KR20080093512A - 열전모듈의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극과 P형반도체 및 N형반도체를 스크린프린팅 공법으로 형성하여 박막화가 가능하도록 하는 열전모듈의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법은, 열전모듈(100)의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 상부전극(132) 또는 하부전극(134)을 형성하는 전극형성단계(S400)와, 상부전극(132)과 하부전극(134) 중 어느 하나의 일면에 페이스트 상태의 P형반도체(140)와 N형반도체(150)를 형성하는 반도체형성단계(S500)와, 상기 상부기판(110)과 하부기판(120)을 접합하여 열전모듈(100)을 형성하는 모듈형성단계(S600)를 포함하여 구성되며, 상기 상부전극(132) 및 하부전극(134)과 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 스크린프린팅공정에 의해 형성된다. 이와 같은 구성에 의하면, 단순한 제조 공정으로 일체화 가능하고, 다양한 크기 및 형상 구현이 가능하며 두께가 얇아지는 이점이 있다.
열전모듈, 스크린프린팅, 볼밀, 유기용제, 페이스트(paste)
Description
도 1 은 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도.
도 2 는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도.
도 3 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 일실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도.
도 5a 는 본 발명에 의한 열전모듈의 일 구성인 P형반도체 분말이 볼밀 가공된 모습을 보인 확대 사진.
도 5b 는 본 발명에 의한 열전모듈의 일 구성인 N형반도체 분말이 볼밀 가공된 모습을 보인 확대 사진.
도 5c 는 본 발명에 의한 열전모듈의 일 구성인 P형반도체의 볼밀 가공 조건에 따른 열전 성능을 보인 도표.
도 6 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 수소환원단계 전/후의 열전성능을 비교한 도표.
도 7 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 전극형성단계 완료시 모습을 보인 평면도.
도 8 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시 예 완료시 모습을 보인 평면도.
도 9 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 모듈형성단계 완료시 내부 모습을 보인 확대 사진.
도 10 은 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 다른 실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도.
도 11 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시예 완료시 모습을 보인 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 열전모듈 110. 상부기판
120. 하부기판 130. 전극
132. 상부전극 134. 하부전극
140. P형반도체 150. N형반도체
S100. 분말제조단계 S200. 수소환원단계
S300. 페이스트단계 S400. 전극형성단계
S500. 반도체형성단계 S600. 모듈형성단계
본 발명은 열전모듈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극과 P형반도체 및 N형반도체를 스크린프린팅 공법으로 형성함으로써 박막화가 가능하도록 한 열전모듈의 제조방법에 관한 것이다.
열전모듈은 크게 제백(Seeback) 효과를 이용한 발전이나, 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 냉각의 두 가지 응용처가 있다.
제백 효과는 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 폐열발전이나 체온을 이용한 소형전자소자(예컨대, 시계)의 전원, 방사능 반감 열을 이용한 우주 탐사선의 전원 등으로 쓰이고 있다.
반대로 양단에 전류를 흘리면 전하를 따라 열이 이동하여 한쪽은 냉각이 되고 다른 쪽은 가열이 되는 현상을 펠티어효과라 하는데, 이를 이용하면 기계적 동작이 없는 순전히 전자만을 이용한 냉각장치를 만들 수 있다.
이러한 열전모듈을 이용한 냉각은 전체적인 냉각효율로 보았을 때에는 기존의 컴프레셔 타입의 냉각기에 비해 많이 떨어지나 상대적으로 기계적인 소음이 없고 온도 제어가 아주 정확하며, 반응 응답 시간이 짧아져 그리 낮지 않은 냉온(섭씨 5~10도) 유지나 소형의 냉장고에서는 비교적 높은 냉각효율을 가지므로 많이 이용되고 있다.
이하 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 열전모듈(10)의 상/하면에는 상부기판(11) 및 하부기판(12)이 구비된다. 상기 상부기판(11) 및 하부기판(12)은 열을 방출 또 는 흡열하는 역할을 수행하는 것으로, 일정 거리만큼 상/하로 이격된 상태로 유지된다.
상기 상부기판(11)과 하부기판(12) 사이에는 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 구비된다. 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)는 열전소재가 일정한 형상으로 일정한 크기를 가지도록 형성한 요소로서 상기 상부기판(15)과 하부기판(16) 사이에 교번하여 배치된다.
상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)와 상부기판(11) 사이에는 연결도선(17)이 구비된다. 상기 연결도선(17)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 연결되도록 하는 구성이다.
상기 연결도선(17)의 하측에는 금속층(25)이 구비된다. 상기 금속층(25)은 연결도선(17)으로부터 이동하는 원자가 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 금속층(25)은 니켈로 형성되며, 인 또는 붕소를 소량 함유하게 된다.
즉, 상기 금속층(25)은 열전특성의 저하를 차단하여 안정화될 수 있도록 하는 것으로, 상기 금속층(25)은 연결도선에 코팅 처리된다.
상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16) 사이에는 장벽층(27)이 구비된다. 상기 장벽층(27)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 아래에서 설명할 납땜층(26)으로부터 오염되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 금속층(25)과 장벽층(27) 사이에는 납땜층(26)이 구비된다. 상기 납땜층(26)은 금속층(25)과 장벽층(27)이 서로 접착된 상태를 유지하도록 하는 구성이 다.
상기 납땜층(26) 중 하측에 위치한 납땜층(26)의 하면에는 N접점(20) 및 P접점(21)이 각각 구비된다.
상기 N접점(20)과, P접점(21)은 서로 이격된 상태로 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)의 하면에 부착된 것으로, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)에 전원을 공급하는 열할을 수행한다.
그러나 상기와 같이 구성되는 열전모듈(10)은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16) 상/하측에는 납땜층(26)이 구비된다. 이러한 상기 납땜층(26)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 상부기판(11) 및 하부기판(12)에 고정되도록 하기 위해 구성된 것이다.
따라서, 열전모듈(10)에는 인체 유해물질이 포함되므로 작업자의 안전상 바람직하지 못하다.
또한, 상기 납땜층(26)이 구비됨에 따라 장벽층(27)은 불가피하게 형성되어야 한다.
따라서, 열전모듈(10)의 두께가 두꺼워지며, 공정수가 증가하게 되어 불량율이 급증하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 납땜층(26)을 형성하기 위한 솔더링(Solding)공정은 많은 시간이 요구되므로 생산성을 저하시키게 되며, 열전모듈(10)의 가격을 상승시키는 요인이 되어 바람직하지 못하다.
뿐만 아니라 가공이 어려운 열전 소재를 일정한 형태와 크기로 가공하여야 하는 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극과 P형반도체 및 N형반도체를 스크린프린팅 공법을 이용하여 형성함으로써 열전모듈의 박막화가 가능하도록 한 열전모듈의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 스크린프린팅 공법을 이용하여 형성함으로써 다양한 크기 및 형상 구현이 가능한 열전모듈의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 대면적의 열전 모듈을 쉽게 제조할 수 있고, 열전 소재의 가공 및 접합 공정이 생략되도록 하는 열전모듈의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법은, 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와, 상기 상부전극과 하부전극 중 어느 하나의 일면에 페이스트 상태의 P형반도체와 N형반도체를 형성하는 반도체형성단계와, 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며, 상기 상부전극과 하부전극 그리고 P형반도체 및 N형반도체는 스크린프린팅 공정에 의해 형성됨을 특징으로 한다.
열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와, 상기 상부전극과 하부전극의 일면 에 페이스트 상태의 P형반도체 와 N형반도체 중 하나를 각각 형성하는 반도체형성단계와, 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며, 상기 상부전극과 하부전극 그리고 P형반도체 및 N형반도체는 스크린프린팅 공정에 의해 형성됨을 특징으로 한다.
상기 분말제조단계는 상기 열전분말을 볼밀 가공하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 전극형성단계는 상기 상부기판 하면에 상부전극을 형성하는 과정과, 상기 하부기판 상면에 하부전극을 형성하는 과정으로 이루어지며, 상기 상부전극과 하부전극은 일부가 서로 겹쳐지는 위치에 형성됨을 특징으로 한다.
상기 모듈형성단계는 상기 상부기판과 하부기판을 형틀 내부에 장입하여 가열 가압함으로써 소결하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 전극형성단계 이전에는 P형반도체 및 N형반도체를 구성하게 될 열전분말을 제조하는 분말제조단계와, 분쇄된 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계와, 상기 수소환원단계를 거친 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화 하는 페이스트단계가 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다양한 크기 및 형상 구현이 가능하며 두께가 얇아지는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열전모듈(100)은 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 의해 상/하면 외관이 형성된다. 상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것으로 열전도성이 좋고 일정 강도 이상을 가진 재질로 형성된다.
상기 상부기판(110)의 하면과 하부기판(120)의 상면에는 전극(130)이 구비된다. 상기 전극(130)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 이러한 전원의 흐름을 안내하는 것으로, 상기 상부기판(110)의 하면과 접촉하는 상부전극(132)과, 상기 하부기판(120)의 상면과 접촉하는 하부전극(134)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 상부전극(132)과 하부전극(134)의 일면에는 아래에서 설명하게 될 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 각각 한 개씩 이격되도록 구비된다.
보다 상세하게는 상기 상부전극(132)의 하면 좌측에는 P형반도체(140)가 구비되며, 상기 P형반도체(140)로부터 우측으로 이격된 곳에는 N형반도체(150)가 구비된다.
그리고, 상기 하부전극(134)의 상면 좌측에는 N형반도체(150)가 구비되며, 상기 N형반도체(150)로부터 우측으로 이격된 곳에는 P형반도체(140)가 구비된다.
따라서, 상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 전원이 공급되면 상부기판(110)과 하부기판(120)은 서로 교차되게 연결되어 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 전기적으로 직렬을 이룰 수 있도록 한다.
상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 열전모듈(100)에 공급되는 전원의 손실을 최소화하기 위하여 전기전도성이 높은 재질로 형성된다. 보다 상세하게는 은(Ag)이나 구리(Cu)등 전도성이 우수한 소재로 형성됨이 바람직하다.
상기 상부기판(110)과 하부기판(120) 사이에는 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 구비된다. 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 열전 특성을 가지는 열전분말과 유기용제가 혼합되어 형성된 페이스트(paste)를 소결하여 형성된 것으로, 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 구성하는 열전분말의 재질은 일반적인 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.
이하 상기와 같이 구성되는 열전모듈(100)을 제조하는 일실시예의 방법을 첨부된 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 일실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 열전모듈의 구성인 P형반도체(140), N형반도체(150) 분말이 볼밀 가공된 모습을 보인 확대 사진 및 열전 성능을 보인 도표이다.
그리고, 도 6 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 수소환원단계 전/후의 열전성능을 비교한 도표이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 전극형성단계, 반도체형성단계가 각각 완료시 모습을 보인 평면도이며, 도 9는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 모듈형성단계 완료시 내부 모습을 보인 확대 사진이다.
먼저, 상기 상부기판(110)과 하부기판(120)을 준비한 다음 상기 P형반도 체(140) 및 N형반도체(150)에 사용되어질 열전분말을 제조하는 분말제조단계(S100)가 실시된다. 상기 분말제조단계(S100)는 열전분말 및 알루미늄을 각각 볼밀 공법을 이용하여 미세하게 분쇄하는 것으로, 아래에서 설명할 전극형성단계(S400) 및 반도체형성단계(S500)를 위한 준비과정이다.
상기 볼밀공정은 분쇄하고자 하는 원료에 압축,전단(專斷), 충격 중의 하나 또는 이것을 조합한 기계적인 힘을 가함으로써 실시된다.
그리고, 본 발명에서 볼밀 공법을 거친 열전분말은 도 5a 및 도 5b의 사진과 같이 2㎛이내의 직경을 가지게 되며, 이때 볼밀 공정은 1 내지 48시간 동안 실시됨이 바람직하다.
이러한 이유는, 상기 볼밀 공정에 의해 분쇄된 열전분말은 도 5c에 도시된 바와 같이 1 내지 48시간 동안 실시되었을 때 열전성능이 가장 높게 나타나기 때문이다.
이후 상기 분말제조단계(S100)에서 미세하게 분쇄된 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계(S200)가 실시된다. 상기 수소환원단계(S200)는 열전분말의 열전성능을 향상시키기 위한 과정으로, 도 6에 도시된 바와 같이 수소환원 후의 열전분말은 수소환원 전의 열전분말보다 열전성능이 향상됨을 알 수 있다.
그런 다음 수소환원단계(S200)를 거쳐 열전성능이 향상된 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화 하는 페이스트단계(S300)가 진행된다.
상기 유기용제는 열전모듈(100)의 제조시 사용되는 열전 분말의 소성 온도 이하에서 완전 제거가 가능한 물질을 사용하였으며, 열전 분말과 유기용제는 분말 의 부피 비율이 50%-95%이상이 되도록 하였다. 이러한 이유는 분말의 비가 이보다 낮으면 소결 후 내부에 많은 기공을 남기게 되고, 너무 높으면 페이스트의 유동이 나빠져서 프린팅이 용이하지 않기 때문이다.
이후 상기 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask,미도시) 또는 메탈메쉬(Metal Mash,미도시)를 안착시킨 다음, 볼밀 가공된 은이나 동과 같은 금속 분말을 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)로 통과시켜 전극(130)을 형성하는 전극형성단계(S400)가 진행된다.
즉, 상기 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)에는 상기 전극(130)이 형성되어질 위치에 미세한 구멍이 천공 형성되도록 하고, 이러한 미세 구멍을 통해 상기 은이나 동과 같은 금속 분말이 통과하도록 함으로써 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 스크린프린팅되도록 하는 과정이다.
따라서, 상기 알루미늄분말은 스크린프린팅된 후에 상부기판(110) 또는 하부기판(120)으로부터 분리되지 않고 부착된 상태를 유지할 수 있도록, 유기용제와 혼합된 페이스트 상태로 적용되어야 함이 바람직하다.
그리고, 상기 전극형성단계(S400)가 완료된 상부전극(132) 또는 하부전극(134)은 도 4에서 볼 때 맨 위 도면과 같은 종단면을 나타내며, 도 7과 같이 등간격으로 이격된 상태가 된다.
이후 상기 상부전극(132) 하면 또는 하부전극(134) 상면(본 발명의 실시예에서는 하부전극(134) 상면이 적용됨)에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 형성하 는 반도체형성단계(S500)가 실시된다.
즉, 상기 반도체형성단계(S500)는 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 하부전극(134) 상면에 각각 이격된 상태로 동시에 형성되도록 하는 것으로, 상기 전극형성단계(S400)와 마찬가지로 스크린프린팅에 의해 진행된다.
보다 상세하게는, 상기 하부전극(134) 상면에 전극(130)의 형성을 위해 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)를 안착시키고, 이러한 메탈마스크 또는 메탈메쉬를 상기 페이스트가 통과하도록 함으로써 하부전극(134) 상면에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 형성하는 과정이다.
따라서, 상기 반도체형성단계(S500)에서 사용되는 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)에는 P반도체 및 N형반도체(150)가 형성되어질 위치에 미세한 구멍이 천공 형성되어야 함은 자명하다.
그리고, 상기 반도체형성단계(S500)가 완료된 하부기판(120)은 도 4에서 볼 때 위에서 아래로 두번째 도면과 같은 상태가 되며, 도 8에 보여지는 바와 같이 하부전극(134) 전방 상/하부에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 이격된 상태로 형성되어지게 된다.
상기 전극(130) 위에 형성된 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 250℃ 이하의 온도의 비산화성 분위기중에서 1-3시간동안 탈바인딩 처리되어 열전분말과 혼합된 유기 용제가 제거된다.
이후 상기 전극형성단계(S400)에서 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)과, 상기 반도체형성단계(S500)에서 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 동시에 형성된 하부기판(120)을 접합하여 모듈을 형성하는 모듈형성단계(S600)가 실시된다.
상기 모듈형성단계(S600)는 미리 준비된 형틀(미도시)에 상기 전극형성단계에서 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)과, 상기 반도체형성단계(S500)에서 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 형성된 하부기판(120)을 도 4의 맨 아래 도면과 같이 서로 마주보도록 한 다음 미리 준비된 형틀 내부에 안착시킨 상태에서 가열 가압하여 소결하는 과정이다.
가열 가압 소결 공정은 통상 열전 분말이 소결되는 온도 범위에서 하였으며, 본 발명에서 사용한 Bi-Te-Sb 혹은 Bi-Te-Se계에서는 300 - 550℃의 온도 범위에서 실시하였다. 이때 분위기는 초기에는 진공을 사용하였고, 나중 소결 단계에서 비 산화성 분위기를 사용하였다.
이하 상기 열전모듈(100)이 다른 실시예로 제조되는 과정을 첨부된 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.
도 10에는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 다른 실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시예가 완료시 모습을 보인 평면도가 도시되어 있다.
상기 열전모듈(100)의 다른 실시예의 제조방법에서는 일실시예와 비교할 때 동일한 과정에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 하며, 차이점이 있는 반도체형성단계(S500) 및 모듈형성단계(S600)에 대해서 설명한다.
다른 실시예의 반도체형성단계(S500)에서는 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)의 하면에는 N형반도체(150)를 형성하고, 하부전극(134)이 형성된 하부기판(120)의 상면에는 P형반도체(140)를 형성하며, 상기 N형반도체(150)와 P형반도체(140)는 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)를 이용하여 스크린프린팅된다.
즉, 상기 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)는 N형반도체(150)를 형성하기 위한 것과 P형반도체(140)를 형성하기 위한 것 한 쌍이 구비되며, 상기 한 쌍의 메탈마스크 또는 메탈메쉬는 미세구멍이 서로 일치하지 않게 천공 형성된다.
보다 상세하게는 한 쌍의 메탈마스크에 형성된 미세구멍은 전극의 일면에 P형반도체(140)과 N형반도체(150) 중 어느 하나만을 형성하기 위한 것이므로, 한 상의 메탈마스크를 서로 겹쳤을 때 각각에 형성된 미세구멍은 서로 연통되지 않게 된다.
따라서, 상기 메탈마스크 또는 메탈메쉬를 이용하여 스크린프린팅되어 형성된 P형반도체(140)와 N형반도체(150)는 도 10의 하측에 도시된 단면도와 같이 서로 가은 전극내에 한 쌍으로 일치하지 않는 수직선 상에 위치하게 되며, 이격된 상태를 유지하게 된다.
이후 상기 반도체형성단계(S500)에서 N형반도체(150)가 형성된 상부기판(110)과, P형반도체(140)가 형성된 하부기판(120)을 도 10의 하측 단면도와 같이 마주보도록 형틀(미도시) 내부에 안착시킨 다음, 가열 가압하여 소결함으로써 모듈 형성단계(S600)를 완료하게 된다.
상기 가열 가압 소결 공정은 통상 열전 분말이 소결되는 온도 범위에서 하였으며, 본 발명에서 사용한 Bi-Te-Sb 혹은 Bi-Te-Se계에서는 300 - 550℃의 온도 범위에서 실시하였다. 이때 분위기는 초기에는 진공을 사용하였고, 나중 소결 단계에서 비 산화성 분위기를 사용하였다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 일실시예에서는, 반도체형성단계(S500)에서 하부전극(134) 상면에 N형반도체(150)와 P형반도체(140)가 이격된 상태로 동시에 형성되도록 구성하였으나, 필요에 따라서는 상부전극(132) 하면에 N형반도체(150)와 P형반도체(140)가 형성되도록 구성할 수도 있음은 자명하다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 반도체형성단계(S500)에서 상부전극(132) 하면에는 N형반도체(150)가 하부전극(134) 상면에는 P형반도체(140)가 형성되도록 구성하였으나, N형반도체(150)와 P형반도체(140)의 형성 위치가 반대가 되도록 구성하는 것도 가능할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에 따르면, 전극과 P형반도체 및 N형반도체가 스크린프린팅에 의해 기판에 형성된다.
따라서, 전극과 P형반도체 및 N형반도체의 두께를 미세하게 조절하여 박막화 가 가능한 이점이 있다.
또한, 다양한 크기 및 형상을 가지는 열전모듈을 구현 가능한 이점이 있다.
뿐만 아니라, 제조 공정이 단순화되어 생산성이 향상되며 제조원가가 현저히 절감되는 이점이 있다.
Claims (6)
- 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와,상기 상부전극과 하부전극 중 어느 하나의 일면에 페이스트 상태의 P형반도체와 N형반도체를 형성하는 반도체형성단계와,상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며,상기 상부전극과 하부전극 그리고 P형반도체 및 N형반도체는 스크린프린팅 공정에 의해 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와,상기 상부전극과 하부전극의 일면에 페이스트 상태의 P형반도체 와 N형반도체 중 하나를 각각 형성하는 반도체형성단계와,상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며,상기 상부전극과 하부전극 그리고 P형반도체 및 N형반도체는 스크린프린팅 공정에 의해 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분말제조단계는,상기 열전분말을 볼밀 가공하는 과정임을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극형성단계는,상기 상부기판 하면에 상부전극을 형성하는 과정과,상기 하부기판 상면에 하부전극을 형성하는 과정으로 이루어지며,상기 상부전극과 하부전극은 일부가 서로 겹쳐지는 위치에 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모듈형성단계는,상기 상부기판과 하부기판을 형틀 내부에 장입하여 가열 가압함으로써 소결하는 과정임을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극형성단계 이전에는,P형반도체 및 N형반도체를 구성하게 될 열전분말을 제조하는 분말제조단계와,분쇄된 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계와,상기 수소환원단계를 거친 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화 하는 페이스트단계가 구성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
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