KR102478825B1 - Thermoelectric module - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판, 상기 제1 금속기판 상에 배치되는 제1 수지층, 상기 제1 수지층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극, 상기 제2 전극 상에 배치된 제2 수지층, 그리고 상기 제2 수지층 상에 배치된 제2 금속기판을 포함하고, 상기 제1 금속기판의 적어도 일부에는 요철이 형성되고, 상기 제1 금속기판과 상기 제1 수지층 사이에는 Ni를 포함하는 제1 금속층이 더 배치된다.A thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a first metal substrate, a first resin layer disposed on the first metal substrate, a first electrode disposed on the first resin layer, and disposed on the first electrode. a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg, a second electrode disposed on the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, a second resin layer disposed on the second electrode, and a second resin layer disposed on the second resin layer. A second metal substrate is disposed, unevenness is formed on at least a portion of the first metal substrate, and a first metal layer containing Ni is further disposed between the first metal substrate and the first resin layer.
Description
본 발명은 열전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 기판에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module, and more particularly, to a substrate for a thermoelectric element.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.The thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, and means a direct energy conversion between heat and electricity.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. A thermoelectric element is a generic term for a device using a thermoelectric phenomenon, and has a structure in which a PN junction pair is formed by bonding a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material between metal electrodes.
열전소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.Thermoelectric devices can be classified into devices using temperature changes in electrical resistance, devices using the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and devices using the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption or heat generation occurs due to current. .
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric devices are widely applied to home appliances, electronic components, and communication components. For example, the thermoelectric element may be applied to a device for cooling, a device for heating, a device for power generation, and the like. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric devices is increasing.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부기판과 하부기판 사이에 복수의 열전 레그가 어레이 형태로 배치되며, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전 레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다.The thermoelectric element includes a substrate, electrodes, and thermoelectric legs, a plurality of thermoelectric legs are disposed in an array form between the upper substrate and the lower substrate, a plurality of upper electrodes are disposed between the plurality of thermoelectric legs and the upper substrate, and a plurality of A plurality of lower electrodes are disposed between the thermoelectric leg and the lower substrate.
열전소자의 열전달 성능을 향상시키기 위하여, 금속기판을 사용하고자 하는 시도가 늘고 있다. 일반적으로, 열전소자는 미리 마련된 금속기판 상에 수지층, 전극, 열전 레그를 순차적으로 적층하는 공정에 따라 제작될 수 있다. 이때, 미리 마련된 금속기판은 쉽게 산화될 수 있다. 금속기판의 표면이 산화될 경우, 금속기판과 수지층 간의 물리적 접합력이 낮아질 수 있으며, 결과적으로 열전소자의 열전성능 및 신뢰성이 낮아지는 문제가 있다.In order to improve the heat transfer performance of thermoelectric devices, attempts to use a metal substrate are increasing. In general, a thermoelectric element may be manufactured by sequentially stacking a resin layer, an electrode, and a thermoelectric leg on a previously prepared metal substrate. At this time, the previously prepared metal substrate can be easily oxidized. When the surface of the metal substrate is oxidized, physical bonding strength between the metal substrate and the resin layer may be lowered, and as a result, there is a problem in that the thermoelectric performance and reliability of the thermoelectric element are lowered.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자의 기판 구조를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a substrate structure of a thermoelectric element.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판, 상기 제1 금속기판 상에 배치되는 제1 수지층, 상기 제1 수지층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극, 상기 제2 전극 상에 배치된 제2 수지층, 그리고 상기 제2 수지층 상에 배치된 제2 금속기판을 포함하고, 상기 제1 금속기판의 적어도 일부에는 요철이 형성되고, 상기 제1 금속기판과 상기 제1 수지층 사이에는 Ni를 포함하는 제1 금속층이 더 배치된다.A thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a first metal substrate, a first resin layer disposed on the first metal substrate, a first electrode disposed on the first resin layer, and disposed on the first electrode. a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg, a second electrode disposed on the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, a second resin layer disposed on the second electrode, and a second resin layer disposed on the second resin layer. A second metal substrate is disposed, unevenness is formed on at least a portion of the first metal substrate, and a first metal layer containing Ni is further disposed between the first metal substrate and the first resin layer.
상기 제1 금속층의 두께는 상기 제1 수지층의 두께의 0.02 내지 0.1배일 수 있다.The thickness of the first metal layer may be 0.02 to 0.1 times the thickness of the first resin layer.
상기 제1 금속층의 두께는 0.4㎛ 내지 60㎛일 수 있다.The thickness of the first metal layer may be 0.4 μm to 60 μm.
상기 제1 금속층과 상기 제1 수지층 사이에는 Pd를 포함하는 제2 금속층이 더 형성될 수 있다.A second metal layer containing Pd may be further formed between the first metal layer and the first resin layer.
상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층의 두께의 0.05 내지 0.2배일 수 있다.The thickness of the second metal layer may be 0.05 to 0.2 times the thickness of the first metal layer.
상기 요철은 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 중 적어도 하나에도 형성될 수 있다.The irregularities may also be formed on at least one of the first metal layer and the second metal layer.
상기 요철은 상기 제1 수지층에도 형성될 수 있다.The irregularities may also be formed on the first resin layer.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판, 상기 제1 금속기판 상에 배치되는 제1 수지층, 상기 제1 수지층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극, 상기 제2 전극 상에 배치되는 제2 수지층, 그리고 상기 제2 수지층 상에 배치된 제2 금속기판을 포함하고, 상기 제1 금속기판과 상기 제1 수지층 사이에는 Ni를 포함하는 제1 금속층이 더 배치되고, 상기 제1 수지층의 면적은 상기 제1 금속층의 면적과 같거나 상기 제1 금속층의 면적보다 작고, 상기 제1 수지층의 전체가 상기 제1 금속층 상에 배치된다.A thermoelectric module according to another embodiment of the present invention includes a first metal substrate, a first resin layer disposed on the first metal substrate, a first electrode disposed on the first resin layer, and disposed on the first electrode. a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg, a second electrode disposed on the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, a second resin layer disposed on the second electrode, and a second resin layer disposed on the second resin layer. A second metal substrate is disposed, and a first metal layer containing Ni is further disposed between the first metal substrate and the first resin layer, and an area of the first resin layer is equal to an area of the first metal layer equal to or smaller than the area of the first metal layer, and the entirety of the first resin layer is disposed on the first metal layer.
상기 제1 금속층은 상기 제1 금속기판의 전면에 형성될 수 있다.The first metal layer may be formed on the entire surface of the first metal substrate.
상기 제1 금속기판은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.The first metal substrate may include copper (Cu).
본 발명의 실시예에 따르면, 열전성능이 우수하고, 신뢰성이 높은 열전소자를 얻을 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a thermoelectric element having excellent thermoelectric performance and high reliability can be obtained.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속기판의 표면 산화를 제어할 수 있으며, 이에 따라 금속기판과 수지층 간의 물리적 접합력을 높일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, surface oxidation of the metal substrate can be controlled, and thus physical bonding strength between the metal substrate and the resin layer can be increased.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.1 and 2 are cross-sectional views of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
6 is a partial cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
7 is a partial cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
8 is a partial cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied.
10 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in a variety of different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively implemented. can be used by combining and substituting.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. may include one or more of all possible combinations.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used to describe components of an embodiment of the present invention.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, order, or order of the corresponding component.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.In addition, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected to, combined with, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the other components.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the "top (above) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is not only a case where two components are in direct contact with each other, but also one A case in which another component above is formed or disposed between two components is also included. In addition, when expressed as "up (up) or down (down)", it may include the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one component.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전소자의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전모듈의 일부 단면도이다. 1 and 2 are cross-sectional views of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. is an exploded perspective view of , and FIG. 5 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. 6 is a partial cross-sectional view of a thermoelectric module according to one embodiment of the present invention, FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention. is a partial cross-section of
도 1 내지 도 5를 참조하면, 열전소자(100)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)을 포함한다.1 to 5 , the
복수의 제1 전극(120)은 제1 수지층(110)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 하면 사이에 배치되고, 복수의 제2 전극(150)은 제2 수지층(160)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 상면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 복수의 제1 전극(120) 및 복수의 제2 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. The plurality of
각 제1 전극(120) 상에는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)가 배치될 수 있으며, 각 제2 전극(150) 상에는 각 제1 전극(120) 상에 배치된 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 중 하나가 겹쳐지도록 한 쌍의 N형 열전 레그(140) 및 P형 열전 레그(130)가 배치될 수 있다.A pair of P-type
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.Here, the P-type
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다. In this case, the pair of P-type
본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention can be expressed as a Seebeck index. The Seebeck index (ZT) can be expressed as in
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α 2 σ is the power factor (W/mK 2 ). And, T is the temperature and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·c p ·ρ, where a is the thermal diffusivity [cm2/S], cp is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm3].
열전소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다. In order to obtain the Seebeck exponent of the thermoelectric element, a Z value (V/K) may be measured using a Z meter, and the Seebeck exponent (ZT) may be calculated using the measured Z value.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 5(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 5(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 각각 배치되는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2), 그리고 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the P-type
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1)은 서로 직접 접촉하고, 열전 소재층(132. 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1)과 제1 도금층(134-1, 144-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 접합층(136-2, 146-2)과 제2 도금층(134-2, 144-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 도금층(134-1, 144-1)과 제1 금속층(138-1, 148-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 금속층(138-2, 148-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다.At this time, the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 directly contact each other, and the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-1 2) can be in direct contact with each other. In addition, the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the first plating layers 134-1 and 144-1 are in direct contact with each other, and the second bonding layers 136-2 and 146-2 and the second The plating layers 134-2 and 144-2 may directly contact each other. The first plating layers 134-1 and 144-1 and the first metal layers 138-1 and 148-1 are in direct contact with each other, and the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second metal layer ( 138-2, 148-2) may be in direct contact with each other.
여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 5(a)에서 설명한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. Here, the thermoelectric material layers 132 and 142 may include semiconductor materials such as bismuth (Bi) and tellurium (Te). The thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type
그리고, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 수 있다.In addition, the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 may be selected from copper (Cu), copper alloys, aluminum (Al), and aluminum alloys. to 0.5 mm, preferably 0.2 to 0.3 mm. Since the thermal expansion coefficients of the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 are similar to or greater than those of the thermoelectric material layers 132 and 142, during sintering Since compressive stress is applied at the interface between the first and second metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 and the thermoelectric material layers 132 and 142, cracking or peeling can be prevented. can In addition, since the bonding force between the first and second metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 and the
다음으로, 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 산화를 방지할 수 있다. Next, the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 may include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo, respectively. and may have a thickness of 1 to 20 μm, preferably 1 to 10 μm. The first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 include Bi or Te, which is a semiconductor material in the thermoelectric material layers 132 and 142, and the first metal layer 138-1, 148-1) and the second metal layers 138-2 and 148-2, it is possible to prevent performance deterioration of the thermoelectric element and prevent the first metal layers 138-1 and 148-1 and Oxidation of the two metal layers 138-2 and 148-2 can be prevented.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146)-1 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 Te를 포함하는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)을 미리 배치하여, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역의 발생을 방지할 수 있다.At this time, between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134-1 and 144-1 and between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second plating layers 134-2 and 144-2, the first Bonding layers 136-1 and 146-1 and second bonding layers 136-2 and 146-2 may be disposed. In this case, the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may include Te. For example, the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 are Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb- It may include at least one of Te, Cr-Te, and Mo-Te. According to an embodiment of the present invention, the thickness of each of the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 is 0.5 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm. μm. According to an embodiment of the present invention, the first plating layer including Te is between the thermoelectric material layers 132 and 142, the first plating layers 134-1 and 144-1, and the second plating layers 134-2 and 144-2. The bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 are disposed in advance so that Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 is the first plating layer 134-1 and 144. -1) and diffusion into the second plating layers 134-2 and 144-2 can be prevented. Accordingly, the occurrence of the Bi-rich region can be prevented.
이에 따르면, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높다. 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지의 Te 함량 또는 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8 내지 1배일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8배 내지 1배일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서도 Te 함량은 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서 Te 중량비의 변화율은 0.9 내지 1일 수 있다. According to this, the Te content from the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 is higher than the Bi content, and the thermoelectric material layer The Te content from the center of (132, 142) to the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) is higher than the Bi content. Te content from the center of the
또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량이 50wt%로 포함되는 경우, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 40 내지 50wt%, 바람직하게는 42.5 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 45 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 47.5 내지 50wt%일 수 있다. 또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 Ni대비 클 수 있다. 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 Te의 함량은 일정하게 분포하는 반면, Ni 함량은 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 열전 소재층(132, 142) 방향에 인접할수록 감소할 수 있다. In addition, the Te content in the first bonding layer 136-1 or 146-1 or the second bonding layer 136-2 or 146-2 is the same as or similar to the Te content in the
그리고, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 일정하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 중량비의 변화율은 0.8 내지 1일 수 있다. 여기서, Te 중량비의 변화율이 1에 가까울수록 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량이 일정하게 분포하는 것을 의미할 수 있다. Further, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 The interface between the first plating layer 136-1 and 146-1 and the first bonding layer 136-1 and 146-1 or the second plating layer 134-2 and 144-2 and the second bonding layer 136 from the interface -2, 146-2) The Te content up to the interface can be uniformly distributed. For example, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 ) from the interface between the first plating layer 136-1 and 146-1 and the first bonding layer 136-1 and 146-1 or the second plating layer 134-2 and 144-2 and the second bonding layer The rate of change of the Te weight ratio to the interface between (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1. Here, as the rate of change of the Te weight ratio approaches 1, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layer 136-1 and 146-1 or the
그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1) 내 제1 도금층(134-1, 144-1)과 접하는 면, 즉 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 제2 도금층(134-2, 144-2)과 접하는 면, 즉 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 제1 접합층(136-1, 146-1)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142) 내 제2 접합층(136-2, 146-2)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. In addition, the surfaces of the first bonding layers 136-1 and 146-1 in contact with the first plating layers 134-1 and 144-1, that is, the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layer (136-1, 146-1) or a surface in contact with the second plating layer (134-2, 144-2) within the second bonding layer (136-2, 146-2), that is, the second plating layer (134-2) , 144-2) and the second bonding layer (136-2, 146-2), the Te content at the interface between the first bonding layer (136-1, 146-1) and Contact surfaces, that is, interfaces between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 within the thermoelectric material layers 132 and 142 ), that is, 0.8 to 1 times, preferably 0.85 to 1 times, the Te content at the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2. Preferably it may be 0.9 to 1 time, more preferably 0.95 to 1 time. Here, the content may be a weight ratio.
그리고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 즉, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)의 중심부는 열전 소재층(132, 142)의 중심을 포함하는 주변 영역을 의미할 수 있다. 그리고, 경계면은 경계면 자체를 의미하거나, 또는 경계면과 경계면으로부터 소정 거리 내에 인접하는 경계면 주변 영역을 포함하는 것을 의미할 수 있다.In addition, the Te content of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and It can be seen that the Te content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2 is the same as or similar to that of the Te content. That is, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2. The Te content of the interface may be 0.8 to 1 times, preferably 0.85 to 1 times, more preferably 0.9 to 1 times, and still more preferably 0.95 to 1 times the Te content of the center of the thermoelectric material layer (132, 142). there is. Here, the content may be a weight ratio. Here, the center of the
그리고, 제1 도금층(136-1, 146-1) 또는 제2 도금층(134-2, 144-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량 및 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량보다 낮게 나타날 수 있다.In addition, the content of Te in the first plating layer 136-1 or 146-1 or the second plating layer 134-2 or 144-2 is the content of Te in the
또한, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에 이르기까지 Te의 함량이 Bi의 함량보다 높게 나타나므로, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 주변 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면 주변에서 Bi함량이 Te 함량을 역전하는 구간이 존재하지 않는다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.In addition, the Bi content of the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142. It can be seen that the Bi content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2 is identical to or similar to that of Bi content. Accordingly, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 from the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second Since the content of Te appears higher than the content of Bi up to the interface between the bonding layers 136-2 and 146-2, the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 There is no section in which the Bi content reverses the Te content around the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layer 136-2 and 146-2. For example, the Bi content of the central portion of the
여기서, 제1 수지층(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 복수의 제1 전극(120), 그리고 제2 수지층(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 복수의 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the plurality of
그리고, 제1 수지층(110)과 제2 수지층(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 수지층(110)과 제2 수지층(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. Also, the sizes of the
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. In this case, the P-type
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.Alternatively, the P-type
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 존 멜팅(zone melting) 방식 또는 분말 소결 방식에 따라 제작될 수 있다. 존 멜팅 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳(ingot)을 제조한 후, 잉곳에 천천히 열을 가하여 단일의 방향으로 입자가 재배열되도록 리파이닝하고, 천천히 냉각시키는 방법으로 열전 레그를 얻는다. 분말 소결 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전 레그를 얻는다.Alternatively, the P-type
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 금속기판(170) 상에 제1 수지층(110)이 배치되고, 제2 수지층(160) 상에 제2 금속기판(180)이 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등으로 이루어질 수 있다. 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 제2 수지층(160) 등을 지지할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(100)가 적용되는 애플리케이션에 직접 부착되는 영역일 수 있다. 이에 따라, 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 각각 제1 금속지지체 및 제2 금속지지체와 혼용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)이 사용되는 경우, 세라믹 기판에 비하여 깨짐이 발생할 가능성이 적으며, 이에 따라 내구성이 향상될 수 있고, 열전도 성능이 현저히 높을 수 있다.The
제1 금속기판(170)의 면적은 제1 수지층(110)의 면적보다 클 수 있으며, 제2 금속기판(180)의 면적은 제2 수지층(160)의 면적보다 클 수 있다. 즉, 제1 수지층(110)은 제1 금속기판(170)의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역 내에 배치될 수 있고, 제2 수지층(160)은 제2 금속기판(180)의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역 내에 배치될 수 있다. The area of the
이때, 제1 금속기판(170)의 폭 길이는 제2 금속기판(180)의 폭 길이보다 크거나, 제1 금속기판(170)의 두께는 제2 금속기판(180)의 두께보다 클 수 있다. In this case, the width of the
제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160)은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물로 이루어지거나, PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 실리콘 수지 조성물로 이루어질 수도 있다. The
여기서, 무기충전재는 수지층의 68 내지 88vol%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 68vol%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 88vol%를 초과하여 포함되면 수지층과 금속기판 간의 접착력이 낮아질 수 있으며, 수지층이 쉽게 깨질 수 있다.Here, the inorganic filler may be included in 68 to 88 vol% of the resin layer. If the inorganic filler is included in less than 68 vol%, the thermal conductivity may be low, and if the inorganic filler is included in more than 88 vol%, the adhesive force between the resin layer and the metal substrate may be lowered, and the resin layer may be easily broken.
제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160)의 두께는 0.02 내지 0.6mm, 바람직하게는 0.1 내지 0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.6mm일 수 있으며, 열전도도는 1W/mK이상, 바람직하게는 10W/mK이상, 더욱 바람직하게는 20W/mK 이상일 수 있다. 제1 수지층(110)과 제2 수지층(160)의 두께가 이러한 수치범위를 만족할 경우, 제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160)이 온도 변화에 따라 수축 및 팽창을 반복하더라도, 제1 수지층(110)과 제1 금속기판(170) 간의 접합 및 제2 수지층(160)과 제2 금속기판(180) 간의 접합에는 영향을 미치지 않을 수 있다. The thickness of the
이를 위하여, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.To this end, the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent. In this case, the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 based on 10 volume ratio of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound. The crystalline epoxy compound may include a mesogen structure. Mesogen is a basic unit of liquid crystal and has a rigid structure. And, the amorphous epoxy compound may be a normal amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule, and may be, for example, a glycidyl ether compound derived from bisphenol A or bisphenol F. Here, the curing agent may include at least one of an amine-based curing agent, a phenol-based curing agent, an acid anhydride-based curing agent, a polymercaptan-based curing agent, a polyaminoamide-based curing agent, an isocyanate-based curing agent, and a block isocyanate-based curing agent, and two or more types of curing agent may be used in combination.
무기충전재는 산화알루미늄 및 질화물을 포함할 수 있으며, 질화물은 무기충전재의 55 내지 95wt%로 포함될 수 있으며, 더 좋게는 60~80wt% 일 수 있다. 질화물이 이러한 수치범위로 포함될 경우, 열전도도 및 접합 강도를 높일 수 있다. 여기서, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 질화붕소는 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체일 수 있으며, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다. The inorganic filler may include aluminum oxide and nitride, and the nitride may be included in 55 to 95 wt% of the inorganic filler, and more preferably 60 to 80 wt%. When nitride is included in this numerical range, thermal conductivity and bonding strength can be increased. Here, the nitride may include at least one of boron nitride and aluminum nitride. Here, the boron nitride may be a boron nitride agglomerate in which plate-shaped boron nitride is agglomerated, and the surface of the boron nitride agglomerate is coated with a polymer having the following
단위체 1은 다음과 같다.
[단위체 1][monomer 1]
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다. Here, one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is H, and the other is selected from the group consisting of C 1 ~ C 3 alkyl, C 2 ~ C 3 alkene and C 2 ~ C 3 alkyne, and R 5 may be a linear, branched or cyclic divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다. In one embodiment, one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 excluding H is selected from C 2 ~ C 3 alkenes, and the other one and another one of the others are selected from C 1 ~ C 3 alkyl. can be chosen For example, the polymer according to an embodiment of the present invention may include the following unit 2.
[단위체 2][monomer 2]
또는, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.Alternatively, the rest of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 excluding H may be selected to be different from each other in the group consisting of C 1 ~ C 3 alkyl, C 2 ~ C 3 alkene and C 2 ~ C 3 alkyne. there is.
이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.In this way, when the polymer according to
이때, 질화붕소 응집체의 입자크기 D50은 250 내지 350㎛이고, 산화알루미늄의 입자크기 D50은 10 내지 30㎛일 수 있다. 질화붕소 응집체의 입자크기 D50과 산화알루미늄의 입자크기 D50이 이러한 수치 범위를 만족할 경우, 질화붕소 응집체와 산화알루미늄이 수지층 내에 고르게 분산될 수 있으며, 이에 따라 수지층 전체적으로 고른 열전도 효과 및 접착 성능을 가질 수 있다.In this case, the particle size D50 of the boron nitride agglomerate may be 250 to 350 μm, and the particle size D50 of the aluminum oxide may be 10 to 30 μm. When the particle size D50 of the boron nitride agglomerate and the particle size D50 of the aluminum oxide satisfy these numerical ranges, the boron nitride agglomerate and the aluminum oxide can be evenly dispersed in the resin layer, thereby providing an even heat conduction effect and adhesive performance throughout the resin layer. can have
이와 같이, 제1 금속기판(170)과 복수의 제1 전극(120) 사이에 제1 수지층(110)이 배치되면, 별도의 세라믹 기판 없이도 제1 금속기판(170)과 복수의 제1 전극(120) 사이의 열전달이 가능하며, 제1 수지층(110) 자체의 접착 성능으로 인하여 별도의 접착제 또는 물리적인 체결 수단이 필요하지 않다. 이에 따라, 열전소자(100)의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있으며, 열전소자(100)의 내구성을 높일 수 있다.In this way, when the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(100)는 실링부(190)를 더 포함한다. Meanwhile, the
실링부(190)는 제1 수지층(110)의 측면과 제 2수지층(160)의 측면에 배치될 수 있다, 즉, 실링부(190)는 제1 금속기판(170)과 제2 금속기판(180) 사이에 배치되며, 제1 수지층(110)의 측면, 복수의 제1 전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽, 복수의 제2 전극(150)의 최외곽 및 제2 수지층(160)의 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다. The sealing
여기서, 실링부(190)는 제1 수지층(110)의 측면, 복수의 제1 전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽, 복수의 제2 전극(150)의 최외곽 및 제2 수지층(160)의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 실링 케이스(192), 실링 케이스(192)와 제2 금속기판(180) 사이에 배치되는 실링재(194), 실링케이스(192)와 제1 금속기판(170) 사이에 배치되는 실링재(196)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 실링케이스(192)는 실링재(194, 196)를 매개로 하여 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 실링케이스(192)가 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)과 직접 접촉할 경우 실링케이스(192)를 통해 열전도가 일어나게 되고, 결과적으로 △T가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. Here, the sealing
여기서, 실링재(194, 196)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 실링재(194, 196)는 실링케이스(192)와 제1 금속기판(170) 사이 및 실링케이스(192)와 제2 금속기판(180) 사이를 기밀하는 역할을 하며, 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다. Here, the sealing
한편, 실링 케이스(192)에는 전극에 연결된 와이어(200, 202)를 인출하기 위한 가이드 홈(G)이 형성될 수 있다. 이를 위하여, 실링 케이스(192)는 플라스틱 등으로 이루어진 사출 성형물일 수 있으며, 실링 커버와 혼용될 수 있다. Meanwhile, a guide groove G for drawing out the
실링부(190)의 구조를 구체적으로 도시하고 있으나, 이는 예시에 지나지 않으며, 실링부(190)는 다양한 형태로 변형될 수 있다. Although the structure of the
도시되지 않았으나, 실링부(190)를 둘러싸도록 단열재가 더 포함될 수도 있다. 또는 실링부(190)는 단열 성분을 포함할 수도 있다.Although not shown, a heat insulating material may be further included to surround the sealing
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이 및 제2 금속기판(180)과 제2 수지층(160) 사이에 금속층(500)이 더 배치될 수 있다. 본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에 금속층(500)이 배치되는 실시예를 중심으로 설명하나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제2 금속기판(180)과 제2 수지층(160)에도 동일한 구조가 적용될 수 있다. 여기서, 금속층(500)은 금속 중간층, 중간층 등과 혼용될 수 있다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에는 금속층(500)이 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제1 금속기판(170)에는 클리닝(cleaning) 및 에칭(etching) 공정이 미리 행해질 수 있다. 에칭 공정에 의하여 제1 금속기판(170)의 표면 중 적어도 일부에는 요철이 형성될 수 있다. 에칭 공정을 이용하면, 균일한 크기의 요철이 형성될 수 있다. 여기서, 요철의 크기는 표면거칠기, 표면조도 등의 단위로 나타내어질 수 있다. 제1 금속기판(170)의 표면에 요철이 형성되면, 제1 금속기판(170)의 표면과 금속층(500) 간의 접합력이 높아질 수 있으며, 이에 따라 제1 금속기판(170)의 표면에 산화층이 형성되는 문제를 방지할 수 있다. Referring to FIGS. 6 to 8 , a
예를 들어, 표면거칠기는 표면거칠기 측정기를 이용하여 측정될 수 있다. 표면거칠기 측정기는 탐침을 이용하여 단면 곡선을 측정하며, 단면 곡선의 산봉우리선, 골바닥선, 평균선 및 기준길이를 이용하여 표면거칠기를 산출할 수 있다. 본 명세서에서, 표면거칠기는 중심선 평균 산출법에 의한 산술평균 거칠기(Ra)를 의미할 수 있다. 산술평균 거칠기(Ra)는 아래 수학식 2를 통하여 얻어질 수 있다. For example, surface roughness may be measured using a surface roughness measuring instrument. The surface roughness measuring instrument measures the cross-sectional curve using a probe, and can calculate the surface roughness using the peak line, valley line, average line, and reference length of the cross-sectional curve. In the present specification, surface roughness may mean arithmetic average roughness (Ra) by a center line average calculation method. The arithmetic average roughness (Ra) can be obtained through Equation 2 below.
즉, 표면거칠기 측정기의 탐침을 얻은 단면 곡선을 기준길이 L만큼 뽑아내어 평균선 방향을 x축으로 하고, 높이 방향을 y축으로 하여 함수(f(x))로 표현하였을 때, 수학식 2에 의하여 구해지는 값을 ㎛미터로 나타낼 수 있다.That is, when the cross-sectional curve obtained by the probe of the surface roughness measuring instrument is extracted by the reference length L and expressed as a function (f (x)) with the average line direction as the x-axis and the height direction as the y-axis, by Equation 2 The value obtained can be expressed in μm meters.
본 발명의 실시예에서, 제1 금속기판(170)에 형성된 요철의 크기, 즉 표면거칠기는 0.01 내지 50㎛, 바람직하게는 0.1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 5㎛일 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서 요철은 마이크로텍스쳐와 혼용될 수 있다. 제1 금속기판(170)에 형성된 요철의 크기, 즉 표면거칠기가 이러한 수치범위를 벗어날 경우, 제1 금속기판(170)의 표면과 금속층(500) 간의 접합력이 낮아질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the size of the irregularities formed on the
여기서, 금속층(500)은 Ni를 포함하는 금속층일 수 있다. Ni을 포함하는 금속층(500)은 제1 금속기판(170), 예를 들어 구리(Cu)로 이루어지거나, 구리(Cu)를 포함하는 금속기판과의 접합력이 우수하여 제1 금속기판(170)에 용이하게 도금될 수 있다. 또한, Ni은 구리에 비하여 쉽게 산화되지 않으므로, 제1 금속기판(170)의 표면 산화를 방지할 수 있다. 또한, Ni를 포함하는 금속층(500)은 확산 방지막의 역할도 수행하므로, 제1 금속기판(170)의 구리가 제1 수지층(110)으로 확산되는 문제를 방지할 수 있다. Here, the
본 발명의 한 실시예에 따르면, 금속층(500)의 두께는 제1 수지층(110)의 두께의 0.02 내지 0.1배일 수 있다. 예를 들어, 금속층(500)의 두께는 0.4㎛ 내지 60㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛, 더욱 바람직하는 2㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 금속층(500)의 두께가 이러한 수치 범위를 가질 경우, 제1 금속기판(170)의 요철이 금속층(500) 및 제1 수지층(110)에도 형성될 수 있으며, 이에 따라 금속층(500)과 제1 수지층(110) 간의 접합력이 높아질 수 있으며, 결과적으로 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 간의 접합력이 높아질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the
이와 같이, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에 금속층(500)이 더 배치될 경우, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이의 접합력이 개선될 수 있다. 이를 위하여, 금속층(500)의 면적이 제1 수지층(110)의 면적과 같거나 제1 수지층(110)의 면적보다 커야 하며, 제1 수지층(110)의 전체가 금속층(500) 상에 배치되어야 한다.As such, when the
제1 금속기판(170)에 금속층(500)을 형성하기 위하여, 클리닝 및 에칭된 제1 금속기판(170)의 상면을 Ni로 도금할 수 있다. 또는, 클리닝 및 에칭된 제1 금속기판(170)을 Ni 용액 내에 담그는 방법에 의하여 제1 금속기판(170)을 금속층(500)으로 도금할 수도 있다. 이러한 방법에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속층(500)은 제1 금속기판(170)의 전면에 형성될 수 있으며, 제1 금속기판(170)의 전면의 표면 산화가 방지될 수 있다.In order to form the
한편, 도 8을 참조하면, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에 형성되는 금속층(500)은 Ni을 포함하는 제1 금속층(510) 및 Pd를 포함하는 제2 금속층(520)을 포함할 수도 있다. 이때, Ni를 포함하는 제1 금속층(510)은 제1 금속기판(170)과 직접 접촉하고, Pd를 포함하는 제2 금속층(520)은 제1 수지층(110)과 직접 접촉할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 8 , the
Ni를 포함하는 제1 금속층(510)이 Pd를 포함하는 제2 금속층(520)과 접합하고, Pd를 포함하는 제2 금속층(520)이 제1 수지층(110)과 접합하는 경우, Ni를 포함하는 제1 금속층(510)과 제1 수지층(110)이 직접 접합되는 경우에 비하여 접합 강도가 높아질 수 있으며, 제2 금속층(520)은 제1 금속층(510)의 Ni이 제1 수지층(110)으로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지막의 역할을 할 수도 있다. 또한, 제1 금속기판(170)의 표면에 Ni를 포함하는 제1 금속층(510)과 Pd를 포함하는 제2 금속층(520)이 이중으로 배치될 경우, 제1 금속기판(170)의 표면 산화를 더욱 안정적으로 방지할 수 있다. When the
이때, 제2 금속층(520)의 두께는 제1 금속층(510)의 두께의 0.05 내지 0.2배, 바람직하게는 0.1 내지 0.15배일 수 있다.In this case, the thickness of the
제2 금속층(520)의 두께가 이러한 조건을 만족할 경우, 제1 금속기판(170)에 형성된 요철이 제1 금속층(510)뿐만 아니라 제2 금속층(520)에도 형성되며, 제1 수지층(110)에도 형성될 수 있으며, 결과적으로 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110)의 접합력을 개선할 수 있다. When the thickness of the
이하에서는 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 정수기에 적용된 예를 설명한다.Hereinafter, an example in which the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a water purifier will be described with reference to FIG. 9 .
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.9 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기(1)는 원수 공급관(12a), 정수 탱크 유입관(12b), 정수탱크(12), 필터 어셈블리(13), 냉각 팬(14), 축열조(15), 냉수 공급관(15a), 및 열전장치(1000)을 포함한다.The
원수 공급관(12a)은 수원으로부터 정수 대상인 물을 필터 어셈블리(13)로 유입시키는 공급관이고, 정수 탱크 유입관(12b)은 필터 어셈블리(13)에서 정수된 물을 정수 탱크(12)로 유입시키는 유입관이고, 냉수 공급관(15a)은 정수 탱크(12)에서 열전장치(1000)에 의해 소정 온도로 냉각된 냉수가 최종적으로 사용자에게 공급되는 공급관이다.The raw
정수 탱크(12)는 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수되고 정수 탱크 유입관(12b)을 통해 유입된 물을 저장 및 외부로 공급하도록 정수된 물을 잠시 수용한다.The
필터 어셈블리(13)는 침전 필터(13a)와, 프리 카본 필터(13b)와, 멤브레인 필터(13c)와, 포스트 카본 필터(13d)로 구성된다.The filter assembly 13 is composed of a precipitate
즉, 원수 공급관(12a)으로 유입되는 물은 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수될 수 있다.That is, water flowing into the raw
축열조(15)가 정수 탱크(12)와, 열전장치(1000)의 사이에 배치되어, 열전장치(1000)에서 형성된 냉기가 저장된다. 축열조(15)에 저장된 냉기는 정수 탱크(12)로 인가되어, 정수 탱크(120)에 수용된 물을 냉각시킨다.The
냉기 전달이 원활하게 이루어질 수 있도록, 축열조(15)는 정수 탱크(12)와 면접촉될 수 있다.The
열전장치(1000)은 상술한 바와 같이, 흡열면과 발열면을 구비하며, P 형 반도체 및 N형 반도체 상의 전자 이동에 의해, 일측은 냉각되고, 타측은 가열된다.As described above, the
여기서, 일측은 정수 탱크(12) 측이며, 타측은 정수 탱크(12)의 반대측일 수 있다.Here, one side may be the purified
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 정수기 내에서 정수 탱크(12)를 효율적으로 냉각할 수 있다.In addition, as described above, the
이하에서는 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 냉장고에 적용된 예를 설명한다.Hereinafter, an example in which the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a refrigerator will be described with reference to FIG. 10 .
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.10 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied.
냉장고는 심온 증발실내에 심온 증발실 커버(23), 증발실 구획벽(24), 메인 증발기(25), 냉각팬(26) 및 열전장치(1000)을 포함한다.The refrigerator includes a simon
냉장고 내는 심온 증발실 커버(23)에 의하여 심온 저장실과 심온 증발실로 구획된다.The refrigerator is partitioned into a simon storage chamber and a simon evaporation chamber by the simon
상세히, 상기 심온 증발실 커버(23)의 전방에 해당하는 내부 공간이 심온 저장실로 정의되고, 심온 증발실 커버(23)의 후방에 해당하는 내부 공간이 심온 증발실로 정의될 수 있다.In detail, the inner space corresponding to the front of the simon
심온 증발실 커버(23)의 전면에는 토출 그릴(23a)과 흡입 그릴(23b) 이 각각 형성될 수 있다.The front surface of the simon
증발실 구획벽(24)은 인너 캐비닛의 후벽으로부터 전방으로 이격되는 지점에 설치되어, 심온실 저장 시스템이 놓이는 공간과 메인 증발기(25)가 놓이는 공간을 구획한다.The evaporation
메인 증발기(25)에 의하여 냉각되는 냉기는 냉동실로 공급된 뒤 다시 메인 증발기 쪽으로 되돌아간다.Cool air cooled by the
열전장치(1000)은 심온 증발실에 수용되며, 흡열면이 심온 저장실의 서랍 어셈블리 쪽을 향하고, 발열면이 증발기 쪽을 향하는 구조를 이룬다. 따라서, 열전장치(1000)서 발생되는 흡열 현상을 이용하여 서랍 어셈블리에 저장된 음식물을 섭씨 영하 50도 이하의 초저온 상태로 신속하게 냉각시키는데 사용될 수 있다.The
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 냉장고 내에서 서랍 어셈블리를 효율적으로 냉각할 수 있다.In addition, as described above, the
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 주로 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile) 등에 적용될 수 있다. The thermoelectric element according to the embodiment of the present invention may act on a device for power generation, a device for cooling, a device for heating, and the like. Specifically, the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is mainly used in optical communication modules, sensors, medical devices, measuring devices, aerospace industry, refrigerators, chillers, automobile ventilation seats, cup holders, washing machines, dryers, and wine cellars. , a water purifier, a sensor power supply, a thermopile, and the like.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 예로, PCR(Polymerase Chain Reaction) 기기가 있다. PCR 기기는 DNA를 증폭하여 DNA의 염기 서열을 결정하기 위한 장비이며, 정밀한 온도 제어가 요구되고, 열 순환(thermal cycle)이 필요한 기기이다. 이를 위하여, 펠티어 기반의 열전소자가 적용될 수 있다. Here, as an example of applying the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to a medical device, there is a polymerase chain reaction (PCR) device. A PCR device is a device for amplifying DNA to determine a nucleotide sequence of DNA, and requires precise temperature control and a thermal cycle. To this end, a Peltier-based thermoelectric element may be applied.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 다른 예로, 광 검출기가 있다. 여기서, 광 검출기는 적외선/자외선 검출기, CCD(Charge Coupled Device) 센서, X-ray 검출기, TTRS(Thermoelectric Thermal Reference Source) 등이 있다. 광 검출기의 냉각(cooling)을 위하여 펠티어 기반의 열전소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기 내부의 온도 상승으로 인한 파장 변화, 출력 저하 및 해상력 저하 등을 방지할 수 있다. Another example of applying the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to a medical device is an optical detector. Here, the photodetector includes an infrared/ultraviolet ray detector, a charge coupled device (CCD) sensor, an X-ray detector, a thermoelectric thermal reference source (TTRS), and the like. A Peltier-based thermoelectric element may be applied to cool the photodetector. Accordingly, it is possible to prevent a change in wavelength, a decrease in output, and a decrease in resolution due to an increase in temperature inside the photodetector.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 면역 분석(immunoassay) 분야, 인비트로 진단(In vitro Diagnostics) 분야, 온도 제어 및 냉각 시스템(general temperature control and cooling systems), 물리 치료 분야, 액상 칠러 시스템, 혈액/플라즈마 온도 제어 분야 등이 있다. 이에 따라, 정밀한 온도 제어가 가능하다. As another example of application of the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to medical devices, the field of immunoassay, the field of in vitro diagnostics, the field of temperature control and cooling (general temperature control and cooling systems), There are physical therapy fields, liquid chiller systems, and blood/plasma temperature control fields. Accordingly, precise temperature control is possible.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다. Another example of applying the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to a medical device is an artificial heart. Accordingly, power can be supplied to the artificial heart.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 항공 우주 산업에 적용되는 예로, 별 추적 시스템, 열 이미징 카메라, 적외선/자외선 검출기, CCD 센서, 허블 우주 망원경, TTRS 등이 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 온도를 유지할 수 있다. As an example of application of the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to the aerospace industry, there are a star tracking system, a thermal imaging camera, an infrared/ultraviolet ray detector, a CCD sensor, a Hubble Space Telescope, and a TTRS. Accordingly, the temperature of the image sensor may be maintained.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다. Another example of the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention applied to the aerospace industry includes a cooling device, a heater, and a power generating device.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.In addition to this, the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention can be applied to other industrial fields for power generation, cooling, and heating.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
Claims (10)
상기 제1 금속기판 상에 배치되는 제1 수지층,
상기 제1 수지층 상에 배치된 제1 전극,
상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그,
상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극,
상기 제2 전극 상에 배치된 제2 수지층, 그리고
상기 제2 수지층 상에 배치된 제2 금속기판을 포함하고,
상기 제1 금속기판의 적어도 일부에는 요철이 형성되고,
상기 제1 금속기판과 상기 제1 수지층 사이에는 Ni를 포함하는 제1 금속층이 더 배치된 열전모듈.a first metal substrate;
A first resin layer disposed on the first metal substrate;
A first electrode disposed on the first resin layer;
a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg disposed on the first electrode;
a second electrode disposed on the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg;
A second resin layer disposed on the second electrode, and
A second metal substrate disposed on the second resin layer;
At least a portion of the first metal substrate is formed with irregularities,
A first metal layer containing Ni is further disposed between the first metal substrate and the first resin layer.
상기 제1 금속층의 두께는 상기 제1 수지층의 두께의 0.02 내지 0.1배인 열전모듈. According to claim 1,
The thermoelectric module of claim 1 , wherein the thickness of the first metal layer is 0.02 to 0.1 times the thickness of the first resin layer.
상기 제1 금속층의 두께는 0.4㎛ 내지 60㎛인 열전모듈. According to claim 1,
The thermoelectric module wherein the first metal layer has a thickness of 0.4 μm to 60 μm.
상기 제1 금속층과 상기 제1 수지층 사이에는 Pd를 포함하는 제2 금속층이 더 형성된 열전모듈. According to claim 1,
The thermoelectric module further comprises a second metal layer containing Pd between the first metal layer and the first resin layer.
상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층의 두께의 0.05 내지 0.2배인 열전모듈. According to claim 4,
The thermoelectric module of claim 1 , wherein the thickness of the second metal layer is 0.05 to 0.2 times the thickness of the first metal layer.
상기 요철은 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 중 적어도 하나에도 형성된 열전모듈. According to claim 4,
The thermoelectric module of claim 1 , wherein the irregularities are also formed on at least one of the first metal layer and the second metal layer.
상기 요철은 상기 제1 수지층에도 형성된 열전모듈. According to claim 6,
The thermoelectric module of claim 1 , wherein the unevenness is also formed on the first resin layer.
상기 제1 금속기판 상에 배치되는 제1 수지층,
상기 제1 수지층 상에 배치된 제1 전극,
상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그,
상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극,
상기 제2 전극 상에 배치되는 제2 수지층, 그리고
상기 제2 수지층 상에 배치된 제2 금속기판을 포함하고,
상기 제1 금속기판과 상기 제1 수지층 사이에는 Ni를 포함하는 제1 금속층이 더 배치되고,
상기 제1 수지층의 면적은 상기 제1 금속층의 면적과 같거나 상기 제1 금속층의 면적보다 작고,
상기 제1 수지층의 전체가 상기 제1 금속층 상에 배치된 열전모듈. a first metal substrate;
A first resin layer disposed on the first metal substrate;
A first electrode disposed on the first resin layer;
a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg disposed on the first electrode;
a second electrode disposed on the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg;
A second resin layer disposed on the second electrode, and
A second metal substrate disposed on the second resin layer;
A first metal layer containing Ni is further disposed between the first metal substrate and the first resin layer,
The area of the first resin layer is equal to or smaller than the area of the first metal layer,
The thermoelectric module wherein the entirety of the first resin layer is disposed on the first metal layer.
상기 제1 금속층은 상기 제1 금속기판의 전면에 형성된 열전모듈. According to claim 8,
The first metal layer is formed on the entire surface of the first metal substrate thermoelectric module.
상기 제1 금속기판은 구리(Cu)를 포함하는 열전모듈.According to claim 1 or 8,
The thermoelectric module of claim 1 , wherein the first metal substrate includes copper (Cu).
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