KR101230021B1 - Thermopile package - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컴팩트한 써모파일 패키지를 위하여, 본 발명의 일 관점에 따르면, 비스무스텔루라이드를 포함하고 제1축을 따라 연장된 제1극과 안티모니텔루라이드를 포함하고 제2축을 따라 연장되며 상기 제1극과 일단에서 전기적으로 연결된 제2극을 갖는 열전쌍을 복수개 구비하는, 써모파일 패키지를 제공한다.The present invention provides a compact thermopile package, according to one aspect of the invention, comprising a bipolar bismuthlide and extending along a second axis and including a first pole and antimony telluride extending along a first axis. Provided is a thermopile package having a plurality of thermocouples having a first pole and a second pole electrically connected at one end thereof.

Description

써모파일 패키지{Thermopile package}Thermopile Package {Thermopile package}

본 발명은 온도측정장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 써모파일 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature measuring device, and more particularly to a thermopile package.

일반적으로 써모파일 패키지는 온도측정장치로 사용된다. 온도를 가진 물체는 흑체 복사에 의하여 복사선을 방출하며, 상온(~300K) 근처의 물체는 약 8~14㎛ 파장대의 원적외선을 방출한다. 써모파일 패키지는 물체가 복사하는 원적외선을 흡수하여 온도가 상승하는 고온부, 실온과 동일한 상태를 유지하는 저온부, 고온부와 저온부 사이를 연결하고 고온부와 저온부의 온도차에 따라 기전력을 발생시키는 써모파일부를 포함한다. 이러한 써모파일 패키지는 고온부와 저온부에서의 온도차에 따라 발생되는 기전력의 크기 변화를 이용하여 온도를 측정한다.Thermopile packages are commonly used as temperature measuring devices. Objects with temperature emit radiation by blackbody radiation, and objects near room temperature (~ 300K) emit far-infrared radiation in the wavelength range of about 8-14㎛. The thermopile package includes a high temperature part that absorbs far infrared rays radiated by an object, a low temperature part that maintains the same temperature as the room temperature, and a thermopile part that connects between the high temperature part and the low temperature part and generates an electromotive force according to the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part. . The thermopile package measures the temperature by using the magnitude change of the electromotive force generated by the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part.

종래의 써모파일 패키지는 실리콘 기반의 공정을 사용하여 제작되며, 열전 재료로 P-type 실리콘과 n-type 실리콘을 사용하는데, 실리콘의 높은 열 전도도 때문에 저온부의 온도가 고온부의 영향을 받지 않도록 유지하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 따라서 저온부의 온도가 고온부의 영향을 받지 않도록 하기 위해 저온부와 고온부 사이의 거리를 길게 해야만 하며, 이에 따라 써모파일 패키지의 사이즈 크기가 과도하게 커진다는 문제점이 있었다.Conventional thermopile packages are fabricated using a silicon-based process and use P-type silicon and n-type silicon as thermoelectric materials. Because of the high thermal conductivity of silicon, the temperature of the low temperature part is maintained so that it is not affected by the high temperature part. There was a problem that it is not easy. Therefore, in order to prevent the temperature of the low temperature portion from being affected by the high temperature portion, the distance between the low temperature portion and the high temperature portion must be increased, and thus there is a problem that the size of the thermopile package becomes excessively large.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 컴팩트한 써모파일 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve various problems including the above problems, and to provide a compact thermopile package. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 비스무스텔루라이드를 포함하고 제1축을 따라 연장된 제1극과 안티모니텔루라이드를 포함하고 제2축을 따라 연장되며 상기 제1극과 일단에서 전기적으로 연결된 제2극을 갖는 열전쌍을 복수개 구비하는, 써모파일 패키지가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a second electrode including bismustelluride and extending along a first axis and including an antimonitelluride and extending along a second axis and electrically connected at one end with the first pole Provided is a thermopile package having a plurality of thermocouples.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 열전쌍은 직렬연결된 것일 수 있다.According to another aspect of the invention, the thermocouple may be connected in series.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상호 인접한 두 개의 열전쌍들 중 일 열전쌍의 제1극과 타 열전쌍의 제2극이 타단에서 전기적으로 연결된 것일 수 있다.According to another aspect of the invention, the first pole of one thermocouple and the second pole of the other thermocouple of the two adjacent thermocouples may be electrically connected at the other end.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 제1극은 제1평면 상에 배치되고 상기 제2극은 제2평면 상에 배치되며, 상기 제1극과 상기 제2극이 상기 일단에서 전기적으로 연결되도록 상기 제1평면과 상기 제2평면 사이에 개재된 절연층을 더 구비하는 것일 수 있다.According to another aspect of the invention, the first pole is disposed on the first plane and the second pole is disposed on the second plane, the first pole and the second pole is electrically connected at the one end It may be further provided with an insulating layer interposed between the first plane and the second plane.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 일단에 대응하는 부분에 배치된 흡수층과, 상기 타단에 대응하는 부분에 배치된 실리콘층을 더 포함하는 것일 수 있다.According to another aspect of the invention, it may further include an absorbing layer disposed in a portion corresponding to the one end, and a silicon layer disposed in a portion corresponding to the other end.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항온도측정부를 더 구비하는 것일 수 있다.According to another aspect of the present invention, it may be further provided with a resistance temperature measuring unit for varying the resistance according to the temperature.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 저항온도측정부는 상기 실리콘층에 대응하는 부분에 배치된 것일 수 있다.According to another aspect of the invention, the resistance temperature measuring unit may be disposed in a portion corresponding to the silicon layer.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 컴팩트한 써모파일 패키지를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, it is possible to implement a compact thermopile package. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 4의 저항온도측정부의 온도-저항 특성을 개략적으로 도시하는 그래프이다.1 is a plan view schematically illustrating a thermopile package according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view schematically showing a thermopile package according to another embodiment of the present invention.
4 is a plan view schematically illustrating a thermopile package according to another exemplary embodiment of the present invention.
5 is a graph schematically illustrating a temperature-resistance characteristic of the resistance temperature measuring unit of FIG. 4.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.In the following embodiments, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on the orthogonal coordinate system, and can be interpreted in a broad sense including the three axes. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.1 is a plan view schematically illustrating a thermopile package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1.

본 실시예에 따른 써모파일 패키지는 복수개의 열전쌍들을 구비한다. 열전쌍(10, 20)은 제1극(11, 21)과 제2극(12, 22)을 갖는다. 제1극(11, 21)은 비스무스텔루라이드를 포함하고 제1축(x축)을 따라 연장될 수 있다. 제2극(12, 22)은 안티모니텔루라이드를 포함하고 제2축(x축)을 따라 연장될 수 있다. 도면에서는 열전쌍(10, 20)의 경우 제1축과 제2축이 x축으로서 동일한 경우를 도시하고 있다. 물론 제1축과 제2축은 서로 상이할 수 있다. 예컨대 도 1의 좌상단에 위치한 열전쌍은 제1극이 y축을 따라 연장되고 제2극이 x축을 따라 연장된 경우를 도시하고 있다.The thermopile package according to the present embodiment includes a plurality of thermocouples. The thermocouples 10 and 20 have first poles 11 and 21 and second poles 12 and 22. The first electrodes 11 and 21 may include bismustelluride and may extend along the first axis (x axis). The second electrodes 12 and 22 may include antimony telluride and extend along the second axis (x axis). In the drawing, in the case of the thermocouples 10 and 20, the first axis and the second axis are the same as the x-axis. Of course, the first axis and the second axis may be different from each other. For example, the thermocouple located at the upper left of FIG. 1 illustrates a case in which the first pole extends along the y axis and the second pole extends along the x axis.

이러한 제1극(11, 21)과 제2극(21, 22)은 일단에서 전기적으로 연결될 수 있다. 제1극(11, 21)과 제2극(21, 22)은 상호 직접 컨택을 통해 상호 전기적으로 연결될 수도 있고, 금속층과 같은 다른 도전성 부재가 제1극(11, 21)과 제2극(21, 22) 사이에 개재되어 상호 전기적으로 연결될 수도 있다. 도면에서는 제1극(11, 21)과 제2극(21, 22) 사이에 제1연결부재(13, 23)가 개재되어 제1극(11, 21)과 제2극(21, 22)이 상호 전기적으로 연결되는 것으로 도시하고 있다. 이 경우 제1연결부재(13, 23)는 은, 구리, 금 및/또는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.The first poles 11 and 21 and the second poles 21 and 22 may be electrically connected at one end. The first poles 11 and 21 and the second poles 21 and 22 may be electrically connected to each other through direct contact with each other, and another conductive member such as a metal layer may be connected to the first poles 11 and 21 and the second pole ( 21 and 22 may be interposed and electrically connected to each other. In the drawing, the first connecting members 13 and 23 are interposed between the first and second poles 11 and 21 and the second and second poles 21 and 22, respectively. This is illustrated as being electrically connected to each other. In this case, the first connection members 13 and 23 may be formed of silver, copper, gold, and / or aluminum.

일 열전쌍(10)과 이에 인접한 다른 열전쌍(20)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 열전쌍(10)과 열전쌍(20)은 직렬연결될 수 있다. 구체적으로, 상호 인접한 두 개의 열전쌍들(10, 20) 중 일 열전쌍(20)의 제1극(21)과 타 열전쌍(10)의 제2극(12)이 타단에서 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 일 열전쌍(20)의 제1극(21)과 타 열전쌍(10)의 제2극(12) 사이에 제2연결부재(30)가 개재되어 열전쌍(10)과 열전쌍(20)이 직렬로 연결되도록 할 수 있다. 이 경우 제2연결부재(30)는 은, 구리, 금 및/또는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 물론 구조상 동일 층상에 위치할 수 있는 제1연결부재(13)와 제2연결부재(30)는 동일물질로 형성될 수 있다.One thermocouple 10 and another thermocouple 20 adjacent thereto may be electrically connected to each other. Specifically, the thermocouple 10 and the thermocouple 20 may be connected in series. Specifically, the first pole 21 of one thermocouple 20 and the second pole 12 of the other thermocouple 10 of the two adjacent thermocouples 10 and 20 may be electrically connected at the other end. At this time, the second connecting member 30 is interposed between the first pole 21 of the thermocouple 20 and the second pole 12 of the other thermocouple 10 so that the thermocouple 10 and the thermocouple 20 are connected in series. Can be connected. In this case, the second connection member 30 may be formed of silver, copper, gold, and / or aluminum. Of course, the first connection member 13 and the second connection member 30, which may be located on the same layer in structure, may be formed of the same material.

복수개의 열전쌍들이 직렬연결될 경우, 도면에 도시된 바와 같이 일련의 열전쌍들의 세트의 일측은 제1단자(t1)가 되고 타측은 제2단자(t2)가 될 수 있다. 이에 따라 제1단자(t1)와 제2단자(t2) 사이의 전위차를 측정함으로써, 측정하고자 하는 곳의 온도변화를 정확하게 센싱할 수 있다. 도면에 도시된 것과 같은 구조의 경우, 제1단자(t1)나 제2단자(t2)는 필요에 따라 제1연결부재(13)나 제2연결부재(30)와 동일물질로 형성될 수 있다.When a plurality of thermocouples are connected in series, one side of the series of thermocouple sets may be the first terminal t1 and the other side may be the second terminal t2 as shown in the drawing. Accordingly, by measuring the potential difference between the first terminal (t1) and the second terminal (t2), it is possible to accurately sense the temperature change of the place to be measured. In the structure as shown in the drawing, the first terminal t1 or the second terminal t2 may be formed of the same material as the first connecting member 13 or the second connecting member 30 as necessary. .

열전쌍은 두 지점의 온도차에 대응하는 전위차를 각 열전쌍의 양단 사이에 발생시키는바, 열전쌍(10)과 열전쌍(20)의 직렬연결을 통해 열전쌍(10)의 일단과 열전쌍(20)의 타단 사이의 전위차를 높임으로써, 측정하고자 하는 온도를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.The thermocouple generates a potential difference corresponding to the temperature difference between two points between both ends of each thermocouple. The thermocouple 10 is connected between one end of the thermocouple 10 and the other end of the thermocouple 20 through a series connection of the thermocouple 10 and the thermocouple 20. By increasing the potential difference, the temperature to be measured can be measured more precisely.

이와 같은 써모파일 패키지(100)는 일 지점과 타 지점 사이의 온도차에 대응하는 전위차를 발생시켜, 전위차를 측정하여 측정하고자 하는 곳의 온도를 측정할 수 있도록 한다. 특히, 상기 타 지점의 온도가 기준 온도가 되도록 하여 상기 일 지점의 온도나 온도변화를 측정하는데 사용될 수 있다. 이 과정에서 상기 일 지점의 온도나 온도변화 측정을 용이하게 하기 위하여, 필요에 따라 상기 일단에 대응하는 부분(A)에 흡수층(60, 도 1에서는 미도시)이 배치되도록 할 수 있다. 이때, 필요에 따라 제1극(11, 21)이나 제2극(21, 22)과 흡수층(60) 사이에 절연부(70, 도 1에서는 미도시)가 개재되도록 할 수도 있다. 절연부(70)는 실리콘 옥사이드 및/또는 실리콘 나이트라이드 등으로 형성될 수 있다.Such a thermopile package 100 generates a potential difference corresponding to a temperature difference between one point and another point, so that the temperature of the place to be measured can be measured by measuring the potential difference. In particular, it may be used to measure the temperature or temperature change of the one point by making the temperature of the other point becomes the reference temperature. In this process, in order to facilitate the measurement of the temperature or temperature change of the one point, an absorbing layer 60 (not shown in FIG. 1) may be disposed in the portion A corresponding to the one end as necessary. In this case, an insulating portion 70 (not shown in FIG. 1) may be interposed between the first and second electrodes 11 and 21 or the second and second electrodes 21 and 22 and the absorption layer 60 as necessary. The insulating part 70 may be formed of silicon oxide and / or silicon nitride.

아울러 기준 온도가 되는 상기 타 지점의 온도변화를 둔감하도록 함으로써 써모파일 패키지(100)가 상기 일 지점의 온도 변화에 민감하도록 하기 위하여, 상기 타단에 대응하는 부분(B)에 실리콘층(50)이 배치되도록 할 수도 있다. 이 실리콘층(50)은 벌크 실리콘일 수 있다. 이때, 실리콘층(50) 상면에 산화물층(40)이 형성되도록 하여, 제1극(11, 21)이나 제2극(12, 22)이 이 산화물층(40) 상에 위치하도록 할 수도 있다. 물론 산화물층(40)이 아닌 실리콘나이트라이드 등과 같은 절연층이 실리콘층(50) 상면에 형성되도록 할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 실리콘층(50) 상에 산화물층(40)이 형성된 경우, 실리콘층(50)과 산화물층(40)은 SOI(silicon on insulator) 실리콘 기판을 이용한 결과일 수 있다. 실리콘층(50)은 흡수층(60)과 상호 중첩되지 않도록 할 수 있다.In addition, in order to make the thermopile package 100 sensitive to the temperature change of the one point by making the temperature change of the other point to be the reference temperature insensitive, the silicon layer 50 is formed in the portion B corresponding to the other end. It can also be arranged. This silicon layer 50 may be bulk silicon. In this case, the oxide layer 40 may be formed on the upper surface of the silicon layer 50 so that the first electrodes 11 and 21 or the second electrodes 12 and 22 may be positioned on the oxide layer 40. . Of course, various modifications are possible, such as not only the oxide layer 40 but also an insulating layer such as silicon nitride formed on the upper surface of the silicon layer 50. When the oxide layer 40 is formed on the silicon layer 50, the silicon layer 50 and the oxide layer 40 may be the result of using a silicon on insulator (SOI) silicon substrate. The silicon layer 50 may not overlap each other with the absorbing layer 60.

도면에 도시된 것과 같은 실리콘층(50)의 구조는, 두께가 일정한 벌크 실리콘에서 상기 일단에 대응하는 부분(A)에서의 벌크 실리콘의 적어도 일부를 식각 등의 방법으로 제거한 경우이다. 이 경우 써모파일 패키지(100)에 있어서 상기 일단에 대응하는 부분(A)의 두께가 얇아지고 상기 타단에 대응하는 부분(B)의 두께가 두꺼워져, 상기 일단에 대응하는 부분(A)은 상기 타단에 대응하는 부분(B)보다 주변의 온도변화에 상대적으로 민감해지며, 따라서 써모파일 패키지(100)의 정확한 온도변화 센싱이 가능하도록 한다.The structure of the silicon layer 50 as shown in the figure is a case where at least a portion of the bulk silicon in the portion A corresponding to the one end of the bulk silicon having a constant thickness is removed by etching or the like. In this case, in the thermopile package 100, the thickness of the portion A corresponding to the one end becomes thinner and the thickness of the portion B corresponding to the other end becomes thicker, so that the portion A corresponding to the one end becomes It becomes relatively sensitive to the temperature change of the surroundings than the portion (B) corresponding to the other end, thus enabling accurate temperature change sensing of the thermopile package 100.

도면에서는 참조번호 A와 참조번호 B가 y축 방향을 따라서 표시되어 있지만, x축 방향을 따라서도 표시된 것으로 이해할 수 있으며, 따라서 도면에서 써모파일 패키지(100)의 평면도에서 중앙부에 해당하는 점선으로 표시된 부분이 상기 일단에 대응하는 부분(A)일 수 있고, 써모파일 패키지(100)의 평면도에서 가장자리에 대응하는 주변부에 해당하는 부분이 상기 타단에 대응하는 부분(B)일 수 있다.In the drawings, reference numeral A and reference numeral B are displayed along the y-axis direction, but it can be understood that they are also displayed along the x-axis direction. The part may be a part A corresponding to the one end, and the part corresponding to the periphery corresponding to the edge in the plan view of the thermopile package 100 may be the part B corresponding to the other end.

한편, 통상적으로 온도를 측정하고자 하는 곳의 온도가 기준 온도보다 높다. 즉, 전술한 A 부분은 고온부가 되고 전술한 B 부분은 저온부가 될 수 있다. 따라서 상기 일 지점에서의 열이 기준 온도가 되는 상기 타 지점의 온도에 영향을 주지 않도록 할 필요가 있다. 상기 일 지점에서의 열이 기준 온도가 되는 상기 타 지점의 온도에 영향을 주어 상기 일 지점과 상기 타 지점 사이의 온도차가 줄어들게 되면 열전쌍에서 발생되는 전위차가 줄어들어, 정확한 온도측정이 이루어지지 않을 수 있기 때문이다. 이를 위해 상기 일 지점과 상기 타 지점 사이의 거리, 구체적으로는 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 거리(ℓ)가 충분하도록 할 필요가 있다. 그러나 이 경우 써모파일 패키지(100)의 사이즈가 커지게 된다는 문제점이 발생하게 된다.On the other hand, the temperature where the temperature is usually measured is higher than the reference temperature. That is, the above-mentioned A portion may be a high temperature portion and the above-mentioned B portion may be a low temperature portion. Therefore, it is necessary to prevent the heat at one point from affecting the temperature at the other point, which becomes the reference temperature. When the heat at one point affects the temperature of the other point that becomes the reference temperature, and the temperature difference between the one point and the other point decreases, the potential difference generated in the thermocouple is reduced, so that accurate temperature measurement may not be made. Because. To this end, the distance between the one point and the other point, specifically, the distance (L) between the high temperature portion A and the low temperature portion B needs to be sufficient. However, in this case, there is a problem that the size of the thermopile package 100 becomes large.

그러나 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우, 제1극(11, 21)이 비스무스텔루라이드를 포함하도록 하고 제2극(12, 22)이 안티모니텔루라이드를 포함하도록 함으로써, 측정하고자 하는 온도를 정밀하게 측정하면서도 종래의 써모파일 패키지보다 그 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있다.However, in the case of the thermopile package 100 according to the present exemplary embodiment, the first poles 11 and 21 include bismustelluride and the second poles 12 and 22 include antimony telluride. While precisely measuring the desired temperature, the size of the conventional thermopile package can be significantly reduced.

구체적으로 설명하면, 종래의 써모파일 패키지는 제1극이나 제2극을 실리콘을 기반으로 형성하는데, 실리콘의 열전도율은 124W/mK으로 상당히 높은 편이다. 따라서 종래의 써모파일 패키지의 경우 제1극이나 제2극을 통해 상기 일 지점의 열이 상기 타 지점으로 전달되는 것을 줄이기 위해, 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 길이를 길게 할 수밖에 없었다. 그러나 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우 제1극(11, 21)에 포함된 비스무스텔루라이드는 열전도율이 1.6W/mK이고 안티모니텔루라이드는 열전도율이 3.0W/mK으로, 종래의 써모파일 패키지가 이용하는 실리콘의 열전도율에 비해 매우 낮기에, 결과적으로 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 길이(ℓ)를 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따라 써모파일 패키지의 전체적인 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있다.Specifically, the conventional thermopile package forms the first electrode or the second electrode based on silicon, and the thermal conductivity of the silicon is 124 W / mK, which is quite high. Therefore, in the case of the conventional thermopile package, the length between the high temperature portion A and the low temperature portion B has to be increased in order to reduce the transfer of heat from one point to the other point through the first pole or the second pole. . However, in the case of the thermopile package 100 according to the present embodiment, the bismustelluride included in the first electrodes 11 and 21 has a thermal conductivity of 1.6 W / mK and the antimony telluride has a thermal conductivity of 3.0 W / mK. The thermal conductivity of the thermal pile package is very low compared to the thermal conductivity of the silicon used, and as a result, the length (ℓ) between the high temperature portion (A) and the low temperature portion (B) can be significantly reduced, thereby significantly reducing the overall size of the thermopile package. Can be reduced.

즉, 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우 제1극(11, 21)에 포함된 비스무스텔루라이드는 열전도율은 종래의 써모파일 패키지가 이용하는 실리콘의 열전도율에 비해 대략 1/100 수준으로 매우 낮기에, 종래의 써모파일 패키지가 고온부와 저온부 사이의 길이가 150㎛ 정도였다면, 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 길이(ℓ)를 15㎛ 정도로 획기적으로 줄일 수 있다.That is, in the case of the thermopile package 100 according to the present embodiment, the bismuth fluoride included in the first electrodes 11 and 21 has a thermal conductivity of about 1/100 of that of the silicon used in the conventional thermopile package. Since the temperature of the conventional thermopile package is about 150 μm, since the temperature of the conventional thermopile package is about 150 μm, in the case of the thermopile package 100 according to the present embodiment, the length (L) between the high-temperature part A and the low-temperature part B is high. It can be significantly reduced to about 15㎛.

한편, 제베크계수는 실리콘의 경우 p/n형에 따라 대략 ±400㎶/K이고 비스무스텔루라이드는 대략 -200㎶/K, 안티모니텔루라이드는 대략 185㎶/K으로, 양자의 열전도율 차이에 비하면 제베크계수의 차이는 상대적으로 크지 않다. 따라서 제1극(11, 21)을 비스무스텔루라이드로 형성하더라도 제베크효과를 이용한 온도측정에는 효과적이면서도 써모파일 패키지(100)의 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있다.On the other hand, the Seebeck coefficient is about ± 400 mA / K for silicon, and about -200 mA / K for bismustelluride and about 185 mA / K for antimony telluride. In comparison, the difference in Seebeck coefficient is relatively large. Therefore, even if the first electrodes 11 and 21 are formed of bismuth fluoride, the size of the thermopile package 100 can be significantly reduced while being effective for temperature measurement using the Seebeck effect.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a thermopile package according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)가 도 1과 도 2를 참조하여 전술한 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)와 상이한 점은, 제1극(11)과 제2극(12)의 배치형태가 상이하다는 점이다. 즉, 전술한 실시예에 따른 써모파일 패키지의 경우 제1극(11)과 제2극(12)이 동일 평면 상에 위치하는 반면, 본 실시예에 따른 써모파일 패키지의 경우에는 제1극(11)이 제2극(12)보다 실리콘층(50)에 인접하여 배치되고, 제1극(11)과 제2극(12) 사이에 절연층(15)이 개재되도록 되어, 열전쌍(10)이 층상 구조를 갖는다.The thermopile package 100 according to the present embodiment differs from the thermopile package 100 according to the above-described embodiment with reference to FIGS. 1 and 2. The first pole 11 and the second pole 12 are different from each other. The arrangement form of is different. That is, in the case of the thermopile package according to the above-described embodiment, the first pole 11 and the second pole 12 are located on the same plane, whereas in the case of the thermopile package according to the present embodiment, the first pole ( 11 is disposed closer to the silicon layer 50 than the second electrode 12, and the insulating layer 15 is interposed between the first electrode 11 and the second electrode 12, thereby providing a thermocouple 10. It has a layered structure.

구체적으로, 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)는, 제1극(11)은 제1평면 상에 배치되고 제2극(12)은 제2평면 상에 배치되며, 이 제1극(11)과 제2극(12)이 상기 일단에서 전기적으로 연결되도록 제1평면과 제2평면 사이에 개재된 절연층(15)을 더 구비할 수 있다. 물론 도면에서는 제1평면 상에 배치되는 제1극(11)이 제2평면 상에 배치되는 제2극(12)보다 실리콘층(50)에 인접하여 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리 제2평면 상에 배치되는 제2극(12)이 제1평면 상에 배치되는 제1극(11)보다 실리콘층(50)에 인접하여 배치될 수도 있는 등 변형이 가능함은 물론이다.Specifically, in the thermopile package 100 according to the present embodiment, the first pole 11 is disposed on the first plane and the second pole 12 is disposed on the second plane. 11) and the second electrode 12 may further include an insulating layer 15 interposed between the first plane and the second plane so as to be electrically connected at the one end. Of course, the drawing shows that the first pole 11 disposed on the first plane is disposed closer to the silicon layer 50 than the second pole 12 disposed on the second plane. As a matter of course, the second electrode 12 disposed on the plane may be disposed closer to the silicon layer 50 than the first electrode 11 disposed on the first plane.

이와 같은 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우에도 제1극(11)이 비스무스텔루라이드를 포함하도록 하고 제2극(12)이 안티모니텔루라이드를 포함하도록 함으로써, 측정하고자 하는 온도를 정밀하게 측정하면서도 종래의 써모파일 패키지보다 그 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있다. 제1극(11)과 제2극(12)은 스퍼터링 및/또는 증착 등의 방식을 통해 비스무스텔루라이드나 안티모니텔루라이드로 형성될 수 있다.In the case of the thermopile package 100 according to the present exemplary embodiment, the first electrode 11 includes bismustelluride and the second electrode 12 includes antimony telluride, thereby measuring the temperature. While precisely measuring the size, the size of the conventional thermopile package can be significantly reduced. The first electrode 11 and the second electrode 12 may be formed of bismustelluride or antimony telluride through sputtering and / or deposition.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 써모파일 패키지를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)의 경우, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항온도측정부(80)를 더 구비한다. 이 저항온도측정부(80)는 온도에 따라 저항이 가변하는 특성을 가져, 저항온도측정부(80)의 저항에 따라 써모파일 패키지(100)의 주변부의 온도를 측정할 수 있다.4 is a plan view schematically illustrating a thermopile package according to another exemplary embodiment of the present invention. In the case of the thermopile package 100 according to the present exemplary embodiment, the thermopile package 100 further includes a resistance temperature measuring unit 80 having a variable resistance. The resistance temperature measuring unit 80 has a characteristic that the resistance varies depending on the temperature, and can measure the temperature of the peripheral portion of the thermopile package 100 according to the resistance of the resistance temperature measuring unit 80.

기본적으로 써모파일 패키지(100)는 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 온도차를 측정하는바, 따라서 고온부(A)의 절대온도를 확인하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 저온부(B)의 온도가 일정한 상태에서 써모파일 패키지(100)를 사용한다면 이는 문제되지 않을 수 있으나, 저온부(B)의 온도가 가변한다면 써모파일 패키지(100)로 확인한 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 온도차 확인이 큰 의미가 없을 수도 있다.Basically, the thermopile package 100 measures the temperature difference between the high temperature portion A and the low temperature portion B, and thus there is a problem that it is not easy to check the absolute temperature of the high temperature portion A. This may not be a problem if the thermopile package 100 is used in a state where the temperature of the low temperature part B is constant, but if the temperature of the low temperature part B is variable, the high temperature part A and the low temperature part ( Checking the temperature difference between B) may not mean much.

그러나 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)는 저항온도측정부(80)를 구비하는바, 이 저항온도측정부(80)는 주변 환경에 따른 저온부(B)의 온도를 측정한다. 이에 따라 본 실시예에 따른 써모파일 패키지(100)는 고온부(A)의 절대온도를 확인할 수 있다.However, the thermopile package 100 according to the present embodiment includes a resistance temperature measuring unit 80. The resistance temperature measuring unit 80 measures the temperature of the low temperature unit B according to the surrounding environment. Accordingly, the thermopile package 100 according to the present embodiment can check the absolute temperature of the high temperature portion A.

저항온도측정부(80)는 백금 및/또는 니켈로 형성될 수 있다. 도 5는 도 4의 저항온도측정부가 백금으로 형성된 경우의 온도-저항 특성을 개략적으로 도시하는 그래프이다. 도 5에서 실선은 저항온도측정부(80)의 온도-저항 특성을 나타내며, 점선은 참고선으로서 직선이다. 도면에서 확인할 수 있는 것과 같이 저항온도측정부(80)의 온도-저항 특성은 직선에 가까운 1차함수의 형태로, 구체적인 피팅(fitting)을 통해 정확한 온도-저항 관계를 확보할 수 있다. 따라서 이와 같은 저항온도측정부(80)를 구비한 써모파일 패키지(100)의 경우, 저항온도측정부(80)가 주변부의 온도를 측정하고, 열전쌍(10, 20)들을 통해 고온부(A)와 저온부(B) 사이의 온도차를 정확하게 센싱함으로써, 결과적으로 고온부(A)의 절대온도를 정확하게 센싱할 수 있다.The resistance temperature measuring unit 80 may be formed of platinum and / or nickel. 5 is a graph schematically illustrating a temperature-resistance characteristic when the resistance temperature measuring part of FIG. 4 is formed of platinum. In FIG. 5, the solid line represents the temperature-resistance characteristic of the resistance temperature measuring unit 80, and the dotted line is a straight line as a reference line. As can be seen in the figure, the temperature-resistance characteristic of the resistance temperature measuring unit 80 is in the form of a first-order function close to a straight line. Therefore, in the case of the thermopile package 100 having the resistance temperature measuring unit 80, the resistance temperature measuring unit 80 measures the temperature of the peripheral portion, and the high temperature unit A and the thermocouples 10 and 20 are connected to each other. By accurately sensing the temperature difference between the low temperature portions B, as a result, the absolute temperature of the high temperature portions A can be accurately sensed.

이러한 저항온도측정부(80)는 실리콘층(50)에 대응하는 부분에 배치될 수 있다. 실리콘층(50)은 저온부(B)를 형성하는바, 이를 통해 저항온도측정부(80)가 저온부(B)의 온도를 측정하도록 할 수 있다.The resistance temperature measuring unit 80 may be disposed at a portion corresponding to the silicon layer 50. The silicon layer 50 forms the low temperature portion B, through which the resistance temperature measuring unit 80 may measure the temperature of the low temperature portion B.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

10, 20: 열전쌍 11, 21: 제1극
12, 22: 제2극 13: 제1연결부재
30: 제2연결부재 40: 산화물층
60: 흡수층 70: 절연부
80: 저항온도측정부 100: 써모파일 패키지10, 20: thermocouple 11, 21: first pole
12, 22: second pole 13: the first connecting member
30: second connection member 40: oxide layer
60: absorber layer 70: insulation
80: resistance temperature measurement unit 100: thermopile package

Claims (7)

비스무스텔루라이드를 포함하고 제1축을 따라 연장되며 제1평면 상에 배치된 제1극과, 안티모니텔루라이드를 포함하고 제2축을 따라 연장되며 제2평면 상에 배치되되 상기 제1극과 일단에서 전기적으로 연결된 제2극을 갖는, 복수개의 열전쌍;
상기 제1극과 상기 제2극이 상기 일단에서 전기적으로 연결되도록 상기 제1평면과 상기 제2평면 사이에 개재된 절연층;
상기 복수개의 열전쌍의 타단에 대응하는 부분 하부에 배치된 실리콘층; 및
상기 실리콘층에 대응하는 부분에 배치된, 온도에 따라 저항이 가변하는 저항온도측정부;
를 구비하는, 써모파일 패키지.A first pole comprising bismustelluride and extending along a first axis and disposed on a first plane, the first pole comprising antimony telluride and extending along a second axis and disposed on a second plane, wherein A plurality of thermocouples having a second pole electrically connected thereto;
An insulating layer interposed between the first plane and the second plane such that the first pole and the second pole are electrically connected at the one end;
A silicon layer disposed under a portion corresponding to the other ends of the plurality of thermocouples; And
A resistance temperature measuring unit arranged at a portion corresponding to the silicon layer, the resistance of which varies with temperature;
With a thermopile package. 제1항에 있어서,
상기 열전쌍은 직렬연결된, 써모파일 패키지.The method of claim 1,
And the thermocouple is serially connected. 제2항에 있어서,
상호 인접한 두 개의 열전쌍들 중 일 열전쌍의 제1극과 타 열전쌍의 제2극이 상기 타단에서 전기적으로 연결된, 써모파일 패키지.The method of claim 2,
The thermopile package of claim 1, wherein a first pole of one thermocouple and a second pole of another thermocouple are electrically connected at the other end of two adjacent thermocouples. 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일단에 대응하는 부분 상부에 배치된 흡수층을 더 포함하는, 써모파일 패키지.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The thermopile package further comprising an absorbent layer disposed over the portion corresponding to the one end. 제5항에 있어서,
상기 흡수층과 상기 실리콘층은 상호 중첩되지 않는, 써모파일 패키지.The method of claim 5,
And the absorbent layer and the silicon layer do not overlap each other. 삭제delete
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