KR102123319B1 - 유연 열전 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
유연 열전 모듈이 개시된다. 상기 유연 연절 모듈은, 허니콤(honeycomb) 구조로 배치된 복수의 원형 홀을 포함하는 유연성 폴리머 층; N형 반도체 및 P형 반도체를 각각 포함하며, 상기 N형 반도체 및 상기 P형 반도체가 교번적으로 나타나도록 상기 복수의 원형 홀에 삽입된 복수의 열전 소자; 및 상기 복수의 열전 소자를 상호간 전기적으로 연결하는 복수의 전극;을 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 유연 열전 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유연성 기판에 열전 소자가 삽입된 형태의 유연 열전 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열전 소자(TE: Thermoelectric Element)는 제벡 효과(Seeback effect) 펠티에 효과(Peltier effect) 등의 열전 효과(thermoelectric effect)를 이용하여 열 에너지와 전기 에너지를 교환시키는 소자이다.
최근에는 이러한 열전 소자를 이용한 체온 발전이나 냉각 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그런데, 종래의 열전 소자들은 대부분 세라믹 기판 상에 제조되기 때문에 평판 형태로만 이용이 가능하여 그 활용 분야가 제한적인 문제가 있었다.
이에 따라, 곡면 형태로 사용이 가능한 유연 열전 모듈의 필요성이 대두된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 유연성이 개선된 유연 열전 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 유연 열전 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 예시적인 일 실시 예에 따르면, 허니콤(honeycomb) 구조로 배치된 복수의 원형 홀을 포함하는 유연성 폴리머 층; N형 반도체 및 P형 반도체를 각각 포함하며, 상기 N형 반도체 및 상기 P형 반도체가 교번적으로 나타나도록 상기 복수의 원형 홀에 삽입된 복수의 열전 소자; 및 상기 복수의 열전 소자를 상호간 전기적으로 연결하는 복수의 전극;을 포함하며, 상기 복수의 전극은, 상기 N형 반도체와 연결되는 제1 전극 영역 및 상기 P형 반도체와 연결되는 제2 전극 영역의 사이에서 오목부를 가지는 유연 열전 모듈이 제공될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 예시적인 다른 일 실시 예에 따르면, 유연 열전 모듈의 제조 방법으로, 유연 기판 상에 복수의 홀을 형성하는 단계; 상기 복수의 홀 내에 접착제를 도포하는 단계; N형 반도체 및 P형 반도체를 포함하는 기둥 형상의 복수의 열전 소자 각각을 상기 복수의 홀 내에 삽입하는 단계; 상기 유연 기판의 양 측 표면으로 노출되는 각 열전 소자의 양측 표면에 확산방지층 및 납땜층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 각 열전 소자의 양측 표면에 전극 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 유연 열전 모듈 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 예시적인 또 다른 일 실시 예에 따르면, 허니콤(honeycomb) 구조로 배치된 복수의 원형 홀을 포함하는 유연성 폴리머 층; N형 반도체 및 P형 반도체를 각각 포함하며, 상기 N형 반도체 및 상기 P형 반도체가 교번적으로 나타나도록 상기 복수의 원형 홀에 삽입된 복수의 열전 소자; 및 상기 복수의 열전 소자를 상호간 전기적으로 연결하는 복수의 전극;을 포함하며, 상기 복수의 전극은, 상기 N형 반도체와 연결되는 제1 전극 영역 및 상기 P형 반도체와 연결되는 제2 전극 영역의 사이에서 오목부를 가지는 유연 열전 모듈이 제공될 수 있다.
본 개시의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 사용자는 유연 열전 모듈을 곡면 형태로 이용할 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈의 활용도가 향상될 수 있다.
그 외에 본 개시의 실시 예로 인하여 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 개시의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 예컨대, 본 개시의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈에 이용되는 전극의 형태를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈 제조 방법의 단계를 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 개시의 다른 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈 제조 방법의 단계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈에 이용되는 전극의 형태를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈 제조 방법의 단계를 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 개시의 다른 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈 제조 방법의 단계를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 개시의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시의 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 개시된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하에서는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈(1000)에 관하여 설명한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 유연 열전 모듈(1000)은 유연성을 갖는 열전 모듈을 의미할 수 있다. 여기서, 열전 모듈은 제벡 효과(Seeback effect)나 펠티에 효과(Peltier effect) 등의 열전 효과(thermoelectric effect)를 이용하여 온도차를 이용한 발전 동작이나 전기 에너지를 이용한 가열/냉각 동작 등의 열전 동작을 수행하는 모듈(module)을 의미할 수 있다.
일반적으로 종래의 열전 모듈은 대부분 세라믹 소재의 평판 기판에 N-P 반도체로 구성되는 열전 소자(thermoelectric element)를 전기적으로 연결시킨 형태로 제공되어 왔다. 따라서, 종래의 열전 모듈은 기본적으로 그 형태가 판상으로 고정되어 있어 다양한 어플리케이션에 이용되기 어려운 문제점을 갖고 있었다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유연 열전 모듈(1000)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 유연 열전 모듈(1000)은 유연성 폴리머층(110)을 포함하기 때문에, 판상으로 제공되더라도 커빙(curving)이 가능한 유연성을 보유하여 곡면 형태를 비롯한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
곡면 형태 등으로 변형이 가능한 유연 열전 모듈(1000)은 종래의 비유연성 열전 모듈(non-flexible thermoelectric module)을 채용하기 곤란한 다양한 어플리케이션에 활용이 가능하다.
유연 열전 모듈(1000)이 활용될 수 있는 다양한 어플리케이션의 몇몇 예시들에 관해 유연 열전 모듈(1000)이 탑재되는 몇몇 열전 장치에 대해 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 열전 장치는 유연 열전 모듈(1000)의 열전 효과를 이용한 임의의 동작을 수행하는 장치일 수 있다.
예를 들어, 열전 장치는 제벡 효과를 이용하는 발전 동작을 수행하는 장치일 수 있다. 제벡 효과를 이용하는 열전 장치에는 체온 발전을 하는 의류 등의 웨어러블 디바이스(wearable device)나 공장의 파이프 라인 등에 설치되어 폐열 발전을 수행하는 발전 장치 또는 온도차에 의해 생산되는 전기 에너지의 전압이나 전류값 등을 이용하여 온도를 센싱하는 센싱 기기 등이 포함될 수 있다.
물론, 열전 장치는 이외에도 다양한 형태를 포함할 수 있으므로, 본 명세서에서 열전 장치가 상술한 예시들로 한정되는 것은 아니다.
다시 도 1을 참조하면, 유연 열전 모듈(1000)은 폴리머층(110), 열전 소자(120) 및 전극(130)을 포함할 수 있다. 복수의 열전 소자(120)들은 각각 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)를 포함할 수 있다.
폴리머층(110)은 복수의 원형 홀을 포함할 수 있다. 폴리머층(110)의 복수의 원형 홀에는 각각 복수의 열전 소자(120)들이 삽입될 수 있다. 복수의 열전 소자(120)들은 전극(130)을 통해 전기적으로 연결되어 열전 채널을 형성할 수 있다.
폴리머층(110)의 복수의 원형 홀들은 허니콤(honeycomb) 구조로 배치될 수 있다. 폴리머층(110)의 복수의 원형 홀에 삽입되는 복수의 열전 소자(120)는 허니콤 구조로 배치될 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(1000)은 집적도가 향상되어 소형화 제작될 수 있다. 여기서, 허니콤 구조란 복수의 원형 홀의 전체적인 배치 형상을 나타내는 것일 뿐, 각각의 원형 홀들이 육각형 형상을 갖는 것을 의미하는 것은 아니다.
열전 소자(120)는 서로 인접한 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)가 한 쌍을 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)는 교번적으로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 열전 소자(120)는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
전극(130)은 열전 소자(120)를 전기적으로 연결할 수 있다. 열전 소자(120)는 서로 이종 소재인 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)가 한 쌍을 이루도록 전기적으로 연결되어야 열전 효과를 발생시킬 수 있다. 따라서, 전극(130)은 서로 인접한 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)를 전기적으로 연결하여 한 쌍을 구성할 수 있다.
또한, 전극(130)은 복수의 열전 소자(120)를 직렬 연결할 수 있다. 전극(130)에 의해 직렬 연결된 열전 소자(120)들은 동시에 열전 동작(thermoelectric operation)을 수행할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈을 도시한 측면도이다.
폴리머층(110)은 열전 소자(120)의 높이와 동일한 높이를 가질 수 있다. 다만, 이는 일 예시에 불과하며, 폴리머층(110)의 높이는 열전 소자(120)의 높이보다 크거나 작을 수 있다.
열전 소자(120)는 높이 방향 상의 양 단면을 갖는 기둥 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 열전 소자(120)는 원 기둥 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(1000)의 유연성이 향상될 수 있다. 열전 소자(120)의 단면이 원형인 경우, 유연 열전 모듈(1000)이 곡면 형태로 이용되었을 때 열전 소자(120)간의 전기적 연결의 유지력이 향상될 수 있다. 또한, 열전 소자(120)의 단면은 평면일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(120)와 전극(130)간의 부착이 용이할 수 있다.
열전 모듈(1000)은 확산방지층(150) 및 솔더층(160)을 포함할 수 있다.
확산방지층(150)은 열전소자(120)의 열전 재료 및 솔더층(160)의 재료 사이의 상호 확산을 방지할 수 있다. 이를 위해, 확산방지층(150)은 열전소자(120) 및 솔더층(160) 사이에 형성될 수 있다. 확산방지층(150)은 열전모듈(1000)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
확산 방지층(150)은 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 확산 방지층(150)은 Ni, Mo, W 및 Nb 중에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 각 성분의 합금 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
솔더층(160)은 열전소자(120)와 전극(130)을 결합할 수 있다. 솔더층(160)은 열전소자(120)의 단면과 전극(130)의 단부 영역 사이에 형성될 수 있다. 솔더층(160)은 다양한 성분으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 솔더층(160)은 Sn-Pb 또는 Pb-Sn-Ag로 이루어질 수 있다.
한편, 열전소자(120)와 전극(130)은 솔더층(160)에 의해 결합될 수 있으나, 이는 일 예시에 불과하며, 기타 다른 방법에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 열전소자(120)와 전극(130)은 웰딩(welding) 에 의해 결합될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 유연 열전 모듈에 이용되는 전극의 형태를 도시한 도면이다.
전극(130)은 다수의 곡률을 갖는 곡면을 가질 수 있다. 예로, 전극(130)은 N형 반도체(121)와 연결되는 제1 영역(131)에서 원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 전극(130)은 P형 반도체(122)와 연결되는 제2 영역(132)에서 원형의 형상을 가질 수 있다.
전극(130)은 제1 영역(131)과 제2 영역(132)의 사이 영역인 제3 영역(133)에서 오목부를 가질 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(1000)은 집적도가 향상되어 소형화 제작이 용이할 수 있다. 여기서 오목부란 전극(130)의 일부가 N형 반도체(121)와 P형 반도체(122)의 사이 영역으로 오목하게 들어간 것을 의미할 수 있다. 구체적으로, 길이 방향(Dl)과 수직인 폭 방향(Dw)에 따른 전극(130)의 길이가 제1 영역(131) 및 제2 영역(132)에서보다 제3 영역(133)에서 작은 것을 의미할 수 있다.
전극(130)은 제3 영역(133)에서 복수의 오목부를 가질 수 있다. 이 때, 전극(130)은 폭 방향(Dw)에 따른 축을 기준으로 대칭인 형상을 가질 수 있다.
전극(130)은 주로 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 등의 금속 소재로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 열전 모듈(1000)은 다양한 방법으로 제조될 수 있다.
이하에서는, 다양한 실시 예에 따른 열전 모듈(1000)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 11는 제1 실시 예에 따른 열전 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 기판이 배치되는 단계를 도시한 도면이다.
기판(10)은 복수의 홈(20)을 포함할 수 있다. 복수의 홈(20)은 원기둥 형상을 가질 수 있다. 다만 이는 일 예시에 불과하며 복수의 홈(20)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 홈(20)은 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
복수의 홈(20)은 허니콤 구조로 배치될 수 있다. 다만 이는 일 예시에 불과하며 복수의 홈(20)은 다양한 패턴을 형성하도록 배치될 수 있다.
기판(10)은 평판 형태로 제공될 수 있다. 도 4에서는 기판(10)이 그 단면이 사각형인 평판인 것을 도시 되었으나, 이는 일 예시에 불과하며, 기판(10)은 단면이 원형인 평판일 수 있다.
기판(10)은 격벽(30)을 포함할 수 있다. 격벽(30)은 기판(10)의 지지면과 수직을 이루도록 배치될 수 있다. 여기서 지지면은 기판(10)을 지지하는 지면과 접촉하는 일 면을 의미할 수 있다. 또는, 기판(10)의 홈(20)이 형성된 일 면의 반대면을 의미할 수 있다.
기판(10)은 테프론(PTFE, 폴리테트라플루오로에틸렌)으로 이루어질 수 있다. 다만 이는 일 예시에 불과하며, 기판(10)은 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 열전 소자를 배치하는 단계를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 4의 기판(10)의 복수의 홈(20)에 열전 소자(120)가 일부 삽입된 모습을 도시한 도면이다.
열전 소자(120)는 복수의 홈(20) 내에 삽입될 수 있다. 이 때, 열전 소자(120)는 복수의 홈(20)의 깊이에 대응되는 만큼 삽입될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(120)의 높이 보다 복수의 홈(20)의 깊이가 작은 경우, 열전 소자(120)의 일부는 복수의 홈(20)으로부터 돌출될 수 있다. 즉, 열전 소자(120)는 삽입 영역(123) 및 돌출 영역(124)을 포함할 수 있다.
열전 소자(120)는 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)가 복수의 홈(20)에 교번적으로 삽입되도록 배치될 수 있다. 또한, 복수의 열전 소자(120)들은 상호간 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
도 6은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 열전 소자에 접착제를 도포하는 단계를 도시한 도면이다.
접착제(140)는 복수의 열전 소자(120)의 각 측면에 도포될 수 있다. 구체적으로, 접착제(140)는 열전 소자(120)의 돌출 영역(124)에 도포될 수 있다. 일 예로, 접착제(140)는 스프레이 코팅(spray coating)될 수 있다. 다만, 이는 일 예시에 불과하며 접착제(140)는 다양한 방식으로 돌출 영역(124)에 도포될 수 있다. 예를 들어, 접착제(140)가 담긴 용기내에 기판(10) 및 열전 소자(120)가 담겨짐에 따라 열전 소자(120)의 돌출 영역(124)에 접착제(140)가 부착될 수 있다. 또한, 열전 소자(120)는 홈(20)에 배치되기 전에, 접착제(140)가 돌출 영역(124)에 대응되는 영역에 미리 도포된 상태에서 홈(20)에 배치될 수 있다.
한편, 접착제(140)는 돌출 영역(124) 전체에 도포될 수 있다. 다만 이는 일 예시에 불과하며, 접착제(140)는 돌출 영역(124)의 일부에만 도포될 수 있다.
접착제(140)는 다양한 종류의 물질로 제공될 수 있다. 일 예로, 접착제(140)는 프라이머(primer)로 접착제일 수 있다.
도 7은 도 6의 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 접착제(140)는 열전 소자(120)의 각 측면에 도포될 수 있다.
도 8은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 폴리머 층을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 미경화 상태의 폴리머 용액(110')은 기판(10)에 도포될 수 있다.
폴리머 용액(110')은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 용액(110')은 실리콘, 에폭시, 폴리우레탄 등의 주제를 포함할 수 있다. 또한, 폴리머 용액(110')은 경화제 및 촉매를 포함할 수 있다.
폴리머 용액(110')은 열전 소자(120)의 돌출 영역에 대응되는 높이만큼 도포될 수 있다. 또는, 폴리머 용액(110')은 열전 소자(120)의 돌출 영역에 대응되는 높이보다 적게 도포될 수 있다. 따라서, 열전 소자(120)는 폴리머 용액(110')과 접촉하지 않는 적어도 하나의 표면을 가질 수 있다.
이에 따라, 복수의 열전 소자(120)의 사이 공간은 폴리머 용액(110')으로 채워질 수 있다. 즉, 폴리머 용액(110')이 복수의 열전 소자(120) 각각을 에워쌀 수 있다.
폴리머 용액(110')은 기판(10)에 도포된 시점으로부터 소정의 시간이 지난 후 경화되어 폴리머층(110)이 형성될 수 있다. 이 때, 경화는 다양한 방법으로 진행될 수 있다. 일 예로, 폴리머 용액(110')은 UV(Ultraviolet)에 노출되어 경화될 수 있다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 확산방지층 및 솔더층을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
확산방지층(150) 및 솔더층(160)은 순차적으로 열전 소자(120)상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 확산방지층(150) 및 솔더층(160)은 열전 소자(120)의 제1 측에 순차적으로 형성될 수 있다. 확산방지층(150) 및 솔더층(160)은 폴리머층(110)의 경화전 또는 경화후에 순차적으로 열전 소자(120)상에 형성될 수 있다.
도 10은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 제1 전극 패턴을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
복수의 전극(130)은 각각 열전 소자(120)의 제1 측에 형성될 수 있다. 복수의 전극(130)은 각각 열전 소자(120)의 제1 측에서 제1 전극 패턴을 형성할 수 있다. 전극(130)은 솔더층(160)을 통해 열전 소자(120)와 결합될 수 있다.
제1 전극 패턴이 형성되면, 기판(10)은 제거될 수 있다.
도 11은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 제2 전극 패턴을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 기판(10), 열전 소자(120) 및 전극(130) 전체를 뒤집혀 기판(10)이 제거된 모습이다.
복수의 전극(130)은 각각 열전 소자(120)의 제2 측에 형성될 수 있다. 복수의 전극(130)은 각각 열전 소자(120)의 제2 측에서 제2 전극 패턴을 형성할 수 있다. 전극(130)은 솔더층(160)을 통해 열전 소자(120)와 결합될 수 있다. 여기서 상기 제1 측과 상기 제2 측은 서로 반대측일 수 있다.
제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 형성됨에 따라, 복수의 열전 소자(120)는 상호간 전기적으로 연결되어 열전 채널을 형성할 수 있다. 이에 따라, 복수의 열전 소자(120)는 일체로 열전 동작을 수행할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 열전 모듈의 제조 제조 방법의 단계를 도시한 도면이다.
도 12와 같이 유연성 폴리머 층이 마련될 수 있다. 폴리머 층(110)은 복수의 홀(40)을 포함할 수 있다. 복수의 홀(40)은 각각 원기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 홀(40)은 제1 직경(D1)을 가질 수 있다.
복수의 홀(40)은 허니콤 구조의 패턴이 나타나도록 형성될 수 있다.
도 13은 복수의 홀(40) 내에 접착제(140)가 도포된 모습을 나타내는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 접착제(140)가 복수의 홀(40) 내에 도포될 수 있다. 구체적으로, 접착제(140)는 홀(40) 주변부의 폴리머 층(110)에 도포될 수 있다.
도 14는 복수의 열전 소자(120)가 홀(40)에 삽입된 모습을 도시한 도면이다.
복수의 열전 소자(120)는 N형 반도체(121) 및 P형 반도체(122)가 교번적으로 나타나는 패턴으로 복수의 홀(40)에 삽입될 수 있다. 이 때, 복수의 열전 소자(120)는 각각 제2 직경(D2)을 가질 수 있다. 이 때, 제2 직경(D2)은 홀(40)의 제1 직경(D1)보다 클 수 있다.
즉, 복수의 열전 소자(120)는 폴리머 층(110)이 신축된 상태에서 삽입될 수 있다. 제1 직경(D1)을 갖는 홀(40)을 포함하는 폴리머 층(110)은, 제1 직경(D1)보다 큰 제2 직경(D2)을 갖는 열전 소자(120)가 홀(40)에 삽입될 수 있도록, 늘어날 수 있다. 폴리머 층(110)이 늘어남에 따라 홀(40)의 직경이 늘어난 상태에서, 복수의 열전 소자(120)가 홀(40)에 삽입될 수 있다.
열전 소자(120)는 폴리머 층(110)의 홀(40)에 도포된 접착제(140)를 통해 폴리머 층(110)과 결합될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 폴리머 층(110)의 양 측 표면으로 노출되는 열전 소자(110)의 양측 표면에 확산 방지층(150), 솔더층(160), 전극(130)이 순차적으로 형성될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은, 도 9 내지 도 11의 설명으로 대체하도록 한다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1000: 유연 열전 모듈 110: 폴리머층
120: 열전 소자 130: 전극
140: 접착제 150: 확산방지층
160: 솔더층
120: 열전 소자 130: 전극
140: 접착제 150: 확산방지층
160: 솔더층
Claims (8)
- 유연 열전 모듈의 제조 방법으로,
복수의 홈을 포함하는 기판을 배치하는 단계;
N형 반도체 및 P형 반도체를 포함하는 기둥 형상의 복수의 열전 소자 각각을 상기 복수의 홈 내에 일부 삽입하여, 각 열전 소자의 일부분이 상기 복수의 홈으로부터 돌출되도록 배치하는 단계;
상기 복수의 홈으로부터 돌출되어 있는 각 열전 소자의 측면에 접착제를 도포하는 단계;
상기 접착제가 도포된 각 열전 소자의 측면을 둘러싸도록, 상기 기판에 폴리머를 도포하는 단계;
상기 기판에 도포된 폴리머를 경화시키는 단계; 및
상기 기판을 제거하는 단계;를 포함하는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 폴리머가 경화되고 상기 기판이 제거되기 전에, 상기 복수의 열전 소자의 제1 측에 솔더층을 형성하는 단계;
상기 제1 측에 형성된 솔더층 상에 상기 복수의 열전 소자 간의 전기적 연결을 위한 제1 전극 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판이 제거되면, 상기 제1 측의 반대 방향인 제2 측에 솔더층을 형성하는 단계;
상기 제2 측에 형성된 솔더층 상에 제2 전극 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함하는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 기판이 제거되고 상기 제2 측에 대한 솔더층을 형성하기 전에, 상기 복수의 열전 소자 및 상기 제2 측에 대한 솔더층 사이에 확산 방지층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 확산 방지층은 스프레이 코팅으로 형성되는
유연 열전 모듈 제조 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 복수의 홈은, 원 기둥 형상이며, 허니콤(honeycomb) 구조로 배치되는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 복수의 열전 소자는 상기 기판의 일 측에서 바라볼 때 상기 N형 반도체와 상기 P형 반도체가 교번적으로 나타나는 패턴으로 상기 기판에 삽입되고,
상기 제1 및 상기 제2 전극 패턴은 교번적으로 배치되는 상기 N형 반도체 및 상기 P형 반도체를 서로 연결하는 형상인 복수의 전극으로 구성되는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 유연 열전 모듈의 제조 방법으로,
유연 기판 상에 복수의 홀을 형성하는 단계;
상기 복수의 홀 내에 접착제를 도포하는 단계;
N형 반도체 및 P형 반도체를 포함하는 기둥 형상의 복수의 열전 소자 각각을 상기 복수의 홀 내에 삽입하는 단계;
상기 유연 기판의 양 측 표면으로 노출되는 각 열전 소자의 양측 표면에 확산방지층 및 납땜층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 각 열전 소자의 양측 표면에 전극 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 유연 열전 모듈 제조 방법. - 삭제
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| US20220045257A1 (en) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Thermoelectric element assembly, method for manufacturing the same, and thermoelectric module comprising the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230458A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Ube Ind Ltd | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| CN106299102A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-01-04 | 华中科技大学 | 一种热电胶体材料及器件的制备方法及产品 |
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- 2019-09-23 KR KR1020190116626A patent/KR102123319B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230458A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Ube Ind Ltd | 熱電変換モジュール及びその製造方法 |
| CN106299102A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-01-04 | 华中科技大学 | 一种热电胶体材料及器件的制备方法及产品 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220045257A1 (en) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Thermoelectric element assembly, method for manufacturing the same, and thermoelectric module comprising the same |
| KR20220017240A (ko) * | 2020-08-04 | 2022-02-11 | 서울시립대학교 산학협력단 | 열전 소자 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 열전 모듈 |
| KR102414221B1 (ko) * | 2020-08-04 | 2022-06-27 | 서울시립대학교 산학협력단 | 열전 소자 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 열전 모듈 |
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