基板１７０が第１領域１７２、第２領域１７４および第３領域１７６を含む図７〜図８の実施例にも適用され得る。
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る熱電素子の製作方法を説明する。
図１２〜図１３は本発明の一実施例に係る熱電素子の製作方法を示す。
図１２を参照すると、樹脂層上に金属層を接合し（Ｓ１２００）、金属層を食刻して複数の電極を形成する（Ｓ１２１０）。金属層を食刻するために、金属層上に複数の電極の形状のマスクを配置した後、エッチング液を噴射することができる。このように、金属層をエッチングする場合、設計変更の自由度を高めることができ、電極間の距離を狭く形成することもできる。ここで、電極はＣｕ、Ｎｉ、ＡｕおよびＳｎのうち少なくとも一つを含むことができる。例えば、電極はＣｕ層からなり得る。または電極はＣｕ、ＮｉおよびＡｕが順次積層されるか、Ｃｕ、ＮｉおよびＳｎが順次積層された構造を有することができる。このために、段階Ｓ１２００で樹脂層上に接合された金属層はＣｕ層上にメッキされたＮｉ層およびＡｕ層を含むか、Ｃｕ層上にメッキされたＮｉ層およびＳｎ層を含むことができる。または段階Ｓ１２００で樹脂層上に接合された金属層はＣｕ層であり、Ｃｕ層をエッチングして複数の電極を形成した後、複数の電極上にＮｉ層およびＡｕ層を順次メッキするか、Ｎｉ層およびＳｎ層を順次メッキすることができる。
一方、金属基板の両面のうち一面に表面粗さを形成する（Ｓ１２２０）。表面粗さはサンドブラスト、ソーイング（ｓａｗｉｎｇ）、キャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）、フォージング（ｆｏｒｇｉｎｇ）、旋削、ミーリング、ボーリング、ドリリング、放電加工などの多様な方法で遂行され得、これに制限されるものではない。前述した通り、表面粗さは金属基板の両面のうち一面内の一部領域にのみ遂行され得る。例えば、表面粗さは図１〜図６の実施例の通り、金属基板の縁を含む一部の領域、すなわち第１領域を除き、金属基板の中を含む残りの領域、すなわち第２領域に遂行され得る。または表面粗さは図７〜図８の実施例の通り、金属間の縁を含む一部の領域、すなわち第１領域および金属基板の中を含む一部の領域、すなわち第３領域を除き、残りの領域、すなわち第２領域に遂行されてもよい。
次いで、表面粗さが形成された金属基板と樹脂層を接合する（Ｓ１２３０）。このために、表面粗さが形成された金属基板の一面と樹脂層の両面のうち複数の電極が形成された面の反対面が接触するように配置した後、金属基板と樹脂層を熱圧着することができる。このために、金属基板の第２領域と樹脂層が接触するように配置する前に、金属基板と樹脂層間に未硬化状態の接着層を配置する段階をさらに含んでもよい。
さらに具体的には、図１３（ａ）、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）を参照すると、Ｃｕ層上に樹脂層を塗布し、離型フィルム上に接着層を塗布し、金属基板上に表面粗さを形成する工程をそれぞれ遂行する。ここで、樹脂層をなすエポキシ樹脂組成物と接着層をなすエポキシ樹脂組成物は同じエポキシ樹脂組成物であり得る。
図１３（ｄ）を参照すると、図１３（ａ）で塗布された樹脂層上に電極形成のためのＣｕ層をさらに配置した後、熱圧着すると、樹脂層が硬化して図１３（ｅ）のような構造が得られ得る。
次いで、図１３（ｆ）に図示された通り、Ｃｕ層をエッチングして複数の電極を形成した後、図１３（ｇ）に図示された通り、複数の電極上にメッキ層を形成することができる。
その後、図１３（ｂ）で離型フィルム上に塗布された接着層を樹脂層の両面のうち複数の電極が形成された面の反対面に配置して圧着した後、離型フィルムを除去することができる。この時、接着層は半硬化状態であり得る。
そして、離型フィルムが除去された面を表面粗さが形成された金属基板上に配置して圧着すると、金属基板と樹脂層が接合され得る。
これによると、半硬化状態の接着層の一部が金属基板上の表面粗さによる溝内に染み込むことができる。
以下では、図１４を参照して本発明の実施例に係る熱電素子が浄水器に適用された例を説明する。
図１４は、本発明の実施例に係る熱電素子が適用された浄水器のブロック図である。
本発明の実施例に係る熱電素子が適用された浄水器１は、原水供給管１２ａ、浄水タンク流入管１２ｂ、浄水タンク１２、フィルタアセンブリ１３、冷却ファン１４、蓄熱槽１５、冷水供給管１５ａ、および熱電装置１０００を含む。
原水供給管１２ａは水源から浄水対象である水をフィルタアセンブリ１３に流入させる供給管であり、浄水タンク流入管１２ｂはフィルタアセンブリ１３で浄水された水を浄水タンク１２に流入させる流入管であり、冷水供給管１５ａは浄水タンク１２で熱電装置１０００により所定の温度に冷却された冷水が最終的に使用者に供給される供給管である。
浄水タンク１２はフィルタアセンブリ１３を経由しながら浄水され、浄水タンク流入管１２ｂを通じて流入した水を貯蔵および外部に供給するように浄水された水をしばらく収容する。
フィルタアセンブリ１３は沈殿フィルタ１３ａと、プレカーボンフィルタ１３ｂと、メンブレンフィルタ１３ｃと、ポストカーボンフィルタ１３ｄで構成される。
すなわち、原水供給管１２ａに流入する水はフィルタアセンブリ１３を経由しながら浄水され得る。
蓄熱槽１５が浄水タンク１２と、熱電装置１０００の間に配置されて、熱電装置１０００で形成された冷気が貯蔵される。蓄熱槽１５に保存された冷気は浄水タンク１２に印加されて浄水タンク１２０に収容された水を冷却させる。
冷気の伝達が円滑に行われ得るように、蓄熱槽１５は浄水タンク１２と面接触され得る。
熱電装置１０００は前述した通り、吸熱面と発熱面を具備し、Ｐ型半導体およびＮ型半導体上の電子移動によって、一側は冷却され、他側は加熱される。
ここで、一側は浄水タンク１２側であり、他側は浄水タンク１２の反対側であり得る。
また、前述した通り、熱電装置１０００は防水および防塵性能が優秀であり、熱流動性能が改善して浄水器内で浄水タンク１２を効率的に冷却することができる。
以下では、図１５を参照して本発明の実施例に係る熱電素子が冷蔵庫に適用された例を説明する。
図１５は、本発明の実施例に係る熱電素子が適用された冷蔵庫のブロック図である。
冷蔵庫は深温蒸発室内に深温蒸発室カバー２３、蒸発室区画壁２４、メイン蒸発器２５、冷却ファン２６および熱電装置１０００を含む。
冷蔵庫内は深温蒸発室カバー２３によって深温貯蔵室と深温蒸発室に区画される。
詳細には、前記深温蒸発室カバー２３の前方に該当する内部空間が深温貯蔵室と定義され、深温蒸発室カバー２３の後方に該当する内部空間が深温蒸発室と定義され得る。
深温蒸発室カバー２３の前面には吐出グリル２３ａと吸入グリル２３ｂがそれぞれ形成され得る。
蒸発室区画壁２４はインナーキャビネットの後壁から前方に離隔する地点に設置されて、深温室貯蔵システムが置かれる空間とメイン蒸発器２５が置かれる空間を区画する。
メイン蒸発器２５によって冷却される冷気は冷凍室に供給された後、再びメイン蒸発器側に戻る。
熱電装置１０００は深温蒸発室に収容され、吸熱面が深温貯蔵室の引き出しアセンブリ側に向かい、発熱面が蒸発器側に向かう構造をなす。したがって、熱電装置１０００で発生する吸熱現象を利用して引き出しアセンブリに貯蔵された飲食物を摂氏零下５０度以下の超低温状態に迅速に冷却させるのに使われ得る。
また、前述した通り、熱電装置１０００は防水および防塵性能が優秀であり、熱流動性能が改善して、冷蔵庫内で引き出しアセンブリを効率的に冷却することができる。
本発明の実施例に係る熱電素子は、発電用装置、冷却用装置、温熱用装置などに作用され得る。具体的には、本発明の実施例に係る熱電素子は、主に光通信モジュール、センサ、医療機器、測定機器、航空宇宙産業、冷蔵庫、チラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）、自動車通気シート、カップホルダー、洗濯機、乾燥機、ワインセラー、浄水器、センサ用電源供給装置、サーモパイル（ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）等に適用され得る。
ここで、本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用される例として、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）機器がある。ＰＣＲ機器はＤＮＡを増幅してＤＮＡの塩基序列を決定するための装備であり、精密な温度制御が要求され、熱循環（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｅ）が必要な機器である。このために、ペルティエ基盤の熱電素子が適用され得る。
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用される他の例として、光検出器がある。ここで、光検出器は赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、Ｘ−ｒａｙ検出器、ＴＴＲＳ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｏｕｒｃｅ）等がある。光検出器の冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）のためにペルティエ基盤の熱電素子が適用され得る。これにより、光検出器の内部の温度上昇による波長の変化、出力の低下および解像力の低下などを防止することができる。
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用されるさらに他の例として、免疫分析（ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）分野、インビトロ診断（Ｉｎ ｖｉｔｒｏ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）分野、温度制御および冷却システム（ｇｅｎｅｒａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）、物理治療分野、液状チラーシステム、血液／プラズマ温度制御分野などがある。これにより、精密な温度制御が可能である。
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用されるさらに他の例として、人工心臓がある。これにより、人工心臓に電源を供給することができる。
本発明の実施例に係る熱電素子が航空宇宙産業に適用される例として、星追跡システム、熱イメージングカメラ、赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤセンサ、ハッブル宇宙望遠鏡、ＴＴＲＳなどがある。これにより、イメージセンサの温度を維持することができる。
本発明の実施例に係る熱電素子が航空宇宙産業に適用される他の例として、冷却装置、ヒーター、発電装置などがある。
この他にも本発明の実施例に係る熱電素子は、その他の産業分野に発電、冷却および温熱のために適用され得る。
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更できることが理解できるであろう。
Claims (10)
- 第１金属基板、
前記第１金属基板上に配置され、前記第１金属基板と直接接触する第１樹脂層、
前記第１樹脂層上に配置された複数の第１電極、
前記複数の第１電極上に配置された複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、
前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、
前記複数の第２電極上に配置される第２樹脂層、そして
前記第２樹脂層上に配置された第２金属基板を含み、
前記第１金属基板の前記第１樹脂層と向かい合う面は第１領域および前記第１領域の内部に配置される第２領域を含み、
前記第２領域の表面粗さは前記第１領域の表面粗さより大きく、
前記第１樹脂層は前記第２領域上に配置され、
前記第１金属基板の幅長は前記第２金属基板の幅長より大きい、熱電素子。 - 前記第１樹脂層は樹脂および無機充填材を含み、
前記無機充填材は第１無機充填材および第２無機充填材を含み、
前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０は前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０より大きい、請求項１に記載の熱電素子。 - 前記第２領域の表面粗さは前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０より大きく、前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０より小さい、請求項２に記載の熱電素子。
- 前記第２領域の表面粗さは前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０の１．０５〜１．５倍である、請求項３に記載の熱電素子。
- 前記第２領域の表面粗さは前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０の０．０４〜０．１５倍である、請求項３に記載の熱電素子。
- 前記第２領域の表面粗さは１０〜５０μｍであり、前記第１無機充填材の粒子の大きさＤ５０は１０〜３０μｍであり、前記第２無機充填材の粒子の大きさＤ５０は２５０〜３５０μｍである、請求項２に記載の熱電素子。
- 前記第１金属基板と前記第２金属基板間に配置されるシーリング部をさらに含み、
前記シーリング部は前記第１領域上に配置される、請求項１に記載の熱電素子。 - 前記第１樹脂層はエポキシ樹脂および無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物を含み、
前記無機充填材は酸化アルミニウムおよび窒化物のうち少なくとも一つを含み、
前記無機充填材は前記エポキシ樹脂組成物の６８〜８８ｖｏｌ％で含まれる、請求項１に記載の熱電素子。 - 前記無機充填材は粒子の大きさＤ５０が１０〜３０μｍである酸化アルミニウムおよび粒子の大きさＤ５０が２５０〜３５０μｍである窒化ホウ素凝集体を含む、請求項８に記載の熱電素子。
- 前記複数の第１電極のうち少なくとも一つは前記第１樹脂層と向かい合う第１面、そして一対のＰ型熱電レッグおよびＮ型熱電レッグと向かい合う第２面を含み、前記第１面の幅長は前記第２面の幅長と異なる、請求項１に記載の熱電素子。
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