JP7442456B2 - 熱電素子 - Google Patents

Description

本発明は、熱電素子に関し、より詳しくは、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。

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及び下部基板がセラミックス基板である場合、セラミックス基板と金属支持体の界面での熱抵抗により熱損失が発生する。

本発明が解決しようとする課題は、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よる熱電素子は、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熱電脚、前記複数の熱電脚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、及び前記第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、高分子樹脂及び無機充填剤を含み、前記複数の第１電極の側面の少なくとも一部は、前記第１樹脂層内に埋め立てられる。

前記第１樹脂層内に埋め立てられた前記側面の高さは、前記複数の第１電極の各々の厚さの０．１～１倍であってもよい。

隣接する二つの第１電極の間の前記第１樹脂層の厚さは、各第１電極の側面から前記隣接する二つの第１電極の間の中心領域に行くほど減少できる。

前記複数の第１電極下の前記第１樹脂層の厚さは、前記隣接する二つの第１電極の間の中心領域での前記第１樹脂層の厚さより小さくてもよい。

前記複数の第１電極下の前記第１樹脂層内の前記無機充填剤の分布は、前記隣接する二つの第１電極の間の前記第１樹脂層内の前記無機充填剤の分布と相異なっていてもよい。

前記複数の第１電極下の前記第１樹脂層内の前記無機充填剤の粒子サイズＤ５０は、前記隣接する二つの第１電極の間の前記第１樹脂層内の前記無機充填剤の粒子サイズＤ５０より小さくてもよい。

前記第１金属基板の前記第１樹脂層と対向する面は、第１領域及び前記第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領域上に配置され得る。

前記第１金属基板と前記第２金属基板の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領域上に配置され得る。

前記シーリング部は、前記第１樹脂層の側面及び前記第２樹脂層の側面から所定距離離隔されて配置されるシーリングケース、及び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樹脂層は、前記高分子樹脂２０～４０ｗｔ％及び前記無機充填剤６０～８０ｗｔ％を含むことができる。

前記高分子樹脂は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ－Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）系樹脂、ポリエステル系樹脂及びＰＶＣ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）系樹脂のうち少なくとも一つを含み、前記無機充填剤は、酸化アルミニウム、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。

前記第２樹脂層は、前記第１樹脂層と同一の物質を含むことができる。

本発明の実施例によると、熱伝導度に優れ、熱損失が低く、且つ信頼性が高い熱電素子を得ることができる。特に、本発明の実施例による熱電素子は、金属支持体との接合強度が高く、製作工程が簡単である。

本発明の一実施例による熱電素子の断面図である。

本発明の一実施例による熱電素子に含まれる金属基板の上面図である。

本発明の一実施例による熱電素子の金属基板側の断面図である。

図３の一領域の拡大図である。

本発明の他の実施例による熱電素子に含まれる金属基板の上面図である。

図５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。

本発明のまた他の実施例による熱電素子の断面図である。

図７による熱電素子の斜視図である。

図７による熱電素子の分解斜視図である。

本発明の一実施例による熱電素子の製作方法を示す。

本発明の実施例による熱電素子が適用された浄水器のブロック図である。

本発明の実施例による熱電素子が適用された冷蔵庫のブロック図である。

本発明は、多様に変更可能であり、さまざまな実施例を有することができる。以下、特定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限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解すべきである。

第２、第１などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではない。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ための目的のみで用いられる。例えば、本発明の権利範囲を脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素と命名されることができ、類似に第１構成要素も第２構成要素と命名されることができる。「及び／又は」という用語は、複数の関連された記載項目の組合せ又は複数の関連された記載項目のうちいずれか項目を含む。

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」と言及された場合には、その他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解すべきである。一方、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」と言及された場合には、中間に他の構成要素が存在しないことと理解すべきである。

本出願で使用した用語は、ただし、特定の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。単数の表現は、文脈上明白に異に意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はそれらを組み合わせたものが存在することを指定するためのものであって、一つ又はその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はそれらを組み合わせたものなどの存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないことと理解すべきである。

異に定義しない限り、技術的や科学的な用語を含めてここで使用する全ての用語は、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ることと同一の意味を有している。一般的に用いられる辞典に定義されている用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有することと解釈すべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味に解釈されない。

以下、添付図面を参照して実施例を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一であるか対応する構成要素には同一の参照番号を付与し、これに対する重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例による熱電素子の断面図であり、図２は、本発明の一実施例によ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よ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は、本発明の他の実施例による熱電素子に含まれる金属基板の上面図であり、図６は、図５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型熱電脚１３０、複数のＮ型熱電脚１４０、複数の第２電極１５０及び第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型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０の下面との間に配置され、複数の第２電極１５０は、第２樹脂層１６０と複数のＰ型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０の上面との間に配置される。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、複数の第１電極１２０及び複数の第２電極１５０により電気的に連結される。第１電極１２０と第２電極１５０の間に配置されて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。

各第１電極１２０には、一対のＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０が配置され得、各第２電極１５０上には、各第１電極１２０に配置された一対のＰ型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０のうち一つが重なるように一対のＮ型熱電脚１４０及びＰ型熱電脚１３０が配置され得る。

ここで、第１電極１２０及び第２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、第１電極１２０及び第２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。

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、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）系主原料物質９９～９９．９９９ｗｔ％とＢｉ又はＴｅを含む混合物０．００１～１ｗｔ％を含む熱電脚であってもよい。例えば、主原料物質がＢｉ－Ｓｅ－Ｔｅであり、Ｂｉ又はＴｅを全体重量の０．００１～１ｗｔ％でさらに含むことができる。Ｎ型熱電脚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）系主原料物質９９～９９．９９９ｗｔ％とＢｉ又はＴｅを含む混合物０．００１～１ｗｔ％を含む熱電脚であってもよい。例えば、主原料物質がＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅであり、Ｂｉ又は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。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に形成してもよい。

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・ｃ_ｐ・ρで示すことができ、ａは、熱拡散度「ｃｍ^２／Ｓ」であり、ｃ_ｐ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型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０と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型熱電脚１３０及びＮ型熱電脚１４０との間に配置される複数の第２電極１５０は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）及びニッケル（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のサイズは異に形成されてもよい。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。

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。

または、Ｐ型熱電脚１３０又はＮ型熱電脚１４０は、ゾーンメルティング（ｚｏｎｅｍｅｌｔｉｎｇ）方式又は粉末焼結方式によって製作され得る。ゾーンメルティング方式によると、熱電素材を用いてインゴット（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、ゆっくり冷凍させる方法で熱電脚を得る。粉末焼結方式によると、熱電素材を用いてインゴットを製造した後、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、これを焼結する過程を通じて熱電脚を得る。

本発明の実施例によると、第１金属基板１７０に第１金属基板１７０と直接接触するように第１樹脂層１１０が配置され、第２金属基板１８０に第２金属基板１８０と直接接触するように第２樹脂層１６０が配置され得る。

第１金属基板１７０及び第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、アルミニウム－銅合金などからなってもよい。第１金属基板１７０及び第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型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０、複数の第２電極１５０、第２樹脂層１６０などを支持することができ、第１金属基板１７０及び第２金属基板１８０のうち少なくとも一つは、本発明の実施例による熱電素子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ってもよい。これによって、第１金属基板１７０及び第２金属基板１８０は、それぞれ第１金属支持体及び第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の縁から所定距離離隔された領域内に配置され得、第２樹脂層１６０は、第２金属基板１８０の縁から所定距離離隔された領域内に配置され得る。

このとき、第１金属基板１７０の幅は、第２金属基板１８０の幅より大きいか、第２金属基板１８０の厚さは、第１金属基板１７０の厚さより大きくてもよい。または、第１金属基板１７０の総面積は、第２金属基板１８０の総面積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ってもよい。これのために、第１金属基板１７０の両面のうち第１樹脂層１１０が配置される面の反対面及び第２金属基板１８０の両面のうち第２樹脂層１６０が配置される面の反対面のうち少なくとも一面には、複数の突出パターンが配置され得る。このような突出パターンは、ヒートシンクであってもよい。

第１樹脂層１１０及び第２樹脂層１６０は、高分子樹脂及び無機充填剤を含む樹脂組成物からなってもよい。ここで、高分子樹脂は、絶縁、接着又は放熱の機能が付与された高分子物質を含む場合、全ての物質が可能である。例えば、高分子樹脂は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ－Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）系樹脂、ポリエステル系樹脂及びＰＶＣ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）系樹脂のうち選択されたいずれか一つであってもよい。好ましくは、高分子樹脂は、エポキシ樹脂であってもよい。ここで、エポキシ樹脂は、２０～４０ｗｔ％で含まれ、無機充填剤は、６０～８０ｗｔ％で含まれ得る。無機充填剤が６０ｗｔ％未満で含まれると、熱伝導効果が低くなり、無機充填剤が８０ｗｔ％を超過して含まれると、樹脂層と金属基板の間の接着力が弱くなり、樹脂層が容易に割れる恐れがある。

第１樹脂層１１０及び第２樹脂層１６０は、同一の物質を含むことができ、第１樹脂層１１０及び第２樹脂層１６０の厚さは、２０～２００μｍであってもよく、熱伝導度は、１Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは、１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは、２０Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。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及び第２樹脂層１６０が温度変化によって収縮及び膨脹を繰り返しても第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０との間の接合及び第２樹脂層１６０と第２金属基板１８０との間の接合には影響を及ぼさない。

それのために、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。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、分子中にエポキシ基を２個以上有する通常の非結晶性エポキシ化合物であってもよく、例えば、ビスフェノールＡ又はビスフェノールＦから誘導されるグリシジルエーテル化物であってもよい。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及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種類以上の硬化剤を混合して用いてもよい。

無機充填剤は、酸化アルミニウム又は窒化物を含むことができ、窒化物は、無機充填剤の５５～９５ｗｔ％で含まれ得、より好ましくは、６０～８０ｗｔ％であってもよい。窒化物がこのような数値範囲で含まれる場合、熱伝導度及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。ここで、窒化ホウ素は、板状窒化ホウ素であるか、板状窒化ホウ素が固まれた窒化ホウ素凝集体であってもよく、窒化ホウ素の表面は、高分子樹脂でコーティングされ得る。ここで、窒化ホウ素と結合可能であるか、窒化ホウ素の表面をコーティングすることができるものであれば、全ての高分子樹脂が用いられ得る。高分子樹脂は、例えば、アクリル系高分子樹脂、エポキシ系高分子樹脂、ウレタン系高分子樹脂、ポリアミド系高分子樹脂、ポリエチレン系高分子樹脂、ＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）系高分子樹脂、ポリエステル系高分子樹脂及びＰＶＣ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）系高分子樹脂からなるグループより選択され得る。そして、高分子樹脂は、下記単位体１を有する高分子樹脂であってもよい。

単位体１は、次の通りである。

［単位体１］

ここで、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４のうち一つは、Ｈであり、残りは、Ｃ_１～Ｃ_３アルキル、Ｃ_２～Ｃ_３アルケン及びＣ_２～Ｃ_３アルキンで構成されたグループから選択され、Ｒ^５は、線型、分枝型又は環型の炭素数１～１２の２価有機リンカーであってもよい。

一実施例で、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４のうちＨを除いた残りのうち一つは、Ｃ_２～Ｃ_３アルケンから選択され、残りのうち他の一つ及びまた他の一つは、Ｃ_１～Ｃ_３アルキルから選択され得る。例えば、本発明の実施例による高分子樹脂は、下記単位体２を含むことができる。

［単位体２］

または、前記Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４のうちＨを除いた残りは、Ｃ_１～Ｃ_３アルキル、Ｃ_２～Ｃ_３アルケン及びＣ_２～Ｃ_３アルキンで構成されたグループから互いに相異なるように選択されてもよい。

このように、単位体１又は単位体２による高分子樹脂が窒化ホウ素にコーティングされると、作用基の形成が容易になり、窒化ホウ素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。

このとき、窒化ホウ素の粒子サイズＤ５０は、酸化アルミニウムの粒子サイズＤ５０より大きくてもよい。例えば、窒化ホウ素の粒子サイズＤ５０は、４０～２００μｍであり、酸化アルミニウムの粒子サイズＤ５０は、１０～３０μｍであってもよい。窒化ホウ素の粒子サイズＤ５０と酸化アルミニウムの粒子サイズＤ５０がこのような数値範囲を満足する場合、窒化ホウ素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、これによって、樹脂層が全体的に均一な熱伝導効果及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、別途のセラミックス基板がなくても第１金属基板１７０と複数の第１電極１２０の間の熱伝逹が可能であり、第１樹脂層１１０自体の接着性能により別途の接着剤又は物理的な締結手段が不必要である。特に、第１樹脂層１１０は、既存セラミックス基板に比べて顕著に薄い厚さで具現できるので、複数の第１電極１２０と第１金属基板１７０の間の熱伝逹性能を改善することができ、熱電素子１００の全体的なサイズを減らすこともできる。

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。これのために、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と対向する面には、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の間の熱圧搾時に第１樹脂層１１０が浮き上がる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と対向する面は、第１領域１７２及び第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の縁から中心領域に向いて所定距離内に配置され得、第１領域１７２は、第２領域１７４を取り囲むことができる。

このとき、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の間の境界から所定距離離隔され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上に配置されるが、第１樹脂層１１０の縁は、第２領域１７４の内部に位置することができる。これによって、第２領域１７４の表面粗さにより形成された溝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及び無機充填剤の一部６０４が染み込まれ、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０の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剤のうち一部の粒子サイズＤ５０よりは大きく、他の一部の粒子サイズＤ５０よりは小さく形成され得る。ここで、粒子サイズ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％になる粒径を意味し、平均粒径と混用され得る。第１樹脂層１１０が無機充填剤で酸化アルミニウムと窒化ホウ素を含む場合を例で挙げると、酸化アルミニウムは、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０の間の接着性能に影響を及ぼさないが、窒化ホウ素は、表面が滑らかなので、第１樹脂層１１０と第１金属基板１７０の間の接着性能に良くない影響を及ぼすことができる。これによって、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サイズＤ５０よりは大きいが、窒化ホウ素の粒子サイズＤ５０よりは小さく形成すれば、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にくいので、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。

これによって、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剤のうちサイズが相対的に小さい無機充填剤６０４、例えば、酸化アルミニウムの粒子サイズＤ５０の１．０５～１．３倍であり、第１樹脂層１１０内に含まれた無機充填剤のうちサイズが相対的に大きい無機充填剤６０２、例えば、窒化ホウ素の粒子サイズＤ５０より小さい。例えば、第２領域１７４の表面粗さは、４０μｍ未満、好ましくは、１０．５～３９μｍであってもよい。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に配置される窒化ホウ素を最小化することができる。

このような表面粗さは、表面粗さ測定機を用いて測定され得る。表面粗さ測定機は、探針を用いて断面曲線を測定し、断面曲線の山頂線、谷底線、平均線及び基準長さを用い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）を意味することができる。算術平均粗さ（Ｒａ）は、下の数学式２を通じて得られる。

すなわち、表面粗さ測定機の探針を用いて得た断面曲線を基準長さ（Ｌ）ほど取得して、平均線方向をｘ軸にし、高さ方向をｙ軸にして、関数（ｆ（ｘ））で表現したとき、数学式２により求められる値をμｍで示すことができる。

本発明の他の実施例によれば、図５～図６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と対向する面は、第１領域１７２及び、第１領域１７２により取り囲まれ、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を含むが、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により取り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。

このとき、第１樹脂層１１０は、第１領域１７２と第２領域１７４の間の境界から所定距離離隔されるように配置されるが、第１樹脂層１１０は、第２領域１７４の一部及び第３領域１７６をカバーするように配置され得る。

一方、さらに図１を参照すると、複数の第１電極１２０の側面１２１の少なくとも一部は、第１樹脂層１１０内に埋め立てられる。このとき、第１樹脂層１１０内に埋め立てられた複数の第１電極１２０の側面１２１の高さＨ１は、複数の第１電極１２０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１２０の側面１２１の少なくとも一部が第１樹脂層１１０内に埋め立てられると、複数の第１電極１２０と第１樹脂層１１０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１２０と第１樹脂層１１０の間の熱伝逹性能及び接合強度が一層高くなり得る。第１樹脂層１１０内に埋め立てられた複数の第１電極１２０の側面１２１の高さＨ１が複数の第１電極１２０の厚さＨの０．１倍未満である場合、複数の第１電極１２０と第１樹脂層１１０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１樹脂層１１０内に埋め立てられた複数の第１電極１２０の側面１２１の高さＨ１が複数の第１電極１２０の厚さＨの１倍を超過する場合、第１樹脂層１１０が複数の第１電極１２０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。

より詳しくは、隣接する二つの第１電極１２０の間で第１樹脂層１１０の厚さは、各電極の側面から中心領域に行くほど減少できる。ここで、中心領域は、二つの第１電極１２０の間の中間地点を含む所定の領域を意味することができる。すなわち、第１樹脂層１１０の厚さは、一つの第１電極１２０の側面から遠くなるほどますます減ってから隣接する他の第１電極１２０の側面に近くなるほどますます大きくなり得る。このとき、隣接する二つの第１電極１２０の間で第１樹脂層１１０の厚さは、緩慢に減ってから大きくなり得る。これによって、隣接する二つの第１電極１２０の間で第１樹脂層１１０の上面は、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、隣接する二つの第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０は、厚さの偏差を有することができる。例えば、第１電極１２０の側面１２１と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の高さＴ２が最も高く、中心領域での第１樹脂層１１０の高さＴ３は、第１電極１２０の側面１２１と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の高さＴ２より低い。すなわち、隣接する二つの第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０の中心領域の高さＴ３は、隣接する二つの第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０内で最も低い。

ただし、各第１電極１２０下の第１樹脂層１１０の高さＴ１は、隣接する二つの第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０の中心領域の高さＴ３よりさらに低い。すなわち、第１電極１２０の側面と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の高さＴ２、隣接する二つの第１電極１２０の間の中心領域での第１樹脂層１１０の高さＴ３及び各第１電極１２０下に配置された第１樹脂層１１０の高さＴ１を比較するとき、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の順に高さの偏差が発生できる。

このような高さの偏差は、未硬化又は半硬化状態の第１樹脂層１１０を成す組成物上に複数の第１電極１２０を配置して加圧した後、第１樹脂層１１０を成す組成物が硬化される過程で、組成物内部の空気が熱エネルギーにより排出されることによって形成され得る。すなわち、複数の第１電極１２０の側面は、第１樹脂層１１０を成す組成物内部の空気が排出されるチャンネルになり得、これによって、第１樹脂層１１０を成す組成物は、複数の第１電極１２０の側面に沿って重力方向に降りる形態で硬化され得る。

このとき、複数の第１電極１２０下の第１樹脂層１１０の厚さＴ１は、２０～８０μｍであり、第１電極１２０の側面１２１と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の厚さＴ２は、各第１電極１２０下に配置された第１樹脂層１１０の厚さＴ１の１．５～４倍、好ましくは、２～４倍、より好ましくは、３～４倍であってもよい。そして、隣接する二つの第１電極１２０の間の中心領域に配置された第１樹脂層１１０の厚さＴ３は、各第１電極１２０の下に配置された第１樹脂層１１０の厚さＴ１の１．１～３倍、好ましくは、１．１～２．５倍、より好ましくは、１．１～２倍であってもよい。また、第１電極１２０の側面１２１と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の厚さＴ２は、隣接する二つの第１電極１２０の間の中心領域に配置された第１樹脂層１１０の厚さＴ３の１．５～３．５倍、好ましくは、２～３倍、より好ましくは、２．２～２．７倍であってもよい。このように、複数の第１電極１２０の下の第１樹脂層１１０の厚さＴ１、第１電極１２０の側面１２１と直接接触する領域での第１樹脂層１１０の厚さＴ２及び隣接する二つの第１電極１２０の間の中心領域に配置された第１樹脂層１１０の厚さＴ３が互いに相異なる場合、複数の第１電極１２０下の第１樹脂層１１０内の無機充填剤の分布は、複数の第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０内の無機充填剤の分布と相異なっていてもよい。例えば、第１樹脂層１１０が、Ｄ５０が４０～２００μｍである窒化ホウ素及びＤ５０が１０～３０μｍである酸化アルミニウムを含む場合、窒化ホウ素及び酸化アルミニウムが第１樹脂層１１０内に全体的に均一に分散されても部分的にはその分布が相異なっていてもよい。例えば、Ｄ５０が４０～２００μｍである窒化ホウ素の密度は、約２．１ｇ／ｃｍ^３であり、Ｄ５０が１０～３０μｍである酸化アルミニウムの密度は、約３．９５～４．１ｇ／ｃｍ^３である。これによって、密度が高くてサイズが小さい酸化アルミニウムは、相対的に密度が低くてサイズが大きい窒化ホウ素に比べて下に沈む傾向がある。特に、第１樹脂層１１０内の複数の第１電極１２０の下に配置される領域、すなわち、厚さがＴ１である領域では、Ｔ１に比べて粒子サイズが大きい無機充填剤は、複数の第１電極１２０の間の領域、すなわち、厚さがＴ２～Ｔ３である領域に押され得る。これによって、複数の第１電極１２０の下の第１樹脂層１１０内の無機充填剤の分布は、複数の第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０内の無機充填剤分布と相異なっていてもよい。例えば、複数の第１電極１２０の下の第１樹脂層１１０内の全体無機充填剤に対する窒化ホウ素の含量比（例えば、重量比）は、複数の第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０内の全体無機充填剤に対する窒化ホウ素の含量比（例えば、重量比）より小さくてもよい。これによって、複数の第１電極１２０下の第１樹脂層１１０内の無機充填剤の粒子サイズＤ５０は、複数の第１電極１２０の間の第１樹脂層１１０内の無機充填剤の粒子サイズＤ５０より小さくてもよい。酸化アルミニウムは、第１樹脂層１１０と複数の第１電極１２０の間の接着性能に影響を及ぼさないが、窒化ホウ素は、表面が滑らかなので、第１樹脂層１１０と複数の第１電極１２０の間の接着性能に悪影響を及ぼすことができる。本発明の実施例のように、複数の第１電極１２０が第１樹脂層１１０内に埋め立てられると、複数の第１電極１２０の下に配置される第１樹脂層１１０内の窒化ホウ素の含量が減るようになり、これによって、複数の第１電極１２０が第１樹脂層１１０内に埋め立てられない場合に比べて複数の第１電極１２０と第１樹脂層１１０の間の接合強度を高めることができる。

図７は、本発明のまた他の実施例による熱電素子の断面図であり、図８は、図７による熱電素子の斜視図であり、図９は、図７による熱電素子の分解斜視図である。図１～図６で説明した内容と同一の内容に対する重複された説明は省略する。

図７～図９を参照すると、本発明の実施例による熱電素子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型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０の最外郭、複数の第２電極１５０の最外郭及び第２樹脂層１６０の側面を取り囲むように配置され得る。これによって、第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電脚１３０、複数のＮ型熱電脚１４０、複数の第２電極１５０及び第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。

このとき、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の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型熱電脚１３０及び複数のＮ型熱電脚１４０の最外郭、複数の第２電極１５０の最外郭及び第２樹脂層１６０の側面から所定距離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及び第２金属基板１８０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が第１金属基板１７０及び第２金属基板１８０と直接接触する場合、シーリングケース１９２を通じて熱伝導が起きるようになり、結果的に、△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の内壁の一部は傾くように形成され、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。これによって、シーリングケース１９２と第２金属基板１８０の間の接触面積を最小化することができ、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って熱交換が活発に行われるので、一層高い△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、１９６は、シーリングケース１９２と第１金属基板１７０の間及びシーリングケース１９２と第２金属基板１８０の間を機密する役目をし、第１樹脂層１１０、複数の第１電極１２０、複数のＰ型熱電脚１３０、複数のＮ型熱電脚１４０、複数の第２電極１５０及び第２樹脂層１６０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。

一方、シーリングケース１９２には、電極に連結されたワイヤ２００、２０２を引き出すためのガイド溝Ｇが形成され得る。それのために、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。

ここで、第１金属基板１７０は、熱を放出する放熱部又は発熱部であり、第２金属基板１８０は、熱を吸収する吸熱部又は冷却部であってもよい。それのために、第１金属基板１７０の幅は、第２金属基板１８０の幅より大きいか、第１金属基板１７０の厚さは、第２金属基板１８０の厚さより薄い。これによって、放熱部又は発熱部である第１金属基板１７０は、熱抵抗が小さく具現され得、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に該当する面積ほど第２金属基板１８０より大きく形成され得る。吸熱部又は冷却部である第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ので、熱損失を最小化することができる。本発明の実施例によ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って変わることができる。

図７～図９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４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及び第３領域１７６を含む図５及び図６の実施例にも適用され得る。

図１０は、本発明の一実施例による熱電素子の製作方法を示す。

図１０を参照すると、金属基板の両面のうち一面に表面粗さを形成する（ステップＳ１０００）。表面粗さは、サンドブラスティング、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行われ得、これに制限されるものではない。上述したように、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行われ得る。例えば、表面粗さは、図１～図４の実施例のように、金属基板の縁を含む一部領域、すなわち、第１領域を除いて金属基板の中間を含む残りの領域、すなわち、第２領域に行われ得る。又は、表面粗さは、図５及び図６の実施例のように、金属間の縁を含む一部領域、すなわち、第１領域及び金属基板の中間を含む一部領域、すなわち、第３領域を除いて残りの領域、すなわち、第２領域に行われてもよい。

そして、金属基板上に樹脂層を成す樹脂組成物、例えば、エポキシ樹脂組成物を塗布する（ステップＳ１０１０）。このとき、エポキシ樹脂組成物は、８０～１８０μｍの厚さで塗布され得る。樹脂層が未硬化又は半硬化の状態で樹脂層上に複数の電極を配置する（ステップＳ１０２０）。複数の電極は、アレイ形態に整列された後に配置され得る。このとき、複数の電極は、Ｃｕ層を含むことができ、Ｃｕ層上に順次にメッキされたＮｉ層及びＡｕ層をさらに含むか、Ｃｕ層上に順次にメッキされたＮｉ層及びＳｎ層をさらに含んでもよい。

そして、金属基板の下及び複数の電極の上で熱圧搾をする（ステップＳ１０３０）。これのために、フィルム上にアレイ形態に配置された複数の電極が未硬化又は半硬化状態の樹脂層に向けるように配置された後、熱圧搾を行い、フィルムを除去することができる。これによって、複数の電極の側面の一部が樹脂層内に埋め立てられた状態で樹脂層が硬化され得る。

以下では、図１１を参照して本発明の実施例による熱電素子が浄水器に適用された例を説明する。

図１１は、本発明の実施例による熱電素子が適用された浄水器のブロック図である。

本発明の実施例によ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及び熱電装置１０００を含む。

原水供給管１２ａは、水原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から熱電装置１０００により所定温度に冷却された冷水が最終的にユーザー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を通じて流入された水を貯蔵及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、沈澱フィルタ１３ａと、フリーカーボンフィルタ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とで構成される。

すなわち、原水供給管１２ａに流入される水は、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と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に貯蔵された冷気は、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れる。

冷気伝達が円滑に行われるように、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、上述したように、吸熱面と発熱面を具備し、Ｐ型半導体及び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の反対側であってもよい。

また、上述したように熱電装置１０００は、防水及び防塵性能に優れ、熱流動性能が改善され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１２を参照して本発明の実施例による熱電素子が冷蔵庫に適用された例を説明する。

図１２は、本発明の実施例によ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及び熱電装置１０００を含む。

冷蔵庫内は、深温蒸発室カバー２３により深温貯蔵室と深温蒸発室に区画される。

詳しくは、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される地点に設置され、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により冷却される冷気は、冷凍室に供給された後またメイン蒸発器側に帰る。

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け、発熱面が蒸発器側に向ける構造を成す。したがって、熱電装置１０００から発生する吸熱現象を用いて引き出しアセンブリに貯蔵された食べ物を摂氏零下５０℃以下の超低温状態で迅速に冷却させることに用いられる。

また、上述したように熱電装置１０００は、防水及び防塵性能に優れ、熱流動性能が改善され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。

本発明の実施例による熱電素子は、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、本発明の実施例による熱電素子は、主に光通信モジュール、センサー、医療機器、測定器機、航空宇宙産業、冷蔵庫、チラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）、自動車通風シート、カップホルダー、洗濯機、乾燥器、ワインセラー、浄水器、センサー用電源供給装置、サーモパイル（ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）などに適用され得る。

ここで、本発明の実施例によ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の塩基配列を決定するための装備であり、精緻な温度制御が要求され、熱循環（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｅ）が必要な器機である。それのために、ペルチェ基盤の熱電素子が適用され得る。

本発明の実施例によ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）センサー、Ｘ－ｒａｙ検出器、ＴＴＲＳ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｏｕｒｃｅ）などがある。光検出器の冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）のためにペルチェ基盤の熱電素子が適用され得る。これによって、光検出器内部の温度上昇による波長変化、出力低下及び解像力低下などを防止することができる。

本発明の実施例による熱電素子が医療機器に適用されるまた他の例として、免疫分析（ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）分野、インビトロ診断（Ｉｎ ｖｉｔｒｏ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）分野、温度制御及び冷却システム（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。これによって、精緻な温度制御が可能である。

本発明の実施例による熱電素子が医療機器に適用されるまた他の例として、人工心臓がある。これによって、人工心臓に電源を供給することができる。

本発明の実施例による熱電素子が航空宇宙産業に適用される例として、スタートラッカーシステム、熱イメージングカメラ、赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤセンサー、ハッブル宇宙望遠鏡、ＴＴＲＳなどがある。これによって、イメージセンサーの温度を維持することができる。

本発明の実施例によ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。

この外にも本発明の実施例による熱電素子は、その他産業分野に発電、冷却及び温熱のために適用され得る。

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 (15)

1. 基板、
   前記基板上に配置される絶縁層、
   前記絶縁層上に配置される電極、及び
   前記電極上に配置される半導体構造物、を含み、
   前記絶縁層は、前記電極が配置される第１凹部、及び前記第１凹部の周辺に配置される第２凹部を含み、
   前記第２凹部の最小厚さは前記第１凹部の最小厚さよりも大きく、前記電極の上面と前記基板の間の垂直距離より小さい、熱電素子。
2. 前記電極は、底面、前記電極の底面と対向する上面、及び前記電極の上面と前記電極の底面の間に配置される側面を含み、
   前記第１凹部は、前記電極の底面と接触する第１面、及び前記電極の側面と接触する第２面を含む、請求項１に記載の熱電素子。
3. 前記電極の前記側面の高さは、前記第１凹部の前記第２面の高さよりも大きい、請求項２に記載の熱電素子。
4. 前記第１凹部の前記第２面の高さは、前記電極の側面の高さの０．３倍以上、０．８倍以下である、請求項３に記載の熱電素子。
5. 前記半導体構造物上に配置される最上部電極、及び、
   前記最上部電極上に配置される最上部基板、を含み、
   前記最上部電極は、前記電極と垂直に重畳される重畳部、及び垂直に重畳されない延長部を含み、
   前記半導体構造物は、前記最上部電極の前記重畳部と前記電極の間に配置される、請求項１に記載の熱電素子。
6. 前記最上部電極の延長部は、前記第２凹部と垂直に重畳される、請求項５に記載の熱電素子。
7. 前記絶縁層は、無機充填剤、及び高分子樹脂を含む、請求項１に記載の熱電素子。
8. 前記第１凹部の上面及び前記第２凹部の上面は、前記基板に向けて凹む、請求項１に記載の熱電素子。
9. 前記第２凹部は、前記電極の側面に沿って配置される、請求項２に記載の熱電素子。
10. 前記電極は、互いに離隔される複数の第１電極を含み、前記第２凹部は、前記複数の第１電極のそれぞれの間に配置される、請求項９に記載の熱電素子。
11. 基板、
    前記基板上に配置される絶縁層、
    前記絶縁層上に配置される電極、及び
    前記電極上に配置される半導体構造物、を含み、
    前記絶縁層は、前記電極が配置される第１領域、及び前記第１領域の周りに配置される第２領域を含み、
    前記第１領域の上面及び前記第２領域の上面は、前記基板に向けて凹んでおり、
    前記第２領域の最小厚さは前記第１領域の最小厚さよりも大きく、前記電極の上面と前記基板の間の垂直距離より小さい、熱電素子。
12. 前記電極は、底面、前記底面と対向する上面、及び前記上面と前記底面の間に配置される側面を含む、請求項１１に記載の熱電素子。
13. 前記第１領域の前記上面は、前記電極の前記底面に接触する第１表面、及び前記電極の前記側面に接触する第２表面を含み、
    前記第２表面の高さは、前記電極の前記側面の高さの０．３倍以上、０．８倍以下である、請求項１２に記載の熱電素子。
14. 前記絶縁層は、無機充填剤、及び高分子樹脂を含み、
    前記絶縁層の厚さは、２０μｍ～２００μｍである、請求項１１に記載の熱電素子。
15. 基板、
    前記基板上に配置される絶縁層、
    前記絶縁層上に配置される電極、及び
    前記電極上に配置される半導体構造物、を含み、
    前記絶縁層は、前記電極が配置される第１領域、及び前記第１領域の周りに配置される第２領域を含み、
    前記絶縁層の前記第２領域の上面は、前記基板に向けて凹んでおり、
    前記第２領域の最小厚さは前記第１領域の最小厚さよりも大きく、前記電極の上面と前記基板の間の垂直距離より小さい、熱電素子。

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