KR101944036B1 - 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법 - Google Patents

열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101944036B1
KR101944036B1 KR1020170011278A KR20170011278A KR101944036B1 KR 101944036 B1 KR101944036 B1 KR 101944036B1 KR 1020170011278 A KR1020170011278 A KR 1020170011278A KR 20170011278 A KR20170011278 A KR 20170011278A KR 101944036 B1 KR101944036 B1 KR 101944036B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
thin film
nanoparticles
multilayer thin
dispersed
Prior art date
Application number
KR1020170011278A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180087056A (ko
Inventor
정재필
임동욱
정도현
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020170011278A priority Critical patent/KR101944036B1/ko
Publication of KR20180087056A publication Critical patent/KR20180087056A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101944036B1 publication Critical patent/KR101944036B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01L35/12—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H01L35/04—
    • H01L35/14—
    • H01L35/16—
    • H01L35/18—
    • H01L35/20—
    • H01L35/34—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/854—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising only metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전해도금을 이용하여 나노입자가 분산된 금속다층박막을 제조하고, 이를 접합재로 사용하여 열전소자 및 초경재료를 접합하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 접합재를 이용한 열전소자 및 초경재료의 접합 시, 종래기술보다 낮은 온도에서 피접합재를 접합하여, 서로 다른 두 소재 간 열팽창계수 차이에 의한 열 응력을 감소시킬 수 있으며, 상기 접합재 내 분산된 나노입자가 피접합재 접합부의 인장강도, 항복강도, 인성(toughness) 등 기계적 특성을 향상시키고, 이에 따라 저온에서 접합하여도 열전소자 및 초경재료에 우수한 기계적 신뢰성과 긴 수명을 제공할 수 있다.

Description

열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법{Thermoelectric element, Method of preparing the same and Bonding Method of super hard material}
본 발명은 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 이용한 열전소자 및 초경재료 접합방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전해도금을 이용하여 나노입자가 분산된 금속다층박막을 제조하고, 이를 접합재로 사용하여 열전소자 및 초경재료를 접합하는 방법에 관한 것이다.
상세하게는, 융점 이상의 고온에서 접합이 이루어지는 기존의 접합재와 달리, 본 발명은 벌크 조성 합금의 융점보다 낮은 온도에서 피접합재를 접합하여, 서로 다른 두 소재(피접합재) 간 열팽창계수 차이에 의한 열 응력을 감소시키는 특징이 있다. 이러한 나노입자 분산 금속다층박막 접합재를 이용하여 열전소자 및 초경재료를 열 손상 없이 접합 하는 방법에 관한 것이다.
또한, 접합재 내 나노입자 강화재가 내부에 분산되어 접합부의 인장강도, 항복강도, 인성(toughness) 등 기계적 특성을 향상시키고, 저온에서 접합하여도 우수한 기계적 신뢰성과 긴 수명을 제공할 수 있는 열전소자 및 초경재료 접합방법에 관한 것이다.
열전소자는 일반적으로 Mg-Si계, Zn-Sb계, Ag-Sb-Te계, Bi-Te계 등의 열전반도체로 만든 p-n 접합을 이용한 열전소자 형태로 제조된다. 이러한 재료들은 p-type 또는 n-type 반도체로 제조되어 전극과의 접합에 의해 직렬로 연결되고, 외부 회로 등과 연결된다. 도 1에 이와 같은 구조를 갖는 열전소자의 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 열전소자의 정면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 열전소자는 크게 세라믹 절연기판, 금속 전극, 열전반도체로 구성되며, 정공(hole)이 이동하는 p-type 열전반도체와 전자(electron)가 이동하는 n-type 열전반도체가 금속 전극을 통해 직렬로 연결된 단일모듈 형태를 갖는다. 여기서 열전반도체와 금속 전극 사이에는 접합매개물이 배치되어 이들 간 안정적인 결합을 제공한다.
이와 같은 구조의 열전소자가 구동되는 작동 상태는 n-type 열전반도체와 p-type 열전반도체가 상부와 하부에 각각 배치된 금속 전극을 통해 전기적으로 직렬 연결되어 금속 전극과 연결된 외부로부터의 리드 선을 통해 외부로부터 직류 전류(DC)를 전송 받거나 전송한다.
예를 들어 이러한 열전소자가 직류 전류를 전송받는 경우, (-)로 대전된 금속 전극/열전반도체 접점에서는 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 열전반도체 내부로 이동하여 흡열이 일어나고, (+)로 대전된 금속 전극/열전반도체 접점에서는 전자의 열에너지 방출에 의해 방열이 일어나게 된다. 반대로 열전소자가 직류 전류를 전송하는 경우, 세라믹 절연기판을 통해 외부로부터 열을 흡수한 금속 전극/열전반도체 접점은 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 열전반도체의 내부로 이동하면서 기전력을 발생시켜 리드 선을 통해 외부로 전류를 전송하게 된다.
이러한 작동 방식의 열전소자에서 전극과 열전반도체 사이에 배치된 접합매개물들은 상대적으로 열을 많이 받게 되므로 열적 안정성이 저하되고, 전극과 열전반도체 간의 열팽창계수 차이로 인해 고온에서 부정합이 발생하여 계면분리 현상이 나타날 수 있다.
한편, 종래의 열전소자에 사용되는 접합매개물로는 솔더(융점 450 이하)와 브레이징용 필러메탈(융점 450 이상)이 있다. 솔더를 사용하는 경우, 융점이 낮아 접합이 용이하고, 접합 후 잔류응력이 적은 장점이 있지만, 고온의 환경에서 사용 시 고온강도가 낮고 접합계면이 용융되는 단점이 있다. 또한, Sn계, Sn-Ag계, Cu-Sn계 솔더를 사용하는 경우, 열전소자 사용 중 접합계면을 따라 Cu6Sn5 또는 Cu3Sn 등 취성(brittleness)을 갖는 금속간화합물이 생성된다. 이 과정에서 Cu의 확산속도가 Sn보다 빨라 Cu회로 쪽에 기공(Kirkendall void)이 생성되며, 이 부분을 따라서 파괴가 일어나거나 전자의 이동이 저하되기 때문에 열전소자의 수명 단축을 야기한다.
브레이징용 필러메탈을 사용하는 경우, 융점이 높이 때문에 고온에서 접합이 이루어진다. 이 때 접합온도가 너무 높으면, 접합 후 접합계면에 높은 응력이 발생하여 열전소자에 손상을 줄 수 있다. 브레이징 온도를 낮추기 위해서는 Ag가 40% 정도 함유된 은납을 사용하기도 하지만, 이 경우 가격이 높아지는 단점이 있다.
이러한 솔더와 브레이징용 필러메탈을 사용하는 경우 합금재료의 용융점에 의해 접합온도가 결정되며, 접합매개물로 사용되는 합금은 열전반도체 및 전극보다 융점이 낮아야 한다. 또한, 열전소자는 고온의 환경에서 사용되는데 이러한 경우, 융점이 낮은 재료에서 크리프(creep) 현상이 발생할 수 있다.
공구강의 경우, 일반적으로 건축물이나 자동차, 선박, 비행기, 열차 등의 수송기기, 및 각종 배관, 파이프 등의 구조물에는 금속, 합금, 및 금속과 합금 간 접합이 필요한 부분이 많으며, 이러한 접합에는 대부분 아크용접 기술을 이용한 고온 용융 용접 방식이 사용되고 있다.
그러나 용융 접합, 또는 용접 공정은 작업 온도가 높아 미세구조의 조대화, 열 영향부의 형성 등 용접부 주변의 피접합재 조직을 변화시켜 접합부의 기계적 물성을 저하시키는 문제점을 가질 뿐만 아니라, 고온 처리에 의한 내부응력 형성으로 인해 응력부식균열과 같은 소재의 결함을 초래한다. 이에 따라, 최근에는 이러한 구조 부품의 금속, 합금, 및 금속과 합금 간 접합에 인장강도, 항복강도, 및 인성(toughness) 등 기계적 특성의 향상과 누설 방지 특성을 부여할 수 있는 저온 고상 접합 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 3에는 종래기술에서 공구강과 초경합금의 접합 과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 종래기술(일본특허공개공보 소60-250872)(10)을 통한 공구강과 초경합금의 접합방법은 초경합금(12)과 공구강(11)을 Ni과 Co의 분말상 삽입금속(13)을 사용하여 접합하는 것으로, 그 접합계면의 중앙부에 요철이 형성되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 별도로 공구강(11)을 가공해야 한다는 불편이 따른다. 또한, 접합부의 결함을 제거하여 접합강도를 향상시키기 위해서는 접합면에 적당한 조도를 부여하는 것이 중요한데, 요철가공에 따라 표면연마가 힘들어 적당한 표면조도를 부여할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 공구강은 열팽창계수가 큰 반면 초경합금은 열팽창계수가 작기 때문에, 그 차이에 의해 접합 시 응력이 발생하여 초경합금에 균열이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
도 4에는 Ni(니켈)계 금속 접합재를 이용하여 공구강과 초경합금을 접합하는 종래기술의 접합과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 종래기술(국내특허출원 1999-0033635)(20)을 통한 공구강과 초경합금의 접합방법은 공구강(21)과 초경합금(22)을 접합하기 위해, 소정의 조도로 연마된 공구강(21)과 초경합금(22)사이에 접합매개물로서 포일(foil) 형태의 Ni계 금속(23)을 삽입하고, 가열 접합 시 그 응고 폭과 반응 층의 크기를 적절히 조절함으로써 우수한 강도를 갖는 공구강과 초경합금의 접합을 제공한다.
그러나, 이 기술의 경우 별도의 시편 고정 장치가 필요하며, 삽입 금속의 흐름방지제(24)를 도포해야 하는 불편함이 있다. 또한, Ni계 삽입금속의 융점은 1455로 매우 높아 접합온도에 소모되는 에너지가 증가하고, 피접합재에 열 손상을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
이와 같이, 기존의 벌크(bulk) 형태의 접합매개물을 사용하여 접합할 경우, 접합매개물의 융점보다 높은 온도에서 접합이 이루어지므로, 가열에 따른 에너지 소모가 크고, 피접합재에 열 손상을 유발할 수 있다.
따라서 열전소자 및 초경재료 접합 시, 접합매개물은 열전소자 및 초경재료가 사용되는 온도에서 용융되지 않을 정도로 융점이 높은 브레이징용 필러메탈의 성능을 나타내면서, 열전소자 및 초경재료의 변형과 훼손을 최소화할 수 있도록 저온에서도 용이하게 접합할 수 있고, 고온의 환경에서 사용 시 높은 접합강도와 신뢰성을 가지며, 가격은 저렴한 재료가 요구된다.
관련 선행특허
(특허문헌 1) KR 2012-0123829 A
(특허문헌 2) KR 2013-0013722 A
(특허문헌 3) 일본특허공개공보 소60-250872
(특허문헌 4) 국내특허출원 1999-0033635
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기술에 비해 낮은 온도에서 피접합재를 접합하여, 서로 다른 두 소재(피접합재) 간 열팽창계수 차이에 의한 열 응력을 감소시키는 특징이 있다. 이러한 나노입자 분산 금속다층박막 접합재를 이용하여 열전소자 및 초경재료를 열 손상 없이 접합 하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 접합재를 이용한 피접합재의 접합 시, 비정질의 특성을 갖는 금속다층박막이 용융되어 결정화되고, 접합이 완료된 후에는 접합재의 융점이 이를 구성하는 전체 벌크 조성의 합금만큼 상승하여, 접합온도보다 고온에서 내열성을 갖는 접합재를 이용한 열전소자 및 초경재료 접합방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 접합재 내부에 강화재로 첨가된 나노입자가 열전반도체와 전극, 및 공구강과 초경합금 간 접합부의 인장강도, 항복강도, 인성(toughness) 등 기계적 특성을 향상시킴으로써 저온에서 접합하여도 우수한 기계적 신뢰성과 긴 수명을 제공할 수 있는 접합재를 이용한 열전소자 및 초경재료 접합방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상부전극, 열전반도체, 및 하부전극을 포함하고, 상부전극과 열전반도체, 하부전극을 접합하여 열전소자를 제조하기 위해 상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부, 또는 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성되어 있는 열전소자를 제공한다.
상기 상부전극과 열전반도체, 하부전극을 접합하여 열전소자를 제조하기 위해 상기 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성되어 있는 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 전극 또는 열전반도체의 표면에 도금된 금속다층박막 형태, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet) 형태, 포일 시트의 분쇄입자 형태, 포일 시트의 분쇄입자와 액체를 혼합하여 제조한 페이스트 형태, 및 표면에 상기 접합재 층을 형성한 금속입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형태로 비정질 특성을 갖는 접합재가 형성되어 있는 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 서로 다른 종류의 금속박막이 적어도 2층 이상 교대로 적층되어 있는 구조의 비정질 특성을 갖는 접합재인 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막 내 나노입자가 분산된 접합재인 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이 범위의 곡률을 갖는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화할 수 있는 접합재인 열전소자일 수 있다. 상기 변화하는 곡률의 범위는 전술한 바와 같다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자일 수 있다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 열전소자일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 1㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자일 수 있다.
상기 상부전극 또는 하부전극은 금속 전극, 세라믹 전극, 및 플라스틱 전극으로 이루어진 군에서 선택된 전극인 열전소자일 수 있다.
본 발명은 또한, 상부전극, 열전반도체, 및 하부전극을 각각 준비하는 단계, 상기 상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부, 또는 상기 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부, 또는 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 접합재 형성단계, 및 상기 상부전극과 하부전극 사이에 열전반도체를 배치하고, 상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성된 접합 예정부의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 열전반도체와 전극을 가압함으로써 접합하는 접합단계를 포함하는 열전소자의 제조방법을 제공한다.
상기 접합재 형성단계는 전해도금을 이용하여 전극 또는 열전반도체의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet)를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 상기 접합재 층을 형성한 금속입자를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 단계인 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이 범위의 곡률을 갖는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화할 수 있는 접합재인 열전소자의 제조방법일 수 있다. 상기 곡률의 변화는 전술한 바와 같은 범위로 이루어 질 수 있다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 1㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자의 제조방법일 수 있다.
상기 상부전극 또는 하부전극은 금속 전극, 세라믹 전극, 및 플라스틱 전극으로 이루어진 군에서 선택된 전극인 열전소자의 제조방법일 수 있다.
본 발명은 또한, 제1초경재료, 코어메탈, 및 제2초경재료를 각각 준비하는 단계, 상기 제1초경재료, 코어메탈, 및 제2초경재료를 포함하고, 제1초경재료와 코어메탈, 제2초경재료를 접합하기 위해 제1초경재료와 코어메탈 사이의 제1접합 예정부, 또는 코어메탈과 제2초경재료 사이의 제2접합 예정부, 또는 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 접합재 형성단계, 및 상기 제1초경재료와 제2초경재료 사이에 코어메탈을 배치하고, 상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성된 접합 예정부의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 제1초경재료와 제2초경재료를 가압함으로써 접합하는 접합단계를 포함하는 초경재료의 접합방법을 제공한다.
상기 접합재 형성단계는 전해도금을 이용하여 코어메탈의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet)를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 상기 접합재 층을 형성한 금속입자를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 단계인 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이 범위의 곡률을 갖는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막이 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화할 수 있는 접합재인 초경재료의 접합방법일 수 있다. 상기 곡률 변화 범위는 전술한 바와 같다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 1㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 초경재료의 접합방법일 수 있다.
상기 제1초경재료는 공구강(tool steel)이고, 제2초경재료는 초경합금(hard metal)인 초경재료의 접합방법일 수 있다.
본 발명에 따른 열전소자 및 초경재료의 접합방법에 의하면, 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 이용하여 융점 이상의 고온에서 접합이 이루어지는 기존의 접합재와 달리, 본 발명은 벌크 조성 합금의 융점보다 낮은 온도에서 피접합재를 접합하여, 서로 다른 두 소재(피접합재) 간 열팽창계수 차이에 의한 열 응력을 감소시키는 특징이 있다. 이러한 나노입자 분산 금속다층박막 접합재를 이용하여 열전소자 및 초경재료를 열 손상 없이 접합 하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 이용하여 열전소자 및 초경합금 접합 시, 비정질의 특성을 갖는 금속다층박막이 용융되어 결정화되고, 접합이 완료된 후에는 상기 접합재의 융점이 이를 구성하는 전체 벌크 조성의 합금만큼 상승하여 접합온도보다 고온에서 내열성을 갖는 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 접합재 내부에 강화재로 첨가된 나노입자가 열전소자 및 초경합금 접합 시 접합부의 인장강도, 항복강도, 인성(toughness) 등 기계적 특성을 향상시킴으로써 저온에서 접합하여도 우수한 기계적 신뢰성과 긴 수명을 제공할 수 있는 접합재를 이용한 열전소자 및 초경합금의 접합방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술로 제조한 열전소자의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열전소자의 정면도이다.
도 3은 종래기술에서 공구강과 초경합금의 접합 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 종래기술에서 Ni(니켈)계 금속을 이용하여 공구강과 초경합금을 접합 과정을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자와 열전반도체 전극의 접합부를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자와 열전반도체 전극의 접합부를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공구강과 초경합금의 접합 모습을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 공구강과 초경합금의 접합과정을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 접합방법을 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 초경재료의 접합방법을 나타낸 블록도이다.
도 11은 금속분말의 입자크기에 따른 융점 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에서 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재의 시차주사열량계(DSC) 가열 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재의 접합 전 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 제조한 저온용 열전소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 제조한 저온용 열전소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 제조한 고온용 열전소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 제조한 고온용 열전소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 열전소자용 TiO2 나노입자가 분산된 Ni-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 구리전극과 니켈소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 열전소자용 TiO2 나노입자가 분산된 Ni-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 구리전극과 니켈소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 공구강과 초경합금의 접합 이미지이다.
이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 이용한 열전소자와 그 제조방법, 및 초경재료의 접합방법에 대한 실시예의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 일실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 일실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 열전반도체와 전극의 접합부를 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 열전반도체와 전극의 접합부를 나타낸 정면도가 도시되어 있다.
또한, 도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 공구강과 초경합금의 접합 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 공구강과 초경합금의 접합과정을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 열전소자는 상부전극과 하부전극 사이에 열전반도체가 배치되어 상부전극과 하부전극을 전기적으로 연결하는 구조로 이루어져 있으며, 상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부와 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부에 각각 접합재가 형성된 구조로 이루어져 있다. 또한, 상부전극과 하부전극 쪽에는 각각 상부 세라믹 기판 및 하부 세라믹 기판을 배치하여 열전소자로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초경재료의 접합방법은 공구강과 초경합금 사이에 코어메탈이 배치된 구조로 이루어져 있으며, 제1초경재료(공구강)과 코어메탈 사이의 제1접합 예정부와 코어메탈과 제2초경재료(초경합금) 사이의 제2접합 예정부에 각각 접합재가 형성된 구조로 이루어져 있다.
따라서 본 발명에 따른 열전소자의 제조방법 및 초경재료의 접합방법은 각각의 제1접합 예정부와 제2접합 예정부에 형성된 접합재에 의해 열전반도체와 전극들 사이, 및 공구강과 초경재료 사이의 접합계면에서 균열이나 기공의 생성을 억제하여 우수한 접합을 나타내며, 계면 정합이 잘 이루어져 인장력에 대한 강성이 우수하고, 고온에서도 계면분리가 일어나지 않으므로 고온에서의 신뢰성을 높일 수 있다.
경우에 따라서 열전반도체, 공구강, 및 초경합금의 접합표면에는 피접합재 내부로 접합재를 구성하는 금속원자의 확산을 방지하기 위해 Ni, Cu, Sn, Ag, Pt, Pd, Ti, 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 층을 코팅할 수 있다. 여기서 열전반도체는 p-type 반도체와 n-type 반도체가 전극들 사이에 교대로 배열되어, 고온부에서 흡수된 열을 저온부로 전달하는 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 고온부와 저온부의 온도차에 의해 p-type 반도체에서는 고온부로부터 저온부 방향으로 홀이 움직이게 되고, n-type 반도체에서는 고온부로부터 저온부 방향으로 전자가 움직이게 되며, 이러한 홀과 전자의 움직임에 따라 전류가 흐를 수 있다.
상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 다양한 형태로 열전소자의 제1접합 예정부와 제2접합 예정부, 및 초경재료 접합 시 제1접합 예정부와 제2접합 예정부에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 전극들이나 열전반도체 및 코어메탈의 표면에 도금된 금속다층박막 형태, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet) 형태, 포일 시트의 분쇄입자 형태, 포일 시트의 분쇄입자와 액체를 혼합하여 제조한 페이스트 형태, 및 표면에 접합재 층을 형성한 금속입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형태로 배치될 수 있다.
상기 포일 시트의 분쇄입자와 액체를 혼합하여 제조한 페이스트 형태에서 액체는 용제로서 예를 들어, 알콜류, 페놀류, 에테르류, 아세톤류, 탄소수 5~18개의 지방족 탄화수소, 등유, 경유, 톨루엔, 크렌실 등의 방향족 탄화수소, 실리콘 오일 등을 사용할 수 있으며, 이중에서도 물에 대한 용해도를 어느 정도 가진 알콜류, 에테르류, 및 아세톤류가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 각각의 접합 예정부는 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재로 구성되어 있으며, 바람직하게는 서로 다른 종류의 금속박막이 2층 이상 교대로 적층되어 있는 금속다층박막 구조로 형성할 수 있으며, 비정질의 특성을 갖기 위해 한 금속박막 한 층이 1nm에서 1㎛ 범위의 두께로 형성될 수 있으며, 내부에 나노입자가 균일하게 분산되어 접합부의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 금속다층박막은 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인, 보다 구체적으로, 20°이상 60°이하인 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있다.
상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹은 약 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이 범위의 곡률을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 0.02㎛-1 이상 및 0.04㎛-1 이하 사이 범위의 곡률을 가질 수 있다. 또한, 상기 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹과 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 급격히 변화할 수 있다.
상기 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹은 2개의 상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹 사이에 형성되며, 상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 경계를 공유하고, 경계를 기준으로 곡률이 급격히 변화할 수 있다.
상기 2층 이상 교대로 적층되는 서로 다른 종류의 금속박막은 한 층의 두께가 1nm 미만으로 형성될 경우, 비정질의 결정화 시 발열반응에 의해 일반적인 종래의 접합온도보다 현저히 낮은 온도에서도 열전반도체와 전극, 및 공구강과 초경합금을 접합할 수 있는 장점이 있으나, 박막의 형성이 까다롭고, 제조비용이 크게 증가할 수 있다. 반면, 금속박막 한 층의 두께가 1㎛를 초과하는 경우, 접합온도가 상승할 수 있다.
또한, 상기 2층 이상 교대로 적층되는 서로 다른 종류의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 적어도 하나 선택될 수 있다.
또한, 상기 2층 이상 교대로 적층되는 서로 다른 종류의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 적어도 하나 선택될 수 있다.
상기 금속다층박막 내 균일하게 분산되어 있는 나노입자는 단일 또는 다종의 입자로 구성되어 있으며, 접합계면을 따라 생성되는 취성의 금속간화합물을 억제하고, 분산강화로 인해 접합재의 기계적 특성을 향상시킴으로써, 상기 접합재를 이용하여 열전반도체와 전극, 및 공구강과 초경합금을 접합 시 저온에서도 우수한 접합강도와 접합부 신뢰성을 가질 수 있도록 한다.
또한, 상기 금속다층박막 내 균일하게 분산되어 있는 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속다층박막 내 균일하게 분산되어 있는 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속다층박막 내 균일하게 분산되어 있는 나노입자는, 전해도금을 통한 접합재 제조 시 상기 금속박막과 용이하게 공석될 수 있도록, 그 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있으며, 이는 나노입자의 재질과 상이할 수 있다.
상기 금속 코팅층은 Pt(백금), Sn(주석), Cu(구리), Ti(티타늄), Zn(아연), Ni(니켈), Ag(은), In(인듐), 및 Pd(팔라듐) 금속 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이러한 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 비정질의 특성을 지니며, 비정질의 결정화 시 발생하는 열로 인해, 나노분말처럼 저온 접합용으로 사용할 수 있고, 결정화 된 이후에는 접합재를 구성하는 전체 벌크 조성의 합금만큼 융점이 상승하여 접합온도보다 고온에서 열전소자 및 초경재료의 사용이 가능하다.
한편, 본 발명에 의한 열전소자의 제조방법에서 상기 상부전극 또는 하부전극을 구성하는 소재는 전기 전도성이 있는 소재이면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 금속 전극, 세라믹 전극, 및 플라스틱 전극으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 열전소자의 제조방법에서 상부전극, 열전반도체, 및 하부전극을 각각 준비하는 단계, 상기 상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부, 또는 상기 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부, 또는 상기 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재 형성 단계, 및 상기 상부전극과 하부전극 사이에 열전반도체를 배치하고, 상기 접합재가 형성된 접합 예정부를 접합재의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 열전반도체와 전극을 가압함으로써 접합하는 단계를 포함하는 열전소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 초경재료의 접합방법에서 제1초경재료, 코어메탈, 및 제2초경재료를 각각 준비하는 단계, 상기 제1초경재료, 코어메탈, 및 제2초경재료를 포함하고, 제1초경재료와 코어메탈, 제2초경재료를 접합하기 위해 제1초경재료와 코어메탈 사이의 제1접합 예정부, 또는 코어메탈과 제2초경재료 사이의 제2접합 예정부, 또는 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 접합재 형성단계, 및 상기 제1초경재료와 제2초경재료 사이에 코어메탈을 배치하고, 상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성된 접합 예정부의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 제1초경재료와 제2초경재료를 가압함으로써 접합하는 접합단계를 포함하는 초경재료의 접합방법을 제공한다.
도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법을 나타낸 블록도가 도시되어 있으며, 도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 초경재료의 접합방법을 나타낸 블록도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 열전소자의 제조방법은, 전극의 산화피막 제거 전처리를 수행하여, 상부전극 및 하부전극을 각각 준비하고, 열전반도체를 준비하는 단계, 상부전극과 하부전극에 각각 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 열전반도체와 상기 접합재를 형성한 전극들을 정렬하고, 접합재를 용융 온도범위로 가열하여 전극과 열전반도체를 접합하는 단계, 상부전극과 하부전극에 각각 세라믹 절연기판을 접합하는 단계, 열전소자 제조완료 단계를 순차적으로 수행하는 것으로 이루어질 수 있으며,
본 발명에 따른 초경재료의 접합방법은, 코어메탈을 준비하여, 코어메탈의 산화피막 제거 전처리를 수행하는 단계, 코어메탈을 가공 및 압연하여 박판의 형태로 제조하는 단계, 코어메탈의 상부와 하부에 각각 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 제1초경재료와 상기 접합재가 형성된 코어메탈, 제2초경재료를 정렬하고, 접합재를 용융 온도범위로 가열하여 제1초경재료와 제2초경재료를 접합하는 단계, 초경재료 접합완료 단계를 순차적으로 수행하는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 열전소자 및 초경재료의 접합방법은, 각각의 접합 예정부에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성함으로써 접합온도를 감소시키고, 접합재와 전극, 또는 열전소자의 계면에 생성되는 취성의 금속간화합물 두께가 얇아진다. 이러한 금속간화합물 두께 감소와 상기 나노입자로 인한 분산강화로 접합부의 기계적 특성을 향상시키고, 이로 인해 접합부의 강도와 신뢰성이 증가된다. 또한, 용융-응고 후에는 융점이 높아지는 상기 접합재의 특성을 이용하여 고온 환경에서 열전소자나 초경재료의 접합부 등에 발생할 수 있는 크리프 현상을 억제할 수 있다. 또한, 종래기술의 접합방법보다 훨씬 낮은 온도에서 접합이 가능하기 때문에, 접합 시 열응력에 의한 열전소자의 손상을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 접합재는 분말이 아닌 비정질 특성을 갖는 안전한 금속다층박막 형태로 이루어져 있지만, 나노 사이즈의 금속분말 상태와 유사하게 그 융점이 통상의 벌크 합금에 비해 낮아지는 현상을 갖는다. 참고로, 재료의 분말은 그 입자크기가 작아짐에 따라 융점이 점점 낮아진다. 예를 들어, 금속분말은 입자의 직경(d)에 따라 그 융점(TM(d))이 아래의 Gibbs Thomson 식과 같이 벌크 금속의 융점(TMB)에 비해 저하된다. 따라서 입자의 직경 d가 작아질수록 그 융점은 저하된다.
Figure 112017008582218-pat00001
도 11에서 볼 수 있는 바와 같이 재료의 입자크기가 작아질수록, 그 융점이 서서히 낮아지다가 입자크기가 3nm 이하가 되는 시점부터는 그 융점이 현저하게 떨어지는 것을 관찰할 수 있다.
상기 비정질 특성을 갖는 금속다층박막을 포함하는 접합재의 형성단계는, 예를 들어 열전소자의 제조방법에서, 전해도금을 이용하여 전극, 또는 열전반도체의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 상기 접합재를 이용하여 제조한 포일 시트를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 접합재 층을 형성한 금속입자를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 단계로 수행될 수 있다.
또한, 초경재료의 접합방법에서, 전해도금을 이용하여 코어메탈의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 상기 접합재를 이용하여 제조한 포일 시트를 공구강과 코어메탈 사이, 및 코어메탈과 초경합금 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 공구강과 코어메탈 사이, 및 코어메탈과 초경합금 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 공구강과 코어메탈 사이, 및 코어메탈과 초경합금 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 접합재 층을 형성한 금속입자를 공구강과 코어메탈 사이, 및 코어메탈과 초경합금 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 단계로 수행될 수 있다.
이러한 비정질 특성을 갖는 금속다층박막은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 나노 사이즈 분말 등의 분말형 접합매개물은 금속분말 표면에 산화막이 존재하게 된다. 반면, 상기 금속다층박막은 도금액 내에서 도금되기 때문에 대기와 직접 접촉하지 않아 산화가 거의 없다.
둘째, 곡면이나 수직면 등에 구애되지 않고 적용 가능하기 때문에, 전극 등의 피 접합재의 곡면이나 수직면에 도포하여 사용하기 어려운 솔더 페이스트 형태의 접합매개물의 단점을 보완할 수 있다.
셋째, 도금된 금속다층박막을 떼어내 포일(foil) 형태로 사용하면, 피 접합재와 독립적으로 따로 취급 가능하며, 저온 접합재료로 사용할 수 있다.
넷째, 귀금속은 물론 일반 금속, 예를 들어 구리, 주석, 아연, 니켈 등의 다양한 금속, 모두 전해도금을 통해 금속다층박막으로 형성할 수 있기 때문에, 접합매개물의 가격이 분말 형태의 접합매개물에 비해 매우 저렴해진다.
다섯째, 분말 형태 접합매개물은 급격한 산화 및 발열로 인해 폭발이나 화재의 위험이 있는 반면, 상기 금속다층박막을 포함한 접합재는 다층으로 이루어진 벌크 형태로서 취급이 가능하고, 안전하다.
여섯째, 스퍼터링 등 물리적 증착법(PVD, physical vapor deposition)에 비해, 상기 금속다층박막의 형성방법은 전해도금을 사용하여 간편하게 대량 생산이 가능한 방법이다.
일곱째, 상기 금속다층박막은 도금조건을 조절하여 각각의 도금층이 비정질에서 결정질로 상변화 시 발열되는 특성을 갖도록 얇은 두께로 제조가 가능하다.
여덟째, 종래의 접합기술에 비해 접합온도를 크게 낮출 수 있어 에너지 가격을 크게 절약할 수 있다. 보다 구체적으로, 전자산업에서 많이 사용되는 Sn-3.5Ag 솔더는 용융점이 약 221로서, 통상 250 내외의 온도에서 접합이 이루어지는 반면, Sn과 Ag와 같은 금속원소를 포함하는 박막을 교대로 적층한 구조의 금속다층박막을 이용하면, 접합온도가 약 160 내외, 또는 그 이하의 온도로 감소하는 장점이 있다.
상기 접합 예정부의 접합온도는 피 접합재의 융점 이하이며, 또한, 상기 접합 예정부를 이루는 각각의 박막에 포함되는 원소들의 융점, 또는 상기 원소들의 합금의 융점 이하이며, 또한, 상기 접합재의 발열반응이 나타나는 피크 이상의 온도범위로 설정할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 Bi-Sb계 열전반도체와 Cu 전극을 접합하였으며, 접합온도는 Cu-Sn 금속다층박막의 발열반응 이상의 온도인 160, 170에서 접합하였다. 또 다른 실시예에서는 Mg-Si계 열전반도체를 상기 접합재를 이용하여 Cu 전극과 접합하였으며, Mg-Si 합금의 융점 이하의 온도인 접합온도는 600에서 접합하였다.
종래기술의 방법으로 열전소자를 제조 시, 전극과 열전반도체의 접합을 위한 브레이징 또는 솔더링 기술에서는 접합을 위해 접합매개물을 그 융점 이상으로 가열하여 접합해왔다. 보다 구체적으로, 구리를 솔더링으로 접합 시, Cu-Sn계 솔더를 접합매개물로 사용하면 Cu-Sn계 합금 중 융점이 227로 가장 낮은 공정조성의 Sn-0.7Cu 솔더를 사용하며, 솔더링 온도는 솔더의 융점보다 30 이상 높은 약 260 내외이다.
반면, 본 발명의 열전소자 제조방법에서는 전극과 열전반도체 사이의 접합 예정부에 상기 접합재를 형성하여 접합하므로, 예를 들어 Sn과 Cu로 이루어진 박막을 교대로 적층한 금속다층박막의 경우, 170 내외 또는 그 이하의 온도(박막 각 층의 두께가 얇아질수록 더 낮은 온도에서 접합 가능)에서 접합 가능하다.
한편, 접합재 내에 분산된 나노입자는 상기 금속다층박막이 결정화되어 벌크 합금을 이룰 때, 접종제로 작용하여 접합재 금속의 결정립을 미세화하며, 일반적으로 금속의 결정립이 미세하게 되면 아래와 같은 Hall-Petch 식에 의해 항복강도와 인장강도 및 인성이 증가한다.
Figure 112017008582218-pat00002
또한, 분산강화 이론에 의하면, 합금 내 분산된 나노입자들은 결정립이나 전위를 결속시킴으로써 입계 슬라이딩 현상(grain boundary sliding)을 방지하여 기지의 강도를 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 열전소자 제조방법 및 초경재료 접합방법에서 사용하는 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 내부에 나노입자를 분산시켜 제조한 것으로, 금속다층박막이 비정질의 특성을 갖기 때문에 접합재를 구성하는 전체 벌크 조성 합금의 융점보다 낮은 온도에서 용융되는 것이 가능하며, 접합이 완료된 후에는 접합재의 융점이 이를 구성하는 전체 벌크 조성의 합금만큼 상승한다. 또한, 금속다층박막 내부에 분산된 나노입자가 강화재로 작용하여 접합이 완료된 후 접합재의 결정구조를 미세화하고, 항복강도와 인장강도 및 인성을 향상시킨다.
도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재의 시차주사열량계(DSC) 가열 그래프가 도시되어 있고, 도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재의 접합 전 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있고, 도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용한 Bi-Sb 열전소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있고, 도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용한 Bi-Sb 열전소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지가 도시되어 있다.
도 16에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용한 Mg-Si 열전소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있고, 도 17에는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자의 제조방법에 사용된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용한 Mg-Si 열전소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지가 도시되어 있다.
도 18에는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 열전소자용 TiO2 나노입자가 분산된 Ni-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 구리전극과 니켈소자 접합부 미세구조의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있고, 도 19에는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 열전소자용 TiO2 나노입자가 분산된 Ni-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 구리전극과 니켈소자 접합부 미세구조의 원소를 분석한 에너지분산스펙트럼(EDS) 이미지가 도시되어 있다.
도 20에는 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 공구강과 초경합금의 접합 이미지가 도시되어 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 나노입자가 분산된 금속다층박막을 이용한 열전소자 및 그 제조방법에 대해 자세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 특성
본 발명에 따른 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 비정질 특성을 가지며, 비정질의 결정화 시 발생하는 열로 인해 나노분말처럼 저온 접합용으로 사용할 수 있고, 접합이 후에는 결정화되어 전체 벌크 조성의 합금만큼 접합재의 융점이 상승하여 접합온도보다 고온에서 열전소자를 사용할 수 있다. 이를 확인하기 위해 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 가열 전과 후의 접합재를 열분석 하였으며, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 접합재의 미세구조를 관찰하였다.
본 실시예는 전해도금을 이용하여 제조하였으며, 본 실시예의 제조에 사용된 도금액은 증류수에 주석(Sn)염과 구리(Cu)염이 첨가된 Cu-Sn 합금 도금액에 표면에 주석이 코팅된 TiO2 나노입자와 기타 도금 첨가제를 추가하여 제조하였다.
본 실시예는 상기 도금액에 -3A/dm2내지 -7A/dm2범위의 전류밀도 및 이에 상응하는 전압과 -0.1A/dm2 내지 -0.5A/dm2 범위의 전류밀도 및 이에 상응하는 전압을 펄스 형태로 가하여 10mm×10mm 면적의 티타늄(Ti) 판 위에 주석박막과 구리박막이 2층 이상 교대로 적층되도록 도금하는 동시에, 도금액 내의 주석이 코팅된 TiO2 나노입자가 도금되는 금속박막들에 매립되어 티타늄 판에 공석되도록 하여 제조하였다.
전해도금 종료 후 티타늄 판상에 전착된 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 다층박막 접합재를 분리하여 시차주사열량계로 융점을 측정하였으며, 상기 접합재를 추가로 제조하고, 이를 금속다층박막이 소멸되어 벌크 합금화되도록 10-5torr의 진공에서 160로 가열한 후 시차주사열량계를 이용하여 융점을 측정하였다.
도 12에 시차주사열량계를 이용하여 측정한 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 다층박막 접합재의 가열 전(접합 전)과 후(접합 후)의 가열곡선 그래프를 나타내었다. 가열 전의 비정질 특성을 갖는 접합재의 경우, 약 160에서 발열 피크(peak)가 나타나 결정화되는 것을 확인할 수 있으며, 가열 후 이미 결정화된 접합재의 경우, 약 225에서 흡열 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 상기 비정질의 특성을 갖는 접합재가 접합 전에는 약 160의 융점을 갖고, 접합이 완료된 후에는 전체 벌크 조성 합금의 융점인 약 225까지 융점이 상승한 것으로 나타났다.
도 13에는 금속다층박막이 결정화되기 전 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재의 미세구조를 분석한 주사전자현미경(SEM) 이미지로, 구리전극 상 전착된 상기 접합재를 Ethanol 92vol% - HCl 8vol% 부식액에 수초에서 수분 동안 잠입하여 주석 박막을 부식시킨 상태의 미세구조이다. 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 형성된 것을 알 수 있다.
< 실시예 2> 저온용 열전소자 접합
본 실시예에서는 저온용 열전소자를 제조하기 위해 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 구리전극과 Bi-Sb계 열전반도체를 10-5torr진공에서 160 내지 170의 온도로 접합하였으며, 도 14에 열전반도체와 구리전극의 접합부를 분석한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 접합부는 계면결함 없이 완전하게 접합된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에너지분산스펙트럼(EDS)을 이용하여 접합부 원소의 성분을 분석하였으며, 그 결과를 도 15에 나타내었다. EDS 분석 결과, 열전반도체, 접합재 층, 구리전극 간 양호한 접합이 이루어졌음을 알 수 있다. 니켈(Ni) 층은 세라믹 재질의 열전반도체와 금속다층박막 간 양호한 접합 및 열전반도체 내부로 접합재를 구성하는 금속원자의 확산을 방지하기 스퍼터링(sputtering)으로 증착하였다.
또한, 기존 열전소자 제품의 열전반도체-구리전극 접합부와 본 발명의 접합재를 이용하여 접합한 열전반도체-구리전극 접합부의 전단강도를 측정해본 결과, 종래기술로 접합한 열전소자의 접합부 전단강도는 최대 1365gf로 측정되었고, TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재로 접합한 열전소자의 접합부 전단강도는 최대 1903gf로 측정되어 기존 제품 대비 약 39.4%의 강도 향상을 보였다.
또한, 나노입자가 분산되지 않은 Cu-Sn 금속다층박막 접합재로 접합한 열전소자의 경우, 접합부의 전단강도가 최대 1708gf로 측정되어 상기 나노입자가 분산된 경우에 비해 접합강도가 저하된 것으로 나타났다.
< 실시예 3> 고온용 열전소자 접합
본 실시예에서는 고온용 열전소자를 제조하기 위해 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 구리전극과 Mg-Si계 열전반도체를 10-5torr진공에서 600 내지 650의 온도로 접합하였다. 본 실시예에서 사용한 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재는 상기 실시예 2의 접합재에 비해 구리박막 층의 두께를 두껍게 전착하여, 접합 전의 비정질 상일 때의 융점과 접합이 완료된 후 전체 벌크 조성 합금의 융점이 실시예 2의 접합재보다 증가하도록 제조하였으며, 이에 따라 사용온도가 상기 실시예 2의 경우보다 더 높아지도록 하였다.
도 16에 열전반도체와 구리전극의 접합부를 분석한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 접합부는 계면결함 없이 완전하게 접합된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에너지분산스펙트럼(EDS)을 이용하여 접합부 원소의 성분을 분석하였으며, 그 결과를 도 17에 나타내었다. EDS 분석 결과, 열전반도체, 접합재 층, 구리전극 간 양호한 접합이 이루어졌음을 알 수 있다.
본 실시예에서는 고온용 열전소자 제작을 위해 TiO2 나노입자가 분산된 Ni-Sn 금속다층박막 접합재를 전해도금으로 제조하였으며, 이를 이용하여 구리기판과 니켈소자를 10- 5torr진공에서 700 내지 750의 온도로 접합하였다.
< 실시예 4> 고온용 니켈소자 접합
본 실시예의 제조에 사용된 도금액은 증류수에 주석(Sn)염과 니켈(Ni)염이 첨가된 Ni-Sn 합금 도금액에 표면에 주석이 코팅된 TiO2 나노입자와 기타 도금 첨가제를 추가하여 제조하였으며, 이에 -20A/dm2 내지 -40A/dm2 범위의 전류밀도 및 이에 상응하는 전압과 -0.1A/dm2 내지 -0.5A/dm2 범위의 전류밀도 및 이에 상응하는 전압을 펄스 형태로 가하여 10mm×10mm 면적의 구리기판 위에 주석박막과 니켈박막이 2층 이상 교대로 적층되도록 도금하는 동시에, 도금액 내의 주석이 코팅된 TiO2 나노입자가 도금되는 금속박막들에 매립되어 공석되도록 하여 접합재를 구리기판에 도금하였다.
도 18에 열전반도체와 구리전극의 접합부를 분석한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었다. 접합부는 계면결함 없이 완전하게 접합된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에너지분산스펙트럼(EDS)을 이용하여 접합부 원소의 성분을 분석하였으며, 그 결과를 도 19에 나타내었다. EDS 분석 결과, 니켈소자, 접합재 층, 구리기판 간 양호한 접합이 이루어졌음을 알 수 있다.
< 실시예 5> 공구강 초경합금 접합
본 실시예에서는 공구강과 초경합금의 저온 접합을 위해, 접합 매개물로 사용되는 여러 원소 중 Cu, Zn, Ag를 포함하는 코어 메탈을 제조하였다. 다층 도금박막을 사용하여, 코어 메탈 용융온도보다 약 15 ~ 50 높은 온도에서 진공로를 사용하여 공구강과 초경합금을 접합하였다.
도 20에 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 나노입자가 분산된 Cu-Sn 금속다층박막 접합재를 이용하여 접합한 공구강과 초경합금의 접합사진을 나타내었다. 접합부 분석결과, 접합부 금속다층박막 접합재가 용융 및 확산되어 양호한 접합이 이루어졌음을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (42)

  1. 상부전극, 열전반도체, 및 하부전극을 포함하고,
    상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부, 또는 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성되어 있고,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 열전소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1접합 예정부 및 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성되어 있는 열전소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 전극 또는 열전반도체의 표면에 도금된 금속다층박막 형태, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet) 형태, 포일 시트의 분쇄입자 형태, 포일 시트의 분쇄입자와 액체를 혼합하여 제조한 페이스트 형태, 및 표면에 상기 접합재를 형성하는 금속입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형태로 비정질 특성을 갖는 접합재가 형성되어 있는 열전소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 서로 다른 종류의 금속박막이 적어도 2층 이상 교대로 적층되어 있는 구조의 비정질 특성을 갖는 접합재인 열전소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 금속다층박막 내부에 나노입자가 분산된 접합재인 열전소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 접합재인 열전소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 곡률이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이인 열전소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 상기 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화하는 접합재인 열전소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 열전소자.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 열전소자.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상부전극 또는 하부전극은 금속 전극, 세라믹 전극, 및 플라스틱 전극으로 이루어진 군에서 선택된 전극인 열전소자.
  17. 상부전극, 열전반도체, 및 하부전극을 각각 준비하는 단계;
    상기 상부전극과 열전반도체 사이의 제1접합 예정부, 상기 열전반도체와 하부전극 사이의 제2접합 예정부, 또는 상기 제1접합 예정부 및 상기 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 접합재 형성단계; 및
    상기 상부전극과 하부전극 사이에 열전반도체를 배치하고, 상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성된 접합 예정부의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 열전반도체와 전극을 가압함으로써 접합하는 접합단계;를 포함하고,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 열전소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 접합재 형성단계는,
    전해도금을 이용하여 전극 또는 열전반도체의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet)를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 상기 접합재를 형성하는 금속입자를 전극과 열전반도체 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 하나의 단계인 열전소자의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 열전소자의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 곡률이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이인 열전소자의 제조방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 상기 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화하는 접합재인 열전소자의 제조방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자의 제조방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 열전소자의 제조방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 열전소자의 제조방법.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 열전소자의 제조방법.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 열전소자의 제조방법.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 상부전극 또는 하부전극은 금속 전극, 세라믹 전극, 및 플라스틱 전극으로 이루어진 군에서 선택된 전극인 열전소자의 제조방법.
  30. 제1초경재료, 코어메탈, 및 제2초경재료를 각각 준비하는 단계;
    상기 제1초경재료와 상기 코어메탈 사이의 제1접합 예정부, 상기 코어메탈과 상기 제2초경재료 사이의 제2접합 예정부, 또는 상기 제1접합 예정부 및 상기 제2접합 예정부 모두에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 접합재 형성단계; 및
    상기 제1초경재료와 제2초경재료 사이에 코어메탈을 배치하고, 상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재가 형성된 제1 또는 제2 접합 예정부의 용융 온도범위로 가열하고, 상기 제1초경재료와 제2초경재료를 가압함으로써 접합하는 접합단계;를 포함하고,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재는 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 교대로 적층되어 있는 접합재인 초경재료의 접합방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 접합재 형성단계는,
    전해도금을 이용하여 코어메탈의 표면에 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재를 형성하는 단계, 금속다층박막으로 제조한 포일 시트(foil sheet)를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자들을 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 포일 시트의 분쇄입자를 액체와 혼합하여 제조한 페이스트를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계, 및 표면에 상기 접합재를 형성하는 금속입자를 코어메탈과 초경재료 사이에 배치하는 단계로 이루어진 군에서 선택된 하나의 단계인 초경재료의 접합방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 중심 각도가 0°초과 및 180°미만인 초경재료의 접합방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹의 곡률이 0㎛-1 초과 및 1㎛-1 미만 사이인 초경재료의 접합방법.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 부채꼴 형태의 금속다층박막 그룹과 상기 일(一)자 형태의 금속다층박막 그룹이 경계를 공유하고 있으며, 경계를 기준으로 곡률이 변화하는 접합재인 초경재료의 접합방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Sn(주석), Cu(구리), Ag(은), Ni(니켈), Zn(아연), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Se(셀레늄), Tc(테크네튬), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Cd(카드뮴), In(인듐), Sb(안티몬), Te(텔루륨), Os(오스뮴), Ir(이리듐), Pt(백금), Au(금), Tl(탈륨), Pb(납), Bi(비스무트), 및 Po(폴로늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 초경재료의 접합방법.
  36. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막을 이루는 각각의 금속박막은 서로 독립적으로, Ti(티타늄), V(바나듐), Ga(갈륨), Ge(저마늄), Al(알루미늄), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Hf(하프늄), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), 및 Re(레늄) 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속원소를 포함하는 초경재료의 접합방법.
  37. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 B(붕소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), V(바나듐), Cr(크롬), Mn(망간), Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), Zr(지르코늄), Nb(나이오븀), Mo(몰리브덴), Y(이트륨), La(란타늄), Sn(주석), Si(실리콘), Ag(은), Bi(비스무트), Cu(구리), Au(금), Mg(마그네슘), Pd(팔라듐), Pt(백금), 및 Zn(아연) 원소와 이들이 포함된 산화물, 질화물, 탄화물, 붕소화물, 및 금속간화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법.
  38. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 Cu(구리)가 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ni(니켈)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Sn(주석)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Au(금)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), Ag(은)이 도금된 CNT(탄소나노튜브), 및 Graphene(그래핀)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법.
  39. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 표면에 무전해도금이나 스퍼터링(sputtering)으로 형성한 금속 코팅층을 포함할 수 있는 나노입자인 초경재료의 접합방법.
  40. 제30항에 있어서,
    상기 금속다층박막 내에 분산된 나노입자는 그 표면에 In(인듐), Sn(주석), Sb(안티몬), Bi(비스무트), Zn(아연), Cu(구리), Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Pt(백금), Pd(팔라듐), Fe(철), Co(코발트), Ti(티타늄), Cr(크롬), 및 Mn(망간) 금속 중 어느 하나 이상 코팅된 나노입자를 포함하는 초경재료의 접합방법.
  41. 제30항에 있어서,
    상기 나노입자가 분산된 금속다층박막 접합재의 금속박막 한 층은 1nm에서 500nm 범위의 두께로 형성될 수 있는 초경재료의 접합방법.
  42. 제30항에 있어서,
    상기 제1초경재료는 공구강(tool steel)이고, 제2초경재료는 초경합금(hard metal)인 초경재료의 접합방법.

KR1020170011278A 2017-01-24 2017-01-24 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법 KR101944036B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170011278A KR101944036B1 (ko) 2017-01-24 2017-01-24 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170011278A KR101944036B1 (ko) 2017-01-24 2017-01-24 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180087056A KR20180087056A (ko) 2018-08-01
KR101944036B1 true KR101944036B1 (ko) 2019-01-30

Family

ID=63228132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170011278A KR101944036B1 (ko) 2017-01-24 2017-01-24 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101944036B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220149335A (ko) 2021-04-30 2022-11-08 한국전기연구원 금속매개층을 포함하는 열전소자 및 이의 접합방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205977A (ja) * 2009-03-04 2010-09-16 Konica Minolta Holdings Inc 熱電変換素子
JP2014078663A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Hitachi Chemical Co Ltd 熱電変換素子組立体及び熱電変換モジュール及びその製造方法
JP2016111326A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱電変換モジュール及び熱電変換システム
JP2016174117A (ja) * 2015-03-18 2016-09-29 ヤマハ株式会社 熱電変換モジュール及びその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160056370A (ko) * 2014-11-10 2016-05-20 한국전자통신연구원 열전 소자

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205977A (ja) * 2009-03-04 2010-09-16 Konica Minolta Holdings Inc 熱電変換素子
JP2014078663A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Hitachi Chemical Co Ltd 熱電変換素子組立体及び熱電変換モジュール及びその製造方法
JP2016111326A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱電変換モジュール及び熱電変換システム
JP2016174117A (ja) * 2015-03-18 2016-09-29 ヤマハ株式会社 熱電変換モジュール及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220149335A (ko) 2021-04-30 2022-11-08 한국전기연구원 금속매개층을 포함하는 열전소자 및 이의 접합방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180087056A (ko) 2018-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190067546A1 (en) Thermoelectric power module
JP5224430B2 (ja) パワー半導体モジュール
CN107579053B (zh) 多层预成型片材
US20120313230A1 (en) Solder alloys and arrangements
EP2412039A2 (en) Thermoelectric device, electrode materials and method for fabricating thereof
KR20170138336A (ko) 접합재
US20160190420A1 (en) Electrical and thermal contacts for bulk tetrahedrite material, and methods of making the same
KR101766197B1 (ko) 비정질 및 발열 접합재를 이용한 열전소자 및 그 제조방법
CN113070605B (zh) 一种焊接材料及其制备方法和用途
JP6820084B2 (ja) 熱電モジュール
KR20170011663A (ko) 발열 및 비정질 특성을 갖는 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법
KR101944036B1 (ko) 열전소자, 열전소자의 제조 방법 및 초경재료 접합방법
KR101776151B1 (ko) 비정질 및 발열 특성을 갖는 금속 도금막을 이용한 초경재료의 접합방법
KR101888526B1 (ko) 발열 및 비정질 특성을 갖는 솔더 분말 제조 방법, 솔더 페이스트 제조 방법 및 솔더 페이스트를 이용한 저온 접합 방법
JP4822526B2 (ja) 接合体
JP4592486B2 (ja) 半導体モジュール
US11349055B2 (en) Thermoelectric module
JP5203906B2 (ja) Ｂｉ含有はんだ箔の製造方法、Ｂｉ含有はんだ箔、接合体、及びパワー半導体モジュール
KR20190004214A (ko) 나노 와이어가 분산된 금속다층박막 접합재와 그 제조방법
KR101776148B1 (ko) 비정질 및 발열특성을 갖는 금속 도금막을 이용한 피접합재 저온 접합 방법
KR20170108892A (ko) 저온 접합용 박막소재
Chen et al. Intermetallic Growth at the Interfaces Between Zn 4 Sb 3 Thermoelectric Material and Various Metallic Electrodes
JP6536991B2 (ja) 接合構造体および接合構造体の製造方法
KR20160024827A (ko) 다층 도금막을 이용한 피접합재 저온 접합 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant