KR102509339B1 - Thermo electric element - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 그리고 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극은, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 및 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 솔더, 및 상기 복수의 제1 전극 사이 및 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치되는 연결층을 더 포함하고, 상기 연결층은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에서 연장되고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 동일한 재질이다.A thermoelectric element according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately disposed on the first substrate, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of N-type thermoelectric legs. a second substrate disposed on an N-type thermoelectric leg; and a plurality of electrodes connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs in series, wherein the plurality of electrodes comprise the first substrate and the plurality of electrodes. A plurality of first electrodes disposed between a plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and a plurality of first electrodes disposed between the second substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs. a second electrode between the first electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs and between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs A solder disposed therebetween, and a connection layer disposed between the plurality of first electrodes and between the plurality of second electrodes, wherein the connection layer extends from the first substrate and the second substrate and extends from the first substrate to the plurality of second electrodes. It is the same material as the first substrate and the second substrate.

Description

열전 소자{THERMO ELECTRIC ELEMENT}Thermoelectric element {THERMO ELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔더를 포함하는 열전 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric element including a solder.

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.

열전 소자는 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 an element using a thermoelectric phenomenon, and has a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.

열전 소자는 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.The thermoelectric element can be classified into an element using a temperature change of electrical resistance, an element using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and an element using the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat absorption or heat generation occurs due to current. .

열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are variously applied to home appliances, electronic parts, and communication parts. For example, the thermoelectric element may be applied to a cooling device, a heating device, or a power generating device. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of the thermoelectric element is increasing.

그리고 이러한 열전 소자를 제작함에 있어서, 열전 레그와 전극간의 접합을 위해 솔더를 이용한다. 하지만, 솔더가 흘러넘치는 경우 인접한 전극간에 전기적 연결이 이루어져 쇼트를 일으키고, 열전 소자의 성능을 저하시키는 문제가 발생한다.In manufacturing such a thermoelectric element, solder is used for bonding between the thermoelectric leg and the electrode. However, when the solder overflows, an electrical connection is made between adjacent electrodes, resulting in a short circuit and deterioration of performance of the thermoelectric element.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극간 쇼트 발생이 적은 열전 소자를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a thermoelectric element with less occurrence of a short circuit between electrodes.

본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 그리고 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극은, 상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 및 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 솔더, 및 상기 복수의 제1 전극 사이 및 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치되는 연결층을 더 포함하고, 상기 연결층은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에서 연장되고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 동일한 재질이다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately disposed on the first substrate, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of N-type thermoelectric legs. a second substrate disposed on an N-type thermoelectric leg; and a plurality of electrodes connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs in series, wherein the plurality of electrodes comprise the first substrate and the plurality of electrodes. A plurality of first electrodes disposed between a plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and a plurality of first electrodes disposed between the second substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs. a second electrode between the first electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs and between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs A solder disposed therebetween, and a connection layer disposed between the plurality of first electrodes and between the plurality of second electrodes, wherein the connection layer extends from the first substrate and the second substrate and extends from the first substrate to the plurality of second electrodes. It is the same material as the first substrate and the second substrate.

상기 연결층의 일면은 상기 솔더와 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그가 접하는 면과 동일한 평면일 수 있다.One surface of the connection layer may be the same plane as a surface where the solder contacts the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs.

상기 재질은 에폭시(epoxy)를 포함할 수 있다.The material may include epoxy.

상기 솔더의 면적은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각의 면적의 40% 내지 60%일 수 있다.An area of the solder may be 40% to 60% of an area of each of the first electrode and the second electrode.

상기 솔더는, 아령 형태일 수 있다.The solder may have a dumbbell shape.

상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 및 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 간격은 0.1mm일 수 있다.A distance between the first electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs and between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs may be 0.1 mm. .

상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그는, 상기 솔더를 수용하는 수용홈을 포함할 수 있다.The plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs may include receiving grooves for accommodating the solder.

상기 수용홈은 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그의 양단에 형성될 수 있다.The receiving groove may be formed at both ends of the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs.

본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소자 내부의 인접한 전극간 쇼트 발생을 방지하여 열전 소자의 제작에 있어서 불량이 발생할 확률을 낮추고, 성능이 우수한 열전 소자를 얻을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent a short circuit between adjacent electrodes inside the thermoelectric element, thereby reducing the probability of defects occurring in manufacturing the thermoelectric element, and obtaining a thermoelectric element having excellent performance.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따르면 솔더를 통해 열전 레그와 전극간의 높은 결합력을 제공하여, 열전 소자의 구조적 안정도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a high bonding force between the thermoelectric leg and the electrode is provided through solder, so that the structural stability of the thermoelectric element can be improved.

또한, 다양한 형상의 열전 레그를 통해 더욱 향상된 솔더와 열전 레그 간의 접합력을 제공할 수 있다.Further, improved bonding strength between solder and the thermoelectric legs may be provided through thermoelectric legs having various shapes.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.
도 3은 연결층이 없는 경우에 열전 소자의 단면도이다.
도 4는 연결층이 없는 경우에 열전 소자의 솔더를 도시한 도면이다.
도 5는 연결층이 있는 경우에 열전 소자의 단면도이다.
도 6은 연결층이 있는 경우에 열전 소자의 솔더를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그의 수용홈을 도시한 도면이다.
1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric element when there is no connection layer.
4 is a diagram illustrating soldering of a thermoelectric element when there is no connection layer.
5 is a cross-sectional view of a thermoelectric element in the presence of a connection layer.
6 is a view showing solder of a thermoelectric element when a connection layer is present.
7 is a view showing receiving grooves of a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as second and first may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a second element may be termed a first element, and similarly, a first element may be termed a second element, without departing from the scope of the present invention. The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components regardless of reference numerals are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

도 1내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150), 제2 기판(160), 유전체층(170), 연결층(180) 및 솔더(190)을 포함한다.1 and 2, the thermoelectric element 100 includes a first substrate 110, a first electrode 120, a P-type thermoelectric leg 130, an N-type thermoelectric leg 140, and a second electrode 150. , a second substrate 160, a dielectric layer 170, a connection layer 180, and a solder 190.

제1 전극(120)은 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되고, 제2 전극(150)은 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 제1 전극(120) 및 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 first electrode 120 is disposed between the first substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the second electrode 150 is disposed between the second substrate 160 and the P-type thermoelectric leg. It is disposed between the thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 . Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the first electrode 120 and the second electrode 150 . A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the first electrode 120 and the second electrode 150 and electrically connected to each other may form a unit cell.

예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.For example, when a voltage is applied to the first electrode 120 and the second electrode 150 through the lead wires 181 and 182, the P-type thermoelectric leg 130 moves from the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect. A substrate through which current flows may absorb heat and act as a cooling part, and a substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 may be heated and act as a heating part.

여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)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 thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth steluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs containing bismuth (Bi) and tellurium (Ti) as main materials. The P-type thermoelectric leg 130 includes antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), and gallium with respect to 100 wt% of the total weight. (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) bismuth steluride (Bi-Te)-based main raw material containing at least one of 99 to 99.999 wt% and a mixture containing Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg containing 1wt% to 1wt%. For example, the main raw material is Bi-Se-Te, and Bi or Te may be further included in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight. The N-type thermoelectric leg 140 includes selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), and gallium with respect to 100 wt% of the total weight. (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) bismuth steluride (Bi-Te)-based main raw material containing at least one of 99 to 99.999 wt% and a mixture containing Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg including 1wt% to 1wt%. For example, the main raw material is Bi-Sb-Te, and Bi or Te may be further included in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.

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 thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk or stacked type. In general, the bulk P-type thermoelectric leg 130 or the bulk-type N-type thermoelectric leg 140 heat-treats a thermoelectric material to produce an ingot, crushes and sieves the ingot to obtain powder for the thermoelectric leg, and then obtains powder for the thermoelectric leg. It can be obtained through a process of sintering and cutting the sintered body. The laminated P-type thermoelectric leg 130 or the laminated N-type thermoelectric leg 140 is formed by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form unit members, and then stacking and cutting the unit members. can be obtained

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 thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume or different shapes and volumes. For example, since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different, the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is set as the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130. may be formed differently.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자(100)의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. Performance of the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention may be expressed as a Seebeck exponent. The Seebeck index (ZT) can be expressed as in Equation 1.

Figure 112016052572899-pat00001
Figure 112016052572899-pat00001

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 [cm 2 /S], c p is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm 3 ].

열전 소자(100)의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다. To obtain the Seebeck exponent of the thermoelectric element 100, 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.

여기서, 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제1 전극(120), 그리고 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.Here, the first electrode 120 disposed between the first substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the second substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130 and the second electrode 150 disposed between the N-type thermoelectric legs 140 includes at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni), and may have a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. there is. When the thickness of the first electrode 120 or the second electrode 150 is less than 0.01 mm, the function as an electrode may be deteriorated and electrical conduction performance may be lowered. When the thickness exceeds 0.3 mm, the conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance can

그리고, 상호 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금, Bn을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자(100)의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)이 금속 기판인 경우, 제1 기판(110)과 제1 전극(120) 사이 및 제2 기판(160)과 제2 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다. Also, the first substrate 110 and the second substrate 160 facing each other may be an insulating substrate or a metal substrate. The insulating substrate may be an alumina substrate or a flexible polymer resin substrate. Polymer resin substrates having flexibility have high permeability such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), polyethylene terephthalate (PET), and resin. It may include various insulating resin materials such as plastic. The metal substrate may include Cu, a Cu alloy, a Cu-Al alloy, or Bn, and may have a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm. When the thickness of the metal substrate is less than 0.1 mm or greater than 0.5 mm, heat dissipation characteristics or thermal conductivity may be excessively high, and thus reliability of the thermoelectric element 100 may be deteriorated. In addition, when the first substrate 110 and the second substrate 160 are metal substrates, between the first substrate 110 and the first electrode 120 and between the second substrate 160 and the second electrode 150 Each dielectric layer 170 may be further formed. The dielectric layer 170 includes a material having a thermal conductivity of 5 to 10 W/K, and may be formed to a thickness of 0.01 mm to 0.15 mm. When the thickness of the dielectric layer 170 is less than 0.01 mm, insulation efficiency or withstand voltage characteristics may be reduced, and when the thickness exceeds 0.15 mm, thermal conductivity may be lowered and heat dissipation efficiency may be lowered.

이때, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(100)의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. At this time, the size of the first substrate 110 and the second substrate 160 may be formed differently. For example, the volume, thickness or area of one of the first substrate 110 and the second substrate 160 may be greater than that of the other. Accordingly, heat absorbing performance or heat dissipation performance of the thermoelectric element 100 may be improved.

또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자(100)의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. In addition, a heat dissipation pattern, for example, a concave-convex pattern, may be formed on the surface of at least one of the first substrate 110 and the second substrate 160 . Accordingly, heat dissipation performance of the thermoelectric element 100 may be improved. When the concavo-convex pattern is formed on a surface contacting the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140, bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate may also be improved.

연결층(180)은 복수의 제1 전극(120) 사이 및 복수의 제2 전극(150) 사이에 배치되어, 복수의 제1 전극(120), 복수의 제2 전극(150) 및 솔더(190)에 의해 둘러싸인다. 연결층(180)의 일면은 솔더(190)와 복수의 P형 열전 레그(130)가 접하는 면과 동일한 평면일 수 있다. 또한, 연결층(180)의 일면은 솔더(190)와 복수의 N형 열전 레그(140)가 접하는 면과 동일한 평면일 수 있다.The connection layer 180 is disposed between the plurality of first electrodes 120 and between the plurality of second electrodes 150, and the plurality of first electrodes 120, the plurality of second electrodes 150, and the solder 190 ) is surrounded by One surface of the connection layer 180 may be the same plane as a surface where the solder 190 and the plurality of P-type thermoelectric legs 130 contact each other. In addition, one surface of the connection layer 180 may be the same plane as a surface where the solder 190 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 contact each other.

연결층(180)은 기판으로부터 복수의 전극 사이에 돌출된 형상일 수 있다. 이 경우 연결층(180)이 복수의 제1 전극(120) 사이 및 복수의 제2 전극(150) 사이에서 격벽으로 동작하여, 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 상의 솔더(190)가 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.The connection layer 180 may protrude from the substrate between the plurality of electrodes. In this case, the connection layer 180 acts as a barrier between the plurality of first electrodes 120 and between the plurality of second electrodes 150, and the solder 190 on the first electrode 120 and the second electrode 150 ) can be prevented from overflowing.

또한, 연결층(180)의 일면은 솔더(190)와 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)가 접하는 면보다 상부 또는 하부에 배치될수 있다.In addition, one surface of the connection layer 180 may be disposed above or below a surface where the solder 190 contacts the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 .

그리고 연결층(180)의 타면은 기판과 접하며, 연결층(180)은 기판에서 솔더(190)까지의 간격과 동일한 높이를 가질 수 있다.The other surface of the connection layer 180 is in contact with the board, and the connection layer 180 may have the same height as the distance from the board to the solder 190.

또한, 연결층(180)은 제1 기판(110) 및 제2 기판(160)이 연장된 부분으로, 제1 기판(110) 및 제2 기판(160)과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 이에, 연결층(180)은 절연 또는 금속을 포함하고, 절연은 알루미나 또는 유연성을 가지는 고분자 수지일 수 있다. In addition, the connection layer 180 is an extension of the first substrate 110 and the second substrate 160 and may include the same material as the first substrate 110 and the second substrate 160 . Accordingly, the connection layer 180 includes insulation or metal, and the insulation may be alumina or a polymer resin having flexibility.

실시예로, 연결층(180)은 에폭시(epoxy), 패놀, 고분자 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 또한, 연결층(180)은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금, Bn을 포함할 수 있다.As an example, the connection layer 180 may include epoxy, phenol, polymer polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), polyethylene terephthalate ( It may include various insulating resin materials such as high permeability plastics such as PET) and resin. In addition, the connection layer 180 may include Cu, a Cu alloy, a Cu-Al alloy, or Bn.

실시예로, 연결층(180)은 에폭시를 포함할 수 있다. 그리고 에폭시의 열전도도는 9.5 W/mK로, 공기의 열전도도 0.025W/mK보다 높다. 따라서 연결층(180)의 열전도도는 공기의 열전도도보다 높을 수 있다.As an example, the connection layer 180 may include epoxy. And the thermal conductivity of epoxy is 9.5 W/mK, which is higher than the thermal conductivity of air 0.025 W/mK. Accordingly, the thermal conductivity of the connection layer 180 may be higher than that of air.

이에, 연결층(180)과 공기와의 열전도도 차이로 인해, 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 상에 배치되는 솔더(190)는 아령 형태로 가질 수 있다. 이와 관련하여, 아래 도 3 내지 6에서 설명하겠다.Accordingly, due to a difference in thermal conductivity between the connection layer 180 and air, the solder 190 disposed on the first electrode 120 and the second electrode 150 may have a dumbbell shape. In this regard, it will be described in FIGS. 3 to 6 below.

솔더(190)는 제1 전극(120)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 솔더(190)는 제2 전극(150)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 사이에 배치될 수 있다. The solder 190 may be disposed between the first electrode 120 and the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 . In addition, the solder 190 may be disposed between the second electrode 150 and the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 .

제1 전극(120)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 사이 간격은 바람직하게 0.1㎜ 이하 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제2 전극(150)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 사이 간격도 바람직하게, 0.1㎜ 이하 일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 솔더(190)의 높이는 0.1㎜ 이하일 수 있다.A distance between the first electrode 120 and the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 may be preferably 0.1 mm or less, but is not limited thereto. In addition, the distance between the second electrode 150 and the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 may be preferably 0.1 mm or less, but is not limited thereto. Accordingly, the height of the solder 190 may be 0.1 mm or less.

솔더(190)는 주석(Sn)에 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스(Bi), 인듐(In), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 납(Pb), 금(Au) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 합금을 포함할 수 있다.The solder 190 is made of tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), bismuth (Bi), indium (In), zinc (Zn), antimony (Sb), lead (Pb), and gold (Au). It may include an alloy of a composition in which any one or two or more are contained.

솔더(190)는 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)와 전극(120, 150) 간의 접합을 위한 접착부재일 수 있다. 또한, 솔더(190)는 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)와 전극(120, 150) 간의 열전 효율을 위해 전도성을 가지며, 향상된 접착 특성을 가지기 위해 나노 와이어 등을 포함할 수 있다.The solder 190 may be an adhesive member for bonding between the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 and the electrodes 120 and 150 . In addition, the solder 190 may have conductivity for thermoelectric efficiency between the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 and the electrodes 120 and 150, and may include nanowires or the like to have improved adhesion characteristics. can

그리고 솔더(190)는 일정한 압력 및 온도 하에서 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 상에서 리플로우(reflow)가 수행되면, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)와 접합된다.When the solder 190 is reflowed on the first electrode 120 and the second electrode 150 under a constant pressure and temperature, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 and are joined

또한, 솔더(190)의 면적은 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 각각의 면적의 30% 내지 70% 일수 있다. 더 자세하게 솔더(190)의 면적은 제 1전극(120) 및 제 2전극(150) 각각의 면적의 40% 내지 60%일 수 있다. 이에, 전극 상에 배치되는 솔더(190)가 흘러넘쳐, 전극간의 쇼트가 발생하는 확률이 매우 낮아질 수 있다.Also, the area of the solder 190 may be 30% to 70% of the area of each of the first electrode 120 and the second electrode 150 . In more detail, the area of the solder 190 may be 40% to 60% of the area of each of the first electrode 120 and the second electrode 150 . Accordingly, the probability that the solder 190 disposed on the electrode overflows and a short circuit occurs between the electrodes may be very low.

도 3 내지 도 4는 각각 연결층이 없는 경우에 열전 소자의 단면도와 열전 소자의 솔더를 도시한 도면이고, 도 5내지 도6은 각각 연결층이 있는 경우에 열전 소자의 단면도와 열전 소자의 솔더를 도시한 도면이다.3 to 4 are views showing a cross-sectional view of the thermoelectric element and solder of the thermoelectric element when there is no connection layer, respectively, and FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views of the thermoelectric element and solder of the thermoelectric element when there is a connection layer, respectively. is a drawing showing

도 3 내지 도 4를 참조하면, 인접한 제1 전극 사이 및 인접한 제2 전극 사이에 연결층이 없는 경우에 제1 전극 및 제2 전극 상의 솔더는 흘러 넘칠 수 있다. 따라서 인접한 제1 전극과 전기적으로 연결되어, 전기적 현상인 쇼트를 발생시킬 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , when there is no connection layer between adjacent first electrodes and between adjacent second electrodes, solder on the first electrode and the second electrode may overflow. Therefore, it is electrically connected to the adjacent first electrode, and a short circuit, which is an electrical phenomenon, may occur.

이는 제1 기판 상에 배치된 제1 전극이 제1기판과 접하는 면을 제외하고 공기와 접촉함에 따라 솔더의 퍼짐이 제1 전극의 상면 전체로 골고루 일어나기 때문이다. 제2 기판과 제2 전극에도 상기와 같이 동일하게 적용될 수 있다.This is because the solder spreads evenly over the entire upper surface of the first electrode as the first electrode disposed on the first substrate contacts air except for the surface in contact with the first substrate. The same may be applied to the second substrate and the second electrode as described above.

도 4를 살펴보면, 연결층이 없는 경우에 제1 기판 상에 배치된 솔더가 제1 기판 전체로 퍼져 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the solder disposed on the first substrate spreads over the entire first substrate when there is no connection layer.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 제1 전극 사이 및 인접한 제2 전극 사이에 연결층이 있는 경우에 제1 전극 및 제2 전극 상의 솔더는 아령 형상일 수 있다. 이로써, 솔더가 흘러 넘침으로 인하여 발생하는 인접한 제1 전극 사이의 전기적 연결(쇼트)을 방지하여, 열전 소자의 불량률을 감소할 수 있다. 또한, 열전 성능이 향상된 열전 소자를 제공할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 , when there is a connection layer between the first electrodes and between adjacent second electrodes, the solder on the first electrode and the second electrode may have a dumbbell shape. Accordingly, electrical connection (short) between adjacent first electrodes caused by overflow of solder may be prevented, thereby reducing the defect rate of the thermoelectric element. In addition, a thermoelectric element having improved thermoelectric performance may be provided.

이는 제1 전극과 제1기판이 접하는 면의 대향 면만 공기가 접하고, 그 외 면은 기판 및 연결층에 따라 둘러싸이기 때문이다. 일실시예로, 연결층이 제1 기판의 연장된 부분이면서 제1 기판과 동일하게 에폭시를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 기재한 바와 같이 에폭시의 열전도도는 공기보다 높아, 리플로우(reflow) 시에 제1 기판의 가장자리로부터 제1 기판의 가장자리에 접촉한 연결층으로 열 전달이 많이 일어난다. 이로써, 제1 기판의 가장자리에서 온도는 낮아진다. 이로 인하여, 리플로우 시에 제1 기판의 가장자리로 갈수록 열전도도의 차이로 솔더의 퍼짐이 감소하게 되어, 솔더는 아령 형상을 가질 수 있다.This is because only the surface opposite to the surface in contact with the first electrode and the first substrate is in contact with air, and the other surfaces are surrounded by the substrate and the connection layer. In one embodiment, the connection layer is an extended portion of the first substrate and may include the same epoxy as the first substrate. In this case, as described above, since the thermal conductivity of epoxy is higher than that of air, a large amount of heat transfer occurs from the edge of the first substrate to the connection layer in contact with the edge of the first substrate during reflow. This lowers the temperature at the edge of the first substrate. Due to this, the spread of the solder decreases due to the difference in thermal conductivity toward the edge of the first substrate during reflow, so that the solder may have a dumbbell shape.

솔더가 아령 형상을 가짐으로써, 전극 상에서 솔더가 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 솔더가 전극 상에서 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그와의 접합 부위에 응집하여 더욱 향상된 접합력을 가질 수 있다. 이로써, 열전 소자의 구조적 안정감을 향상 시킨다.When the solder has a dumbbell shape, overflowing of the solder on the electrode can be prevented. In addition, the solder may aggregate on the electrode at a junction between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, and thus have improved bonding strength. This improves the structural stability of the thermoelectric element.

또한, 상기 기재한 내용은 제2 기판에도 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the above description can be equally applied to the second substrate.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그의 수용홈을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 수용홈(h1, h2, h3, h4)은 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그가 제1 기판 및 제2 기판과 연결되는 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 양단에 형성될 수 있다.7 is a view showing receiving grooves of a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7 , accommodating grooves h1 , h2 , h3 , and h4 are formed at both ends of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg where the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are connected to the first substrate and the second substrate. It can be.

수용홈(h1, h2, h3, h4)은 솔더를 수용하여 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그와 솔더 간의 접합력을 향상시킬 수 있다.The accommodating grooves h1 , h2 , h3 , and h4 may receive solder to improve bonding strength between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg and the solder.

또한, 수용홈(h1, h2, h3, h4)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 일예로, 타원형(h1), 사각형(h2), 삼각형(h3) 등의 형상을 가질 수 있다. In addition, the receiving grooves h1, h2, h3, and h4 may have various shapes. For example, it may have a shape such as an ellipse (h1), a rectangle (h2), or a triangle (h3).

타원형(h1) 및 삼각형(h3)의 경우 수용홈의 면적은 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그의 일단 방향으로 커지나, 사각형(h2)의 경우 수용홈의 면적은 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그의 일단 방향으로 동일할 수 있다. 수용홈은 다양한 형상을 가짐으로써, 다양한 면적을 가질 수 있다. In the case of the ellipse (h1) and the triangle (h3), the area of the receiving groove increases in the direction of one end of the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, but in the case of the square (h2), the area of the receiving groove is larger than the plurality of P-type thermoelectric legs. The direction of one end of the thermoelectric leg and the plurality of N-type thermoelectric legs may be the same. The receiving groove may have various areas by having various shapes.

복수의 형상이 반복된 형상(h4)일 수 있다. 그리고, 수용홈은 높이는 0.1㎜ 이하일 수 있다.A plurality of shapes may be repeated shapes h4. And, the height of the receiving groove may be 0.1 mm or less.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 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 industries, 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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 열전 소자가 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. Examples of applications of the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention to the aerospace industry include star tracking systems, thermal imaging cameras, infrared/ultraviolet detectors, CCD sensors, Hubble Space Telescope, TTRS, and the like. Accordingly, the temperature of the image sensor may be maintained.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다. Other examples of the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention applied to the aerospace industry include a cooling device, a heater, and a power generating device.

이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다. In addition, 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.

100: 열전 소자
110: 제1 기판
120: 제1 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 제2 전극
160: 제2 기판
170: 유전체층
180: 연결층
190: 솔더
100: thermoelectric element
110: first substrate
120: first electrode
130: P-type thermoelectric leg
140: N-type thermoelectric leg
150: second electrode
160: second substrate
170: dielectric layer
180: connection layer
190: solder

Claims (8)

제1 기판,
상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그,
상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 그리고
상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극을 포함하며,
상기 복수의 전극은,
상기 제1 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제1 전극, 그리고
상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 및 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 솔더, 및
상기 복수의 제1 전극 사이 및 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치되는 연결층을 더 포함하고,
상기 연결층은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판에서 연장되고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 동일한 재질이고,
상기 연결층의 열전도도는 공기의 열전도도보다 높고,
상기 솔더는 아령 형태이며, 면적이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각의 면적의 40% 내지 60%인 열전 소자.
a first substrate;
a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately disposed on the first substrate;
a second substrate disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs; and
a plurality of electrodes connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs in series;
The plurality of electrodes,
a plurality of first electrodes disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs; and
a plurality of second electrodes disposed between the second substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs;
Solder disposed between the first electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs and between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs; and
Further comprising a connection layer disposed between the plurality of first electrodes and between the plurality of second electrodes,
The connection layer extends from the first substrate and the second substrate and is made of the same material as the first substrate and the second substrate,
The thermal conductivity of the connecting layer is higher than the thermal conductivity of air,
The thermoelectric element of claim 1 , wherein the solder has a dumbbell shape and has an area of 40% to 60% of an area of each of the first electrode and the second electrode.
제1항에 있어서,
상기 연결층의 일면은
상기 솔더와 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그가 접하는 면과 동일한 평면인 열전 소자.
According to claim 1,
One side of the connection layer is
A thermoelectric element having the same plane as a surface at which the solder is in contact with the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs.
제2항에 있어서,
상기 재질은 에폭시(epoxy)를 포함하는 열전 소자.
According to claim 2,
The material is a thermoelectric element including epoxy.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 및 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이 간격은 0.1mm인 열전 소자.
According to claim 1,
A distance between the first electrode, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of N-type thermoelectric legs, and between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs is 0.1 mm. .
제1항에 있어서,
상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그는,
상기 솔더를 수용하는 수용홈을 포함하는 열전 소자.
According to claim 1,
The plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
A thermoelectric element comprising an accommodation groove accommodating the solder.
제7항에 있어서,
상기 수용홈은 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그의 양단에 형성되는 열전 소자.
According to claim 7,
The receiving groove is formed at both ends of the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101447548B (en) * 2008-12-26 2011-03-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 Manufacturing method of thermo-electric device
KR101580041B1 (en) * 2014-04-07 2015-12-23 홍익대학교 산학협력단 Stretchable Thermoelectric Module

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012204623A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Toyota Industries Corp Bonding structure of thermoelectric conversion element

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