JP2023545877A - 熱電素子 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例による熱電素子は、基板、前記基板上に配置された第１絶縁層、前記第１絶縁層上に配置され、前記第１絶縁層の面積より小さい面積を有する第２絶縁層、前記第２絶縁層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極それぞれの上に配置された複数の半導体構造物、及び前記複数の半導体構造物上に配置された複数の第２電極を含み、前記第２絶縁層は、前記複数の第１電極、前記複数の第２電極及び前記複数の半導体構造物が垂直に重畳される重畳領域及び前記重畳領域で前記基板の第１外側に向かって突出された突出パターンを含む。

Description

本発明は、熱電素子に関する。

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、熱電現象を用いる素子を総称し、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、電気抵抗の温度変化を用いる素子、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用いる素子、電流による吸熱又は発熱が発生する現象であるペルチェ効果を用いる素子などに区分され得る。

熱電素子は、家電製品、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。これによって、熱電素子の熱電性能に対する要求はさらに高くなっている。

熱電素子は、基板、電極及び熱電脚を含み、上部基板と下部基板の間に複数の熱電脚がアレイ形態に配置され、複数の熱電脚と上部基板の間に複数の上部電極が配置され、複数の熱電脚と下部基板の間に複数の下部電極が配置される。

熱電素子の製造工程上、基板、電極及び熱電脚の間の接合のために高温の環境で処理され得る。これによると、素材間の熱膨脹係数の差によって基板に反り現象が発生し得、これは、熱電素子の長期的な信頼性、耐久性及び発電性能を低下させ得る。

本発明が解決しようとする課題は、基板の反り現象が改善された熱電素子を提供することである。

本発明の一実施例による熱電素子は、基板、前記基板上に配置された第１絶縁層、前記第１絶縁層上に配置され、前記第１絶縁層の面積より小さい面積を有する第２絶縁層、前記第２絶縁層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極それぞれの上に配置された複数の半導体構造物及び前記複数の半導体構造物上に配置された複数の第２電極を含み、前記第２絶縁層は、前記複数の第１電極、前記複数の第２電極及び前記複数の半導体構造物が垂直に重畳される重畳領域及び前記重畳領域から前記基板の第１外側に向かって突出された突出パターンを含む。

前記突出パターンの幅は、前記重畳領域の幅より小さくてもよい。

前記突出パターンと前記基板の第１外側は、互いに離隔され得る。

前記突出パターンの突出長さは、前記突出パターンから前記第１外側までの長さより長くてもよい。

前記突出パターンは、互いに離隔するように配置された第１突出パターン及び第２突出パターンを含むことができる。

前記第１突出パターン及び前記第２突出パターン間の離隔距離は、前記基板で前記第１外側と垂直する第２外側及び前記第１突出パターン間の距離と、前記基板で前記第１外側と垂直して前記第２外側と対向する第３外側及び前記第２突出パターン間の距離それぞれの０．９～２倍であってもよい。

前記複数の第１電極から前記第１外側に向かって突出された第１ターミナル電極及び第２ターミナル電極をさらに含み、前記第１ターミナル電極及び前記第２ターミナル電極は、それぞれ前記第１突出パターン及び前記第２突出パターン上に配置され得る。

前記第１ターミナル電極及び前記第２ターミナル電極それぞれの面積は、前記複数の第１電極それぞれの面積より大きくてもよい。

前記第１外側で前記第１絶縁層と接触し、前記第１外側と対向する第４外側で前記第２絶縁層と接触するように配置されるシーリング部材をさらに含むことができる。

前記第２絶縁層は、第１凹部及び前記第１凹部の周囲に配置される第２凹部を含み、前記複数の第１電極は、それぞれ前記第１凹部上に配置され、前記第１凹部と前記基板間の第１垂直距離は、前記第２凹部と前記基板間の第２垂直距離より小さくてもよい。

前記第１絶縁層は、前記第１基板の縁の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。

前記第２絶縁層は、前記第２絶縁層の縁の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。

前記第１絶縁層の組成と前記第２絶縁層の組成は、互いに相異なっていてもよい。

前記複数の第２電極上に配置された上部基板をさらに含み、前記上部基板は、前記突出パターンと垂直に重畳されなくてもよい。

前記複数の第１電極は、互いに離隔するように配置された第１電極グループ及び第２電極グループを含み、前記複数の第２電極は、互いに離隔するように配置された第３電極グループ及び第４電極グループを含み、前記第１電極グループと前記第３電極グループは、前記基板に対して垂直する方向に互いに重畳され、前記第２電極グループと前記第４電極グループは、前記基板に対して垂直する方向に互いに重畳され得る。

前記上部基板は、前記第３電極グループ上に配置された第１上部基板、そして前記第１上部基板と離隔されて前記第４電極グループ上に配置された第２上部基板を含むことができる。

本発明の実施例によると、基板の反り現象を改善して長期的な信頼性、耐久性及び発電性能が高い熱電素子を得ることができる。

特に、本発明の実施例によると、基板と電極の間に配置される絶縁層及び基板の構造を用いて接合性能、熱伝導性能及び耐電圧性能を有するだけでなく、基板の反り現象が改善された熱電素子を得ることができる。

図１は、熱電素子の断面図である。

図２は、熱電素子の斜視図である。

図３は、シーリング部材を含む熱電素子の斜視図である。

図４は、シーリング部材を含む熱電素子の分解斜視図である。

図５は、本発明の一実施例による熱電素子の断面図である。

図６は、本発明の一実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図である。

図７の（ａ）は、本発明の一実施例による熱電素子の分解斜視図であり、図７の（ｂ）は、本発明の一実施例による熱電素子の斜視図である。

図８は、本発明の他の実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図である。

図９は、本発明の他の実施例による熱電素子の斜視図である。

図１０は、本発明のまた他の実施例による熱電素子の斜視図である。

図１１は、本発明のまた他の実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図である。

図１２は、本発明の一実施例による熱電モジュールでヒートシンクと第２基板間の接合構造を示す。

図１３は、熱電素子の上部基板が単一基板であるときのシミュレーション結果である。

図１４は、熱電素子の上部基板が分割基板であるときのシミュレーション結果である。

図１５は、第２絶縁層が全面塗布されたモデルによるシミュレーション結果である。

図１６は、第２絶縁層がパターン塗布されたモデルによるシミュレーション結果である。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。

ただし、本発明の技術思想は、説明される一部実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現され得、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施例の間のその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置換して用いることができる。

また、本発明の実施例で用いられる用語（技術及び科学的用語を含む）は、明白に特に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者により一般的に理解され得る意味で解釈され得、辞典に定義された用語のように一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができる。

また、本発明の実施例で用いられた用語は、実施例を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。

本明細書で、単数形は、文句で特に言及しない限り複数形も含むことができ、「Ａ及び（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（又は一つ以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせることができる全ての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。

また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を用いることができる。

このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質や順番又は手順などが限定されない。

また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されたと記載された場合、その構成要素は他の構成要素に直接的に連結、結合又は接続される場合だけではなく、その構成要素と他の構成要素の間にあるまた他の構成要素により「連結」、「結合」又は「接続」される場合も含むことができる。

また、各構成要素の「上又は下」に形成又は配置されるものと記載される場合、上又は下は、二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけではなく、一つ以上のまた他の構成要素が二つの構成要素の間に形成又は配置される場合も含む。また、「上又は下」で表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。

図１は、熱電素子の断面図であり、図２は、熱電素子の斜視図である。図３は、シーリング部材を含む熱電素子の斜視図であり、図４は、シーリング部材を含む熱電素子の分解斜視図である。

図１及び図２を参照すると、熱電素子１００は、下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０、上部電極１５０及び上部基板１６０を含む。

下部電極１２０は、下部基板１１０とＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０の下部底面の間に配置され、上部電極１５０は、上部基板１６０とＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０の上部底面の間に配置される。これによって、複数のＰ型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０は、下部電極１２０及び上部電極１５０により電気的に連結される。下部電極１２０と上部電極１５０の間に配置され、電気的に連結される一対のＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、単位セルを形成することができる。

例えば、リード線１８１、１８２を通じて下部電極１２０及び上部電極１５０に電圧を印加すると、ペルチェ効果によりＰ型熱電脚１３０からＮ型熱電脚１４０に電流が流れる基板は、熱を吸収して冷却部として作用し、Ｎ型熱電脚１４０からＰ型熱電脚１３０に電流が流れる基板は、加熱されて発熱部として作用することができる。又は、下部電極１２０及び上部電極１５０の間に温度差を加えると、ゼーベック効果によりＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０内の電荷が移動して電気が発生できる。

図１～図４で、リード線１８１、１８２が下部基板１１０に配置されるものとして図示しているが、これに制限されるものではなく、リード線１８１、１８２が上部基板１６０に配置されるか、リード線１８１、１８２のうち一つが下部基板１１０に配置され、残りの一つが上部基板１６０に配置されてもよい。

ここで、Ｐ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、ビスマス（Ｂｉ）及びテルル（Ｔｅ）を主原料で含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電脚であってもよい。Ｐ型熱電脚１３０は、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）、ビスマス（Ｂｉ）及びインジウム（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）系熱電脚であってもよい。例えば、Ｐ型熱電脚１３０は、全体重量１００ｗｔ％に対して、主原料物質であるＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、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）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。Ｎ型熱電脚１４０は、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）、ビスマス（Ｂｉ）及びインジウム（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）系熱電脚であってもよい。例えば、Ｎ型熱電脚１４０は、全体重量１００ｗｔ％に対して、主原料物質であるＢｉ－Ｓｅ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、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）及びインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。これによって、本明細書で熱電脚は、半導体構造物、半導体素子、半導体材料層、半導体物質層、半導体素材層、導電性半導体構造物、熱電構造物、熱電材料層、熱電物質層、熱電素材層などと指称されてもよい。

Ｐ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、バルク型又は積層型に形成され得る。一般的に、バルク型Ｐ型熱電脚１３０又はバルク型Ｎ型熱電脚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てスクリーニングして熱電脚用粉末を獲得した後、これを焼結し、焼結体をカッティングする過程を通じて得られる。このとき、Ｐ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、多結晶熱電脚であってもよい。このように、Ｐ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、多結晶熱電脚である場合、Ｐ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０の強度が高くなり得る。積層型Ｐ型熱電脚１３０又は積層型Ｎ型熱電脚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、単位部材を積層してカッティングする過程を通じて得られる。

このとき、一対のＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０は、同一の形状及び体積を有するか、互いに異なる形状及び体積を有することができる。例えば、Ｐ型熱電脚１３０とＮ型熱電脚１４０の電気伝導特性が相異なるので、Ｎ型熱電脚１４０の高さ又は断面積をＰ型熱電脚１３０の高さ又は断面積と異なるように形成してもよい。

このとき、Ｐ型熱電脚１３０又はＮ型熱電脚１４０は、円筒状、多角柱状、楕円形柱状などを有することができる。

または、Ｐ型熱電脚１３０又はＮ型熱電脚１４０は、積層型構造を有してもよい。例えば、Ｐ型熱電脚又はＮ型熱電脚は、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により形成され得る。これによって、材料の損失を阻んで電気伝導特性を向上させ得る。各構造物は、開口パターンを有する伝導性層をさらに含むことができ、これによって、構造物間の接着力を高め、熱伝導度を低め、電気伝導度を高めることができる。

または、Ｐ型熱電脚１３０又はＮ型熱電脚１４０は、一つの熱電脚内で断面積が相異なるように形成されてもよい。例えば、一つの熱電脚内で電極に向かって配置される両端部の断面積が両端部の間の断面積より大きく形成されてもよい。これによると、両端部間の温度差を大きく形成し得るので、熱電効率が高くなり得る。

本発明の一実施例による熱電素子の性能は、熱電性能指数（ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ、ＺＴ）で示すことができる。熱電性能指数（ＺＴ）は、数学式１のように示すことができる。

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、α^２σは、力率（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ、［Ｗ／ｍＫ^２］）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で示すことができ、ａは、熱拡散度「ｃｍ^２／Ｓ」であり、ｃｐは、比熱「Ｊ／ｇＫ」であり、ρは、密度［ｇ／ｃｍ^３］である。

熱電素子の熱電性能指数を得るために、Ｚメーターを用いてＺ値（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を用いて熱電性能指数（ＺＴ）を計算することができる。

ここで、下部基板１１０とＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０の間に配置される下部電極１２０、そして上部基板１６０とＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０の間に配置される上部電極１５０は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つを含み、０．０１ｍｍ～０．３ｍｍの厚さを有することができる。下部電極１２０又は上部電極１５０の厚さが０．０１ｍｍ未満である場合、電極としての機能が落ちて電気伝導性能が低くなることがあり、０．３ｍｍを超過する場合、抵抗の増加によって伝導効率が低くなることがある。

また、相互対向する下部基板１１０と上部基板１６０は、金属基板であってもよく、その厚さは、０．１ｍｍ～１．５ｍｍであっってもよい。金属基板の厚さが０．１ｍｍ未満であるか、１．５ｍｍを超過する場合、放熱特性又は熱伝導率が過度に高くなり得るので、熱電素子の信頼性が低下し得る。また、下部基板１１０と上部基板１６０が金属基板である場合、下部基板１１０と下部電極１２０の間及び上部基板１６０と上部電極１５０の間には、それぞれ絶縁層１７０がさらに形成され得る。絶縁層１７０は、１～２０Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有する素材を含むことができる。

このとき、下部基板１１０と上部基板１６０のサイズは、異なるように形成されてもよい。例えば、下部基板１１０と上部基板１６０のうち一つの体積、厚さ又は面積は、他の一つの体積、厚さ又は面積より大きく形成され得る。これによって、熱電素子の吸熱性能又は放熱性能を高めることができる。例えば、ゼーベック効果のために高温領域に配置されるか、ペルチェ効果のために発熱領域に適用されるか又は熱電モジュールの外部環境から保護のためのシーリング部材が配置される基板の体積、厚さ又は面積のうち少なくとも一つが他の基板の体積、厚さ又は面積のうち少なくとも一つより大きくてもよい。

また、下部基板１１０と上部基板１６０のうち少なくとも一つの表面には、放熱パターン、例えば、凹凸パターンが形成されてもよい。これによって、熱電素子の放熱性能を高めることができる。凹凸パターンがＰ型熱電脚１３０又はＮ型熱電脚１４０と接触する面に形成される場合、熱電脚と基板の間の接合特性も向上され得る。熱電素子１００は、下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０、上部電極１５０及び上部基板１６０を含む。

図３及び図４に示したように、下部基板１１０と上部基板１６０の間には、シーリング部材１９０がさらに配置されてもよい。シーリング部材１９０は、下部基板１１０と上部基板１６０の間で下部電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０及び上部電極１５０の側面に配置され得る。これによって、下部電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０及び上部電極１５０は、外部の湿気、熱、汚染などからシーリングされ得る。ここで、シーリング部材１９０は、複数の下部電極１２０の最外郭、複数のＰ型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０の最外郭及び複数の上部電極１５０の最外郭の側面から所定距離が離隔されて配置されるシーリングケース１９２、シーリングケース１９２と下部基板１１０の間に配置されるシーリング材１９４及びシーリングケース１９２と上部基板１６０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を媒介として下部基板１１０及び上部基板１６０と接触することができる。これによって、シーリングケース１９２が下部基板１１０及び上部基板１６０と直接接触する場合、シーリングケース１９２を通じて熱伝導が起きることになり、結果的に、下部基板１１０と上部基板１６０間の温度差が低くなる問題を防止することができる。ここで、シーリング材１９４、１９６は、エポキシ樹脂及びシリコン樹脂のうち少なくとも一つを含むか、エポキシ樹脂及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、１９４は、シーリングケース１９２と下部基板１１０の間及びシーリングケース１９２と上部基板１６０の間を気密する役目をし、下部電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０及び上部電極１５０のシーリング効果を高めることができ、仕上げ材、仕上げ層、防水材、防水層などと混用され得る。ここで、シーリングケース１９２と下部基板１１０の間をシーリングするシーリング材１９４は、下部基板１１０の上面に配置され、シーリングケース１９２と上部基板１６０の間をシーリングするシーリング材１９６は、上部基板１６０の側面に配置され得る。一方、シーリングケース１９２には、電極に連結されたリード線１８１、１８２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った射出成形物であってもよく、シーリングカバーと混用され得る。ただし、シーリング部材に関する以上の説明は、例示に過ぎず、シーリング部材は、多様な形態に変形され得る。図示されていないが、シーリング部材を取り囲むように断熱材がさらに含まれてもよい。又は、シーリング部材は、断熱成分を含んでもよい。

以上で、下部基板１１０、下部電極１２０、上部電極１５０及び上部基板１６０という用語を用いたが、これは理解の容易さ及び説明の便宜のために任意に上部及び下部と指称したものであって、下部基板１１０及び下部電極１２０が上部に配置され、上部電極１５０及び上部基板１６０が下部に配置されるように位置が逆転されてもよい。

一方、上述したように、熱電素子の熱伝導性能を向上させるために、金属基板を使おうとする試みが増えている。ただし、熱電素子が金属基板を含む場合、熱伝導の側面では、有利な効果を得ることができるが、耐電圧が低くなる問題がある。特に、熱電素子が高電圧環境下に適用される場合、２．５ｋＶ以上の耐電圧性能が要求されている。熱電素子の耐電圧性能を改善するために、金属基板と電極の間に組成が互いに異なる複数の絶縁層を配置することができる。

図５は、本発明の一実施例による熱電素子の断面図である。図１～図４で説明した内容と同一の内容に対しては重複する説明を省略する。

図５を参照すると、本発明の実施例による熱電素子３００は、第１基板３１０、第１基板３１０上に配置された第１絶縁層３２０、第１絶縁層３２０上に配置された第２絶縁層３２４、第２絶縁層３２４上に配置された複数の第１電極３３０、複数の第１電極３３０上に配置された複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０、複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０上に配置された複数の第２電極３６０、複数の第２電極３６０上に配置された第３絶縁層３７０及び第３絶縁層３７０上に配置された第２基板３８０を含む。第１基板３１０、第１電極３３０、Ｐ型熱電脚３４０、Ｎ型熱電脚３５０、第２電極３６０及び第２基板３８０それぞれに対して、図１～図４の 第１基板１１０、 第１電極１２０、Ｐ型熱電脚１３０、Ｎ型熱電脚１４０、 第２電極１５０及び 第２基板１６０に対する説明が同一に適用され得る。

図５に図示しなかったが、第１基板３１０又は第２基板３８０には、ヒートシンクがさらに配置されてもよく、第１基板３１０と第２基板３８０の間には、シーリング部材がさらに配置されてもよい。

本発明の実施例によると、第１基板３１０上に第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４が配置され、第２絶縁層３２４上に第１電極３３０が配置される。

このとき、第１絶縁層３２０は、例示的に樹脂物質を含むことができ、シリコンとアルミニウムを含む複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）及び無機充填材を含むことができる。ここで、複合体は、Ｓｉ元素とＡｌ元素を含む無機物とアルキル鎖で構成された有無機複合体であってもよく、シリコンとアルミニウムを含む酸化物、炭化物及び窒化物のうち少なくとも一つであってもよい。例えば、複合体は、Ａｌ－Ｓｉ結合、Ａｌ－Ｏ－Ｓｉ結合、Ｓｉ－Ｏ結合、Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ結合及びＡｌ－Ｏ結合のうち少なくとも一つを含むことができる。このように、Ａｌ－Ｓｉ結合、Ａｌ－Ｏ－Ｓｉ結合、Ｓｉ－Ｏ結合、Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ結合及びＡｌ－Ｏ結合のうち少なくとも一つを含む複合体は、絶縁性能に優れ、これによって、高い耐電圧性能を得ることができる。または、複合体は、シリコン及びアルミニウムと共にチタニウム、ジルコニウム、ホウ素、亜鉛などをさらに含む酸化物、炭化物、窒化物であってもよい。このために、複合体は、無機バインダ及び有無機混合バインダのうち少なくとも一つとアルミニウムを混合した後に熱処理する過程を通じて得られることができる。無機バインダは、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）、金属アルコキシド、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）及び酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）のうち少なくとも一つを含むことができる。無機バインダは、無機粒子であるが、水に触れると、ゾル又はゲル化されてバインディングとしての役目をすることができる。このとき、シリカ（ＳｉＯ_２）、金属アルコキシド及び酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）のうち少なくとも一つは、アルミニウム間の密着力又は第１基板３１０との密着力を高める役目をし、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）は、第１絶縁層３２０の強度を高め、熱伝導率を高める役目をすることができる。無機充填材は、複合体内に分散し得、酸化アルミニウム及び窒化物のうち少なくとも一つを含むことができる。ここで、窒化物は、窒化ホウ素及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。

一方、第２絶縁層３２４は、エポキシ樹脂及び無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物及びＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むシリコン樹脂組成物のうち少なくとも一つを含む樹脂層からなってもよい。これによって、第２絶縁層３２４は、第１絶縁層３２０と第１電極３３０間の絶縁層、接合力及び熱伝導性能を向上させ得る。

ここで、無機充填材は、樹脂層の６０～８０ｗｔ％で含まれ得る。無機充填材が６０ｗｔ％未満で含まれると、熱伝導効果が低くなり、無機充填材が８０ｗｔ％を超過して含まれると、無機充填材が樹脂内に均一に分散しにくく、樹脂層は、容易に割れる恐れがある。

また、エポキシ樹脂は、エポキシ化合物及び硬化剤を含むことができる。このとき、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及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。無機充填材は、酸化アルミニウム又は窒化物のうち少なくとも一つを含むことができる。ここで、窒化物は、窒化ホウ素及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。

一方、第２絶縁層３２４は、未硬化状態又は半硬化状態の樹脂組成物を第１絶縁層３２０上に塗布した後、予め整列された複数の第１電極３３０を配置して加圧した後に硬化工程を通じて構成することができる。これによって、複数の第１電極３３０の側面の一部は、第２絶縁層３２４内に埋められる。このとき、第２絶縁層３２４内に埋められた複数の第１電極３３０の側面の高さＨ１は、複数の第１電極３３０の厚さＨの０．１～１倍、好ましくは、０．２～０．９倍、より好ましくは、０．３～０．８倍であってもよい。このように、複数の第１電極３３０の側面の一部が第２絶縁層３２４内に埋められると、複数の第１電極３３０と第２絶縁層３２４の間の接触面積が広くなり、これによって、複数の第１電極３３０と第２絶縁層３２４の間の熱伝逹性能及び接合強度が一層高くなり得る。第２絶縁層３２４内に埋められた複数の第１電極３３０の側面の高さＨ１が複数の第１電極３３０の厚さＨの０．１倍未満である場合、複数の第１電極３３０と第２絶縁層３２４の間の熱伝逹性能及び接合強度を十分に得にくくなり、第２絶縁層３２４内に埋められた複数の第１電極３３０の側面の高さＨ１が複数の第１電極３３０の厚さＨの１倍を超過する場合、第２絶縁層３２４が複数の第１電極３３０上に上がることができ、これによって、電気的に短絡される可能性がある。

このように、第２絶縁層３２４は、第１凹部Ｒ１及び第１凹部Ｒ１の周囲に配置される第２凹部Ｒ２を含むことができる。複数の第１電極３３０は、それぞれ第１凹部Ｒ１上に配置され、第１凹部Ｒ１と第１基板３１０の間の第１垂直距離は、第２凹部Ｒ２と第１基板３１０の間の第２垂直距離より小さくてもよい。より詳しくは、複数の第１電極３３０の間で第２絶縁層３２４の厚さは、それぞれの電極の側面から中心領域に行くほど減少して、頂点が緩やかな「Ｖ」字状を有することができる。したがって、複数の第１電極３３０の間の絶縁層３２０、３２４は、厚さの偏差を有し、複数の第１電極３３０の側面と直接接触する領域での高さＴ２が最も高く、中心領域での高さＴ３は、複数の第１電極３３０の側面と直接接触する領域での高さＴ２より低い。すなわち、複数の第１電極３３０の間の絶縁層３２０、３２４の中心領域の高さＴ３は、複数の第１電極３３０の間の絶縁層３２０、３２４内で最も低い。また、複数の第１電極３３０下の絶縁層３２０、３２４の高さＴ１は、複数の第１電極３３０の間の絶縁層３２０、３２４の中心領域高さＴ３より低い。第２絶縁層３２４は、第２凹部Ｒ２を含むことによって、絶縁層に印加される応力を緩和し得るので、絶縁層のクラックや剥離などの問題を改善し得る。

一方、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４の組成は、互いに異なり、これによって、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４の硬度、弾性係数、引張強度、延伸率（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）及びヤング率（Ｙｏｕｎｇ'ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）のうち少なくとも一つが変わることができ、これによって、耐電圧性能、熱伝導性能、接合性能及び熱衝撃緩和性能などを制御することが可能である。例えば、第１絶縁層３２０の全体に対する複合体及び無機充填材の重量比は、第２絶縁層３２４の全体に対する無機充填材の重量比より高くてもよい。上述したように、複合体は、シリコンとアルミニウムを含む複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、より具体的には、シリコンとアルミニウムを含む酸化物、炭化物及び窒化物のうち少なくとも一つを含む複合体であってもよい。例えば、第１絶縁層３２０の全体に対するセラミックス、すなわち、複合体及び無機充填材の重量比は、８０ｗｔ％を超過し、第２絶縁層３２４の全体に対するセラミックス、すなわち、無機充填材の重量比は、６０～８０ｗｔ％であってもよい。このように、第１絶縁層３２０に含まれる複合体及び無機充填材の含量が第２絶縁層３２４に含まれる無機充填材の含量より高い場合、第１絶縁層３２０の硬度が第２絶縁層３２４の硬度より高い。これによって、第１絶縁層３２０は、高い耐電圧性能及び高い熱伝導性能を同時に有することができ、第２絶縁層３２４は、第１絶縁層３２０より高い弾性を有することができ、第２絶縁層３２４は、第１絶縁層３２０と第１電極３３０の間の接着性能を高めることができる。このとき、弾性は、引張強度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）で示すことができる。例えば、第２絶縁層３２４の引張強度は、２～５ＭＰａ、好ましくは、２．５～４．５ＭＰａ、より好ましくは、３～４ＭＰａであってもよく、第１絶縁層３２０の引張強度は、１０ＭＰａ～１００Ｍｐａ、好ましくは、１５ＭＰａ～９０ＭＰａ、より好ましくは、２０ＭＰａ～８０ＭＰａであってもよい。

このとき、第２絶縁層３２４の厚さは、第１絶縁層３２０の厚さの１倍超過３．５倍以下、好ましくは、１．０５倍以上２倍以下、より好ましくは、１．１倍以上～１．５倍以下であってもよい。例えば、第１絶縁層３２０の厚さは、３５μｍ以下であり、第２絶縁層３２４の厚さは、３５μｍ超過８０μｍ以下、好ましくは、３５μｍ超過７０μｍ以下、より好ましくは、３５μｍ超過５０μｍ以下であってもよい。

第１絶縁層３２０の厚さ及び第２絶縁層３２４の厚さがそれぞれこのような数値範囲を満足させる場合、耐電圧性能、熱伝導性能、接合性能及び熱衝撃緩和性能を同時に得ることが可能である。また、第２凹部Ｒ２の窪んだ上面は、電極３３０の底面と基板の上面の間の垂直方向の高さより大きく、電極３３０の上面と基板の上面の間の垂直方向の高さより小さく配置し得る。このような構造を通じて、電極３３０を安定的に埋めると共に絶縁層に印加される応力を効率的に緩和し得る。

また、第１凹部Ｒ１の幅は、第２凹部Ｒ２の幅より大きく配置され得る。したがって、電極を基板上に稠密に配置する構造が可能となるので、熱電素子の発電性能又は温度調節性能を改善し得る。

ただし、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４は、相異なる熱膨脹係数を有することができる。これによると、熱電素子３００が長期間高温に露出される場合、応力によって熱電素子３００が反る現象が発生することがあり、熱電素子の長期的な信頼性、耐久性が低下し、熱電素子が発電装置に適用される場合、発電装置の発電性能を減少させ得る。

本発明の実施例によると、第１絶縁層３２０に比べて相対的に熱膨脹係数が大きい第２絶縁層３２４の配置構造を用いて基板の反り現象を改善しようとする。

図６は、本発明の一実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図であり、図７の（ａ）は、本発明の一実施例による熱電素子の分解斜視図であり、図７の（ｂ）は、本発明の一実施例による熱電素子の斜視図である。

図６及び図７を参照すると、本発明の実施例による熱電素子３００は、第１基板３１０、第１基板３１０上に配置された第１絶縁層３２０、第１絶縁層３２０上に配置された第２絶縁層３２４、第２絶縁層３２４上に配置された複数の第１電極３３０、複数の第１電極３３０上に配置された複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０、複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０上に配置された複数の第２電極３６０、複数の第２電極３６０上に配置された第３絶縁層３７０及び第３絶縁層３７０上に配置された第２基板３８０を含む。第２基板３８０上には、ヒートシンク３９０がさらに配置され得る。

図１～図５を参照して説明した内容と同一の内容に対しては重複する説明を省略する。

熱電素子３００に電圧を印加すると、第１基板３１０は、ペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によって熱を吸収して低温部として作用し、第２基板３８０は、熱を放出して高温部として作用し得る。又は、第１基板３１０及び第２基板３８０に互いに異なる温度を加えると、温度差により高温領域の電子が低温領域に移動しながら熱起電力が発生する。これをゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ ｅｆｆｅｃｔ）と言い、これによる熱起電力により熱電素子の回路内に電気が発生し得る。

第１基板３１０には、複数の第１貫通ホール３１１が形成され得る。それと同様に、第２基板３８０には、複数の第２貫通ホール（図示せず）が形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は、複数の第２貫通ホールに対応する位置に配置され得る。これによって、複数の結合部材（図示せず）は、複数の第１貫通ホール３１１と複数の第２貫通ホールを通過し得、複数の結合部材（図示せず）により第１基板３１０と第２基板３８０が固定され得る。

一般的に、銅基板の熱膨脹係数（ＣＴＥ）は、約１８＊１０^－６／ｍＫであり、熱電脚の熱膨脹係数（ＣＴＥ）は、約１７．５＊１０^－６／ｍＫであり、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４の熱膨脹係数は、銅基板及び熱電脚の熱膨脹係数より大きく、第２絶縁層３２４の熱膨脹係数は、第１絶縁層３２０の熱膨脹係数より大きくてもよい。例えば、第２絶縁層３２４の接合性能及び第１絶縁層３２０の耐電圧性能を全て満足させるために、第２絶縁層３２４の熱膨脹係数は、第１絶縁層３２０の熱膨脹係数の２倍以上となってもよい。

本発明の実施例によると、第２絶縁層３２４を第１絶縁層３２０の一部上にのみ配置して基板の反り現象を最小化しようとする。

図６に示したように、第２絶縁層３２４の面積は、第１絶縁層３２０の面積より小さくてもよい。すなわち、第２絶縁層３２４は、第１絶縁層３２０の全面ではない一部上に配置され得る。これによると、第１絶縁層３２０と第２絶縁層３２４の間の熱膨脹係数差による第１基板３１０の反り現象を改善し、熱応力を緩和することができる。これによって、第１電極３３０又は熱電脚３４０、３５０が短絡するか、電気的に開放される問題を防止することができ、熱伝逹効果を改善し得、最終的には、熱電素子の発電量又は冷却特性を改善し得る。

より具体的に、図６及び図７を参照すると、第２絶縁層３２４は、複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１を含むことができる。以下、本明細書で「垂直方向」は、第１基板３１０から第２基板３８０に向いた方向（Ｚ方向）を意味することができる。

そして、第２絶縁層３２４は、複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１で第１基板３１０の第１外側Ｓ１に向って突出された突出パターンＰ２、Ｐ３をさらに含むことができる。ここで、第１外側Ｓ１は、第１基板３１０の縁を成す第１～第４外側Ｓ１～Ｓ４のうち一つであり、複数の第１電極３３０から複数のターミナル電極Ｔ１、Ｔ２が突出される方向に配置され得る。これによると、第１絶縁層３２４の重畳領域Ｐ１と第１基板３１０の第１外側Ｓ１の間の距離は、第１絶縁層３２４の重畳領域Ｐ１と第１基板３１０の残りの外側（例えば、Ｓ２～Ｓ４）の間の距離より大きい。本明細書で、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２は、電線を連結するための電極であって、第２絶縁層３２４上で複数の第１電極３３０と同一平面上に配置され得る。ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２それぞれの面積は、複数の第１電極３３０それぞれの面積より大きくてもよく、これによって、各ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２上には、電線連結のためのコネクターＣ１、Ｃ２が配置され得る。ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２が複数の第１電極３３０から第１外側Ｓ１に向かって突出される場合、第１基板３１０の第１外側Ｓ１から第４外側Ｓ４に向かう距離、すなわち、Ｙ方向の距離は、第１基板３１０の第２外側Ｓ２から第３外側Ｓ３に向かう距離、すなわち、Ｘ方向の距離より大きくてもよい。

このとき、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２のうちコネクターＣ１、Ｃ２が配置される領域は、複数の半導体構造物３４０、３５０、複数の第２電極３６０、第３絶縁層３７０、第２基板３８０及びヒートシンク３９０と垂直方向（例えば、図７のＺ方向）に重畳されなくてもよい。これによると、コネクターＣ１、Ｃ２にリード線を連結することが容易である。

このように、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２のうちコネクターＣ１、Ｃ２が配置される領域が第２基板３８０及びヒートシンク３９０と垂直方向に重畳されない場合、第１外側Ｓ１も第２基板３８０及びヒートシンク３９０と垂直方向に重畳されなくてもよい。すなわち、図６及び図７に示したように、第１外側Ｓ１に垂直する第２外側Ｓ２の少なくとも一部及び第３外側Ｓ３の少なくとも一部は、第２基板３８０及びヒートシンク３９０と垂直方向に重畳されるが、第１外側Ｓ１の全部は、第２基板３８０及びヒートシンク３９０と垂直方向に重畳されなくてもよい。

本発明の実施例によると、突出パターンＰ２、Ｐ３は、互いに離隔するように配置された第１突出パターンＰ２及び第２突出パターンＰ３を含み、第１突出パターンＰ２上に第１ターミナル電極Ｔ１が配置され、第２突出パターンＰ３上に第２ターミナル電極Ｔ２が配置され得る。これによると、第１基板３１０の一部には、第２絶縁層３２４を配置しなくてもよいので、熱膨脹係数が大きい第２絶縁層３２４により第１基板３１０が反る問題を最小化することができる。

より具体的に、本発明の実施例によると、突出パターンＰ２、Ｐ３の幅（Ｗ１＋Ｗ２)は、複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１の幅Ｗより小さくてもよく、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１は、互いに離隔され得る。本明細書で、幅は、Ｘ方向の距離と定義され、長さは、Ｙ方向の距離と定義され得る。これによると、複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１と第１基板３１０の第１外側Ｓ１の間の一部に第２絶縁層３２４が配置されないので、第１基板３１０のＹ方向への反りを減らすことができる。

このとき、第１突出パターンＰ２及び第２突出パターンＰ３間の離隔距離ｄ１は、第１基板３１０の第２外側Ｓ２と第１突出パターンＰ２間の距離ｄ２及び第１基板３１０の第３外側Ｓ３と第２突出パターンＰ３間の距離ｄ３それぞれの０．９～２倍、好ましくは、０．９５～１．５倍、より好ましくは、０．９７～１．２倍であってもよい。これによると、第１基板３１０の第２外側Ｓ２及び第３外側Ｓ３の間で第２絶縁層３２４が配置されない領域及び第１突出パターンＰ２と第２突出パターンＰ３の間で第２絶縁層３２４が配置されない領域が第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３の熱膨脹に対する緩衝作用をするので、第１基板３１０のＸ方向に対する反りを減らすことができ、第１基板３１０のＸ方向に対する反りは、第１基板３１０のＸ方向の中心に対して対称であってもよい。

一方、上述したように、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１は、互いに離隔され得る。これによると、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１の間で第２絶縁層３２４が配置されない領域は、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３の熱膨脹に対する緩衝作用をするので、第１基板３１０のＹ軸方向に対する反りを減らすことができる。

このとき、シーリング部材（図示せず）は、第１外側Ｓ１で第１絶縁層３２０と接触するように配置され、第４外側Ｓ４で第２絶縁層３２４と接触するように配置され得る。すなわち、第２絶縁層３２４は、第１基板３１０の第１外側Ｓ１に配置されないので、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２により第１基板３１０のＹ軸方向の長さが長くなっても第１基板３１０のＹ軸方向の反りを減らすことができる。このとき、突出パターンＰ２、Ｐ３の突出長さＤ１は、突出パターンＰ２、Ｐ３から第１基板３１０の第１外側Ｓ１までの長さＤ２より大きくてもよい。これによると、第１基板３１０のＹ方向長さが必要以上に長くないので、第１基板３１０のＹ方向に対する反りを減らすことができる。

一方、本発明の実施例によると、第１絶縁層３２０は、第１基板３１０の縁、すなわち、第１基板３１０の第１～第４外側Ｓ１～Ｓ４の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。第１絶縁層３２０が第１基板３１０の縁の少なくとも一部から離隔するように配置される場合、第１基板３１０の縁は、第１絶縁層３２０の熱膨脹による緩衝の役目を行うことができるので、第１基板３１０の反りを減らすことができる。また、例示的に、第１絶縁層３２０の熱膨脹係数は、第１基板３１０の熱膨脹係数とは異なっていてもよく、第１基板３１０の熱膨脹係数より大きくてもよい。

これと同様に、第２絶縁層３２４は、第１絶縁層３２０の縁の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。第２絶縁層３２４が第１絶縁層３２０の縁の少なくとも一部から離隔するように配置される場合、第１絶縁層３２０の縁は、第２絶縁層３２４の熱膨脹による緩衝役目を行うことができるので、第１基板３１０の反りを減らすことができる。また、例示的に、第２絶縁層３２４の熱膨脹係数は、第１絶縁層３２０の熱膨脹係数より大きくてもよい。

一方、図７を参照すると、第２基板３８０は、複数の第２電極３６０上に配置され、このとき、第２基板３８０は、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３と垂直に重畳されなくてもよい。第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３上には、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２が配置され、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２上には、電線連結のためのコネクターＣ１、Ｃ２が配置されるので、第２基板３８０は、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３と垂直に重畳されない場合、コネクターを通じた電線連結が容易である。

図６を参照すると、第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２は、第１電極３３０の周辺に配置され得る。第１電極３３０は、Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さが互いに異なる形状を有することができる。したがって、第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２もＸ軸方向の長さが互いに異なるか、Ｙ軸方向の長さが互いに異なる複数の形状を有することができる。複数の第１電極３３０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域内で、第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２が電極と電極の間に位置する構造を有することができ、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３には、凹部ではない平坦部が位置することができる。したがって、第１基板３１０から第２絶縁層３２４に印加される応力をＸ軸方向及びＹ軸方向に緩和して基板の反り現象を防止することができ、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４のクラックや剥離現象を防止することができる。ただし、これに限定されず、ターミナル電極Ｔ１と電極３３０の間の距離が複数の第１電極３３０それぞれの間の距離に比べて大きいため、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ２では、第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２が平坦部として現われてもよく、複数の第１電極３３０の間に配置された第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２よりＸ軸方向の幅及びＹ軸方向の長さが大きい凹部が配置されてもよい。第２絶縁層３２４の第２凹部Ｒ２が複数の第１電極３３０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１で互いに異なる幅を有し、突出パターンＰ２、Ｐ３で有する幅も互いに異なる構造を有することができるので、基板の反りを抑制する効果を有することができ、第２絶縁層３２４のクラックや剥離を防止するのに効果的である。

上述した実施例では、第１絶縁層３２０と第２絶縁層３２４を別に配置した構成に対して開示したが、これに限定せず、第１絶縁層３２０と第２絶縁層３２４は、単一層として配置され得る。単一層として配置される場合にも上述した熱伝導特性と耐電圧特性を確保するために無機物充電材を含む樹脂物質が適用され得るが、これに限定しない。また、単一層として配置される場合にも第２絶縁層３２４のパターンは同じ形態を取ることができる。

一方、本発明の実施例によると、基板の反りを減らすために、第１基板３１０及び第２基板３８０うち少なくとも一つを分割された複数の基板で構成してもよい。

図８は、本発明の他の実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図であり、図９は、本発明の他の実施例による熱電素子の斜視図であり、図１０は、本発明のまた他の実施例による熱電素子の斜視図であり、図１１は、本発明のまた他の実施例による熱電素子に含まれる基板、絶縁層及び電極の上面図である。

図８～図１１を参照すると、本発明の実施例による熱電素子３００は、第１基板３１０、第１基板３１０上に配置された第１絶縁層３２０、第１絶縁層３２０上に配置された第２絶縁層３２４、第２絶縁層３２４上に配置された複数の第１電極３３０、複数の第１電極３３０上に配置された複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０、複数のＰ型熱電脚３４０及び複数のＮ型熱電脚３５０上に配置された複数の第２電極３６０、複数の第２電極３６０上に配置された第３絶縁層３７０及び第３絶縁層３７０上に配置された第２基板３８０を含む。第２基板３８０上には、ヒートシンク３９０がさらに配置され得る。

図１～図７を参照して説明した内容と同一の内容に対しては重複する説明を省略する。

本発明の実施例によると、第２基板３８０は、互いに離隔するように配置された複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４を含むことができ、第１基板３１０及び第２基板３８０に含まれる各第２基板３８１、３８２、３８３、３８４には、結合部材（図示せず）が通過するための貫通ホールが形成され得る。

第１基板３１０には、複数の第１貫通ホール３１１が形成され得る。そして、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４それぞれには、第２貫通ホールが形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は、第２貫通ホールに対応する位置に配置され得る。これによって、複数の結合部材（図示せず）は、複数の第１貫通ホール３１１と第２貫通ホールを通過することができ、複数の結合部材（図示せず）により第１基板３１０と複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４が固定され得る。

一方、各第２基板３８１、３８２、３８３、３８４上に各ヒートシンク３９１、３９２、３９３、３９４が配置される場合、各ヒートシンク３９１、３９２、３９３、３９４には、第３貫通ホールが形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は、第２貫通ホール及び第３貫通ホールに対応する位置に配置され得る。これによって、複数の結合部材（図示せず）は、複数の第１貫通ホール３１１、第２貫通ホール及び第３貫通ホールを通過することができ、複数の結合部材により第１基板３１０、第２基板３８０及びヒートシンク３９０が固定され得る。

一方、図８～図１０に示したように、第２基板３８０が複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４に分割された場合、第２基板３８０が高温に頻繁に露出されても第２基板３８０が熱膨脹により熱変形される問題を防止することができ、大面積アプリケーションに適用することが容易である。

本発明の実施例によると、図１０に示したように、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の間の離隔領域に絶縁体１０００がさらに配置されてもよい。これによると、絶縁体１０００は、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の間を接合することができ、これによって、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の間の離隔領域は、シーリングされ得る。

一方、第２基板３８０が互いに離隔するように配置された複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４を含む場合、第１基板３１０上に配置される複数の第１電極３３０は、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４に対して対応するように配置され得る。

すなわち、図８に示したように、複数の第１電極３３０は、互いに離隔するように配置された複数の電極グループを含み、第２電極３６０は、互いに離隔するように配置された複数の電極グループを含み、第１電極３３０の各電極グループは、第２電極３６０の各電極グループと第１基板３１０から第２基板３８０に向かう方向に互いに重畳され得る。

より具体的に、図８を参照すると、第１電極３３０は、互いに離隔するように配置された複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４を含むことができ、各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４は、互いに離隔するように配置された複数の電極３３０Ｅを含むことができる。図８に図示しなかったが、第２電極３６０は、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４とそれぞれ第１基板３１０に対して垂直する方向に重畳される複数の電極グループを含むことができる。

第１ターミナル電極Ｔ１及び第２ターミナル電極Ｔ２が複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４のうち一つから突出され得る。第１ターミナル電極Ｔ１及び第２ターミナル電極Ｔ２のそれぞれには、コネクター（図示せず）が配置され得、これを通じて、外部電源と連結され得る。一方、第１電極３３０は、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４のうち少なくとも一部を連結する連結電極部３３０Ｃをさらに含むことができる。連結電極部３３０Ｃは、例えば、第１－１電極グループ３３１及び第２－１電極グループ３３２の間に配置された第１連結電極３３０Ｃ１、第１－１電極グループ３３１及び第１－２電極グループ３３３の間に配置された第２連結電極３３０Ｃ２、第１－２電極グループ３３３及び第２－２電極グループ３３４の間に配置された第３連結電極３３０Ｃ３及び第２－１電極グループ３３２及び第２－２電極グループ３３４を連結する第４連結電極のうち少なくとも一つを含むことができる。複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４は、連結電極部３３０Ｃを通じて直接又は間接的に他の電極グループと連結され得、第１ターミナル電極Ｔ１及び第２ターミナル電極Ｔ２を通じて電気的経路を形成し得る。

各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４は、ホール配置領域３１０Ｈを空けておいて配置され得る。図示しなかったが、第２電極３６０もホール配置領域３１０Ｈに対応するホール配置領域を空けておいて配置され得る。ここで、ホール配置領域３１０Ｈは、ホール３１１に最も隣接するように配置された電極３３０Ｅのホール３１１に最も隣接するように配置された縁を連結した仮想の線からなった領域を意味することができる。ホール配置領域の面積は、電極３３０Ｅの面積の４倍以上、好ましくは、６倍以上、より好ましくは、８倍以上であってもよい。これによると、ホール３１１と第１電極３３０の間の所定の離隔距離を維持することができるので、ホール３１１を通過する締結部材（図示せず）と第１電極３３０の間の所定の離隔距離を維持することができ、これによって、熱電素子３００の耐電圧性能がＡＣ １ｋＶ以上に維持され得る。

このとき、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４の間の離隔領域は、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の間の離隔領域に対応することができ、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４の間の離隔距離は、各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４内の複数の電極３３０Ｅの間の離隔距離より大きくてもよい。

例えば、第１電極３３０は、第１－１電極グループ３３１、第１－１電極グループ３３１から第１方向に離隔するように配置された第２－１電極グループ３３２、第１－１電極グループ３３１から第１方向に垂直する第２方向に離隔するように配置された第１－２電極グループ３３３及び第１－２電極グループ３３３から第１方向に離隔され、第２－１電極グループ３３２から第２方向に離隔するように配置された第２－２電極グループ３３４を含む場合、第１－１電極グループ３３１及び第１－２電極グループ３３３は、第２－１電極グループ３３２及び第２－２電極グループ３３４と第１方向に離隔され、第１－１電極グループ３３１及び第２－１電極グループ３３２は、第１－２電極グループ３３３及び第２－２電極グループ３３４と第２方向に離隔され得る。

一方、図１１を参照すると、ダミー部９００が複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４の間の離隔領域の少なくとも一部で複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４の側面に配置され得る。このように、ダミー部９００が配置されると、第１基板３１０の全体に対して均一に応力が加えられるので、Ｗ字の反り現象を減らすことができる。

例えば、第１ダミー部９１０は、第１－１電極グループ３３１及び第２－１電極グループ３３２の間に配置され得る。そして、第２ダミー部９２０は、第１－２電極グループ３３３及び第２－２電極グループ３３４の間に配置され得る。そして、第３ダミー部９３０は、第１－１電極グループ３３１及び第２－１電極グループ３３２と第１－２電極グループ３３３及び第２－２電極グループ３３４の間に配置され得る。このとき、第１ダミー部９１０及び第２ダミー部９２０は、第３ダミー部９３０により互いに離隔され得る。または、第１ダミー部９１０と第３ダミー部９３０の間には、第１電極グループ３３１と第２電極グループ３３２の間に配置された第１連結電極３３０Ｃ１が配置され、第２ダミー部９２０と第３ダミー部９３０の間には、第１－２電極グループ３３３と第２－２電極グループ３３４の間に配置された第３連結電極３３０Ｃ３が配置され得る。

これによると、第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０に全体的に均一に応力が加えられるので、第１基板３１０のＷ字の反り現象を最小化することができる。

このとき、第１ダミー部９１０、第２ダミー部９２０及び第３ダミー部９３０のうち少なくとも一つは、各電極グループに含まれた各電極３３０Ｅと同一な形状及びサイズを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含むことができる。

これによると、第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０に全体的に均一に応力が加えられるので、第１基板３１０のＷ字の反り現象を最小化することができ、製造工程上ダミー部９００の設計及び配置が容易である。

このとき、各ダミー構造物は、金属層であってもよい。例えば、金属層は、電極３３０Ｅと同一な材料、形状及びサイズを有するが、金属層上に熱電脚が配置されず、金属層が他の電極３３０Ｅと電気的に連結されなくてもよい。これによると、製造工程上ダミー部９００の設計及び配置が容易である。

または、各ダミー構造物は、樹脂層であってもよい。例えば、樹脂層は、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂のうち少なくとも一つを含むことができる。このような樹脂層は、耐熱性能を有するので、各電極グループ間の熱伝導を防止することができ、各電極グループ内の電極と第１基板間の熱伝導効率を高めることができる。また、このような樹脂層は、絶縁性能を有するので、第１基板３１０側の耐電圧性能を高めることができる。

ここで、第２絶縁層３２４の面積は、第１絶縁層３２０の面積より小さくてもよい。すなわち、第２絶縁層３２４は、複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０及び複数の第２電極３６０が垂直に重畳される領域Ｐ１及びそれから第１基板３１０の第１外側Ｓ１に向かって突出された突出パターンＰ２、Ｐ３を含むことができる。突出パターンＰ２、Ｐ３上には、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２が配置され得、突出パターンＰ２、Ｐ２は、第２基板３８１、３８２、３８３、３８４と垂直に重畳しないように配置され得る。

これ以外に、第１基板３１０、第１絶縁層３２０及び第２絶縁層３２４と関連された詳細的な内容は、図５～図７で説明した内容と同一なので、説明の便宜のために重複する説明を省略する。

これによると、第１基板３１０側だけでなく、第２基板３８０側でも基板の反りを防止し得るので、熱電素子３００全体の反りを最小化することができる。

図１２は、本発明の一実施例による熱電素子でヒートシンクと第２基板の間の接合構造を示す。

図１２を参照すると、熱電素子３００は、複数の結合部材４００により締結され得る。例えば、第２基板３８０にヒートシンク３９０が配置された場合、複数の結合部材４００は、ヒートシンク３９０と第２基板３８０を締結するか、ヒートシンク３９０、第２基板３８０と第１基板（図示せず）を締結するか、ヒートシンク３９０、第２基板３８０、第１基板（図示せず）と冷却部（図示せず）を締結するか、第２基板３８０、第１基板（図示せず）と冷却部（図示せず）を締結するか、第２基板３８０と第１基板（図示せず）を締結することができる。または、第１基板（図示せず）と冷却部（図示せず）は、第１基板（図示せず）上の有効領域の外側で他の締結部材を通じて連結されてもよい。

このために、ヒートシンク３９０、第２基板３８０、第１基板（図示せず）、冷却部（図示せず）には、結合部材４００が貫通する貫通ホールＳが形成され得る。ここで、貫通ホールＳと結合部材４００の間には、別途の絶縁挿入部材４１０がさらに配置され得る。別途の絶縁挿入部材４１０は、結合部材４００の外周面を取り囲む絶縁挿入部材又は貫通ホールＳの壁面を取り囲む絶縁挿入部材であってもよい。これによると、熱電素子の絶縁距離を広げることが可能である。

一方、絶縁挿入部材４１０の形状は、図１２の（ａ）及び図１２の（ｂ）に示した通りである。

図１２の（ａ）を参照すると、第２基板２８０の第２電極と接する第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１基板の第１電極と接する第１面の貫通ホールの直径と同一であってもよい。このとき、絶縁挿入部材４１０の形状によって、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と相異していてもよい。図示しなかったが、貫通ホールＳ領域に段差を形成せず第２基板３８０の上面の一部にのみ絶縁挿入部材４１０が配置されるか、第２基板３８０の上面から貫通ホールＳの壁面の一部又は全部まで絶縁挿入部材４１０が延長されるように配置される場合、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と同一であってもよい。

図１２（ｂ）を参照すると、絶縁挿入部材４１０の形状によって、第２基板３８０の第２電極と接する第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１基板の第１電極と接する第１面の貫通ホールの直径より大きくてもよい。このとき、第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１基板の第１面の貫通ホールの直径の１．１～２．０倍であってもよい。第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’が第１基板の第１面の貫通ホールの直径の１．１倍未満であると、絶縁挿入部材４１０の絶縁効果が些細で熱電素子の絶縁破壊が引き起こされ、第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’が第１基板の第１面の貫通ホールの直径の２．０倍を超過すると、貫通ホールＳが占める領域のサイズが相対的に増加することになって第２基板３８０の有効面積が減ることになり、熱電素子の効率が低下され得る。

そして、絶縁挿入部材４１０の形状によって、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と相異なってもよい。上述したように、第２基板３８０の貫通ホールＳ領域に段差が形成されない場合、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は、第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と同一であってもよい。

以下、本発明の実施例による熱電素子の反り改善効果をシミュレーションした結果を説明する。

図１３は、熱電素子の上部基板が単一基板であるときのシミュレーション結果であり、図１４は、熱電素子の上部基板が分割基板であるときのシミュレーション結果である。シミュレーションにおいて、基板の熱膨脹係数は、１８＊１０^－６／ｍＫであり、熱電脚の熱膨脹係数は、１７．５＊１０^－６／ｍＫであり、第１絶縁層の熱膨脹係数は、３０＊１０^－６／ｍＫ以下であり、第２絶縁層の熱膨脹係数は、９２＊１０^－６／ｍＫであると設定し、図１３の（ａ）のモデルによる上部基板は、図７に示したような単一基板であり、図１４の（ａ）のモデルによる上部基板は、図９に示したような分割基板で構成した。下部基板側の温度を３５℃に固定し、上部基板側の温度を２００℃から５０℃まで下げた後、再び２００℃に上げる過程を１ｃｙｃｌｅとして、総合３０ｃｙｃｌｅ後の基板の反りを測定した。図１３の（ｂ）及び図１４の（ｂ）は、それぞれ３０ｃｙｃｌｅ後の図１３の（ａ）及び図１４の（ａ）のターミナル電極の突出方向に垂直する方向（以下、短軸方向）の断面であり、図１３の（ｃ）及び図１４の（ｃ）は、それぞれｃｙｃｌｅ数による図１３の（ｂ）及び図１４の（ｂ）の１番地点及び２番地点の間の変形程度（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を示すグラフである。図１３の（ｃ）及び図１４の（ｃ）は、同一なスケール（ｓｃａｌｅ）を有するグラフである。

図１３の（ａ）～図１３の（ｃ）と、図１４の（ａ）～図１４の（ｃ）を参照すると、上部基板を分割基板で構成する場合、基板の短軸方向による反りを顕著に減らし得ることが分かる。すなわち、上部基板が単一基板である場合、１番地点と２番地点間のギャップ（図１３の（ａ））に対して上部基板が分割基板である場合、１番地点と２番地点間のギャップ（図１４の（ａ））の比は、約５４％に減ることが分かる。

図１５は、第２絶縁層が全面塗布されたモデルによるシミュレーション結果であり、図１６は、第２絶縁がパターン塗布されたモデルによるシミュレーション結果である。シミュレーションにおいて、基板の熱膨脹係数は、１８＊１０^－６／ｍＫであり、熱電脚の熱膨脹係数は、１７．５＊１０^－６／ｍＫであり、第１絶縁層の熱膨脹係数は、３０＊１０^－６／ｍＫ以下であり、第２絶縁層の熱膨脹係数は、９２＊１０^－６／ｍＫであると設定し、上部基板は、図９に示したような分割基板で構成した。図１５のモデルでは、第２絶縁層を第１絶縁層の全面上に塗布し、図１６のモデルでは、図６及び図８などに示したように、第２絶縁層が突出パターンを有するように第１絶縁層の一部上に塗布した。

下部基板側の温度を３５℃に固定し、上部基板側の温度を２００℃から５０℃まで下げた後、再び２００℃に上げる過程を１ ｃｙｃｌｅとして、総合３０ ｃｙｃｌｅ後の基板の反りを測定した。図１５の（ｂ）及び図１６の（ｂ）は、それぞれ３０ ｃｙｃｌｅ後の図１５の（ａ）及び図１５（ａ）のターミナル電極の突出方向（以下、長軸方向）で１番地点及び２番地点間の変形程度（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を示すグラフである。図１５の（ｂ）及び図１６の（ｂ）は、同一なスケールを有するグラフである。

図１５及び図１６を参照すると、図１５のモデルに比べて図１６のモデルで１番地点と２番地点の間のギャップ（ｇａｐ）、すなわち、長軸方向の反りが顕著に低く現われることが分かる。すなわち、第２絶縁層が全面塗布されたモデルで１番地点と２番地点の間のギャップ（図１５の（ｂ））に対して第２絶縁層がパターン塗布されたモデルで１番地点と２番地点の間のギャップ（図１６の（ｂ））の比は、約５３％に減ることができる。

このように、本発明の実施例のように、第２絶縁層をパターン化すると、基板の反り現象を改善し得ることが分かる。また、第１基板及び第２基板のうち一つを分割基板で構成すると、基板の反り現象を改善し得ることが分かる。基板の反り形象及び反り幅が改善される場合、熱電素子内の電極と熱電脚間の接合面から発生する反力が減り、熱電素子と冷却部間の接合力が高くなり得、これによって、長期的な信頼性、耐久性及び発電性能に優れた熱電素子を得ることができる。

図示しなかったが、本発明の実施例による熱電素子がゼーベック効果を用いる発電装置に適用される場合、熱電素子は、第１流体流動部及び第２流体流動部と結合することができる。第１流体流動部は、熱電素子の第１基板及び第２基板のうち一つに配置され、第２流体流動部は、熱電素子の第１基板及び第２基板のうち他の一つに配置され得る。第１流体流動部及び第２流体流動部のうち少なくとも一つには、第１流体及び第２流体のうち少なくとも一つが流動するように流路が形成され得、場合によって、第１流体流動部及び第２流体流動部のうち少なくとも一つが省略され、第１流体及び第２流体のうち少なくとも一つが熱電素子の基板に直接的に流動してもよい。例えば、第１基板及び第２基板のうち一つと隣接して第１流体が流動し、他の一つと隣接して第２流体が流動することができる。このとき、第２流体の温度は、第１流体の温度より高くてもよい。これによって、第１流体流動部は、冷却部であると指称され得る。他の実施例として、第１流体の温度は、第２流体の温度より高くてもよい。これによって、第２流体流動部は、冷却部であると指称され得る。ヒートシンク３９０は、第１流体流動部及び第２流体流動部のうちより高い温度の流体が流れる側の基板に連結され得る。第１流体と第２流体の間の温度差の絶対値は、４０℃以上、好ましくは、７０℃以上、より好ましくは、９５℃～１８５℃であってもよい。

本発明の実施例による熱電素子又は熱電モジュールが船舶、自動車などの運送器具に用いられる場合、エンジンの排気側から排出される廃熱を用いて発電することができ、発電されたエネルギーは、運送器具のバッテリーなどに蓄電されて運送器具内の各種装置、例えば、照明、気体循環装置などに供給され得る。本発明の実施例による熱電素子がエンジンの吸気側に配置される場合、本発明の実施例による熱電素子は、発電装置だけでなく、温度調節装置として用いられてもよい。本発明の実施例による熱電素子が温度調節装置で用いられる場合、エンジンに注入される気体の温度を下げることでエンジンに注入される気体の量を増加させることによって、エンジンの燃料効率を改善することができる。これによって、運送器具内のエンジンと本発明の実施例による熱電素子は、互いに影響を及ぼし、機能的一体性又は技術的連動性を有することができる。また、本発明の実施例による熱電素子が適用された運送器具を用いた海運業、運送業では、本発明の実施例による熱電素子により運送費節減と環境にやさしい産業環境が形成され得、本発明の実施例による熱電素子と機能的一体性又は技術的連動性を成すことができる。

本発明の実施例による熱電素子が発電所に用いられる場合、発電所で発生する熱を用いて生産エネルギー対比使用燃料の効率を調節することができ、これによって、エネルギー生産費用と環境にやさしい産業環境を調整することによって、本発明の実施例による熱電素子と発電所は、機能的一体性又は技術的連動性を成すことができる。

本発明の実施例による熱電素子が製鉄所などのプラントに用いられる場合、プラントで発生する廃熱を用いた発電を通じてエネルギーを生産することによって、プラントで用いるエネルギー消費を節減することができ、温度調節装置で用いられる場合、製品の製造コスト又はプラント内の温度調節をすることによって、プラントの他の構成に影響を及ぼすので、本発明の実施例による熱電素子とプラントの他の構成は、機能的一体性又は技術的連動性を成すことができる。

本発明の実施例による熱電素子は、無線ネットワークの温度センサーやセンサーにエネルギーを供給するための消費電力供給装置で用いられ得る。すなわち、センサーなどに永久的なエネルギー供給が可能なので、地下に設置される温度センサーや温度センサーの電力供給装置で用いられる場合、無線ネットワークシステムと機能的一体性又は技術的連動性を成すことができる。

本発明の実施例による熱電素子は、温度調節装置で用いられ得、電気車、バッテリー充電装置などに用いられる場合、電気車やバッテリー充電装置の温度を調節することによって、電気車やバッテリー充電装置の安定性を高めるなどの機能を通じて機能的一体性又は技術的連動性を成すことができる。

上記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有した者は、下記の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることは理解すべきである。

Claims (10)

1. 基板、
   前記基板上に配置された第１絶縁層、
   前記第１絶縁層上に配置され、前記第１絶縁層の面積より小さい面積を有する第２絶縁層、
   前記第２絶縁層上に配置された複数の第１電極、
   前記複数の第１電極それぞれの上に配置された複数の半導体構造物、及び
   前記複数の半導体構造物上に配置された複数の第２電極を含み、
   前記第２絶縁層は、前記複数の第１電極、前記複数の第２電極及び前記複数の半導体構造物が垂直に重畳される重畳領域及び前記重畳領域から前記基板の縁を成す複数の外側のうち一つである第１外側に向かって突出された突出パターンを含むことを特徴とする、熱電素子。
2. 前記突出パターンの幅は、前記重畳領域の幅より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
3. 前記突出パターンと前記基板の第１外側は、互いに離隔されたことを特徴とする、請求項２に記載の熱電素子。
4. 前記突出パターンの突出長さは、前記突出パターンから前記第１外側までの長さより大きいことを特徴とする、請求項３に記載の熱電素子。
5. 前記突出パターンは、互いに離隔するように配置された第１突出パターン及び第２突出パターンを含み、
   前記第１突出パターン及び前記第２突出パターンの間の離隔距離は、前記基板で前記第１外側と垂直する第２外側及び前記第１突出パターン間の距離と、前記基板で前記第１外側と垂直して前記第２外側と対向する第３外側及び前記第２突出パターン間の距離それぞれの０．９～２倍であることを特徴とする、請求項２に記載の熱電素子。
6. 前記複数の第１電極から前記第１外側に向かって突出された第１ターミナル電極及び第２ターミナル電極をさらに含み、
   前記第１ターミナル電極及び前記第２ターミナル電極は、それぞれ前記第１突出パターン及び前記第２突出パターン上に配置されたことを特徴とする、請求項５に記載の熱電素子。
7. 前記第１外側で前記第１絶縁層と接触し、前記第１外側と対向する第４外側で前記第２絶縁層と接触するように配置されるシーリング部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
8. 前記第２絶縁層は、第１凹部及び前記第１凹部の周囲に配置される第２凹部を含み、
   前記複数の第１電極は、それぞれ前記第１凹部上に配置され、前記第１凹部と前記基板の間の第１垂直距離は、前記第２凹部と前記基板の間の第２垂直距離より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
9. 前記第１絶縁層は、前記第１基板の縁の少なくとも一部から離隔するように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
10. 前記複数の第２電極上に配置された上部基板をさらに含み、
    前記上部基板は、前記突出パターンと垂直に重畳されないことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。

Images