KR20120028687A - 비대칭 열전 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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최동혁
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Abstract

본 발명은 비대칭 열전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 제1 형 열전 반도체 소자; 다수의 제2 형 열전 반도체 소자; 서로 다른 용융점을 가지고 있으며 상기 제1 형 열전 반도체 소자와 제2형 반도체 소자의 상단면과 하단면에 각각 배치되는 다수의 한쌍의 보조층; 및 한쌍의 절연 부재의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합되며 대응되는 상기 보조층에 각각 부착되어 있는 다수의 전극들을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판을 포함하는 비대칭 열전 모듈 및 그 제조방법을 제공하여, 열전 성능이 개선되고 접점에서 크랙이 발생하지 않도록 한다.

Description

비대칭 열전 모듈 및 그 제조방법{Asymmetry thermoelectric Module and manufacturing method thereof}
본 발명은 비대칭 열전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화석 에너지 사용의 급증은 지구 온난화 및 에너지 고갈 문제를 야기시킨다. 이와 같은 문제의 대응책으로 최근에는 열전 소자의 개발이 각국에서 활발히 진행되고 있다.
열전 소자는 크게 제벡 효과(seebeck effect)를 이용하는 발전 분야와 펠티어 효과(peltier effect)를 응용한 냉각 분야로 양분된다.
상기 냉각 분야에서, 최근에 IT산업의 발달과 더불어 전자 부품의 소형화, 고전력화, 고집적화, 슬림화에 따라 발열량이 증가하고 있으며, 발생된 열이 전자 기기의 오작동 및 효율을 떨어뜨리는 중요한 요인으로 작용하고 있어 이러한 문제점을 해결하기 위하여 열전 소자의 사용이 증가하고 있다.
더욱이, 열전 소자의 장점인 무소음, 빠른 냉각 속도, 국부 냉각, 친환경성을 고려한다면 앞으로의 그 응용은 더욱 커질 수 밖에 없다.
상기 발전 분야에서도 자동차, 폐기물 소각로, 제철소, 발전소, 지열, 전자 기기, 체온 등에서 버려지는 많은 폐열을 이용하여 전기 에너지로 재생산하려는 노력이 세계적으로 많이 연구되고 있으며, 특히 열전 발전은 체적 발전으로 다른 발전과 융합이 가능하여 이러한 연구 분야에서 그 응용성은 매우 크다고 할 수 있다. 더욱이, 전기 에너지를 생산하는 동안 지구 오염물질을 방출하지 않아, 친환경성과도 부합되므로 앞으로 열전 발전의 전파속도는 가속화될 것으로 생각된다.
이러한 열전 소자는 크게 N형 반도체 소자, P형 반도체 소자, 전극 및 기판으로 구성되어 단일 모듈을 이루고 있으며, 이러한 단일 모듈이 여러 개 복합화하여 복합 모듈을 이루고 있다.
이러한 열전 모듈에 있어서 펠티어 효과(peltier effect)를 얻기 위해서는 외부에서 전기를 줌으로서 전자와 홀의 이동에 의해 열전 모듈의 양단에 일정한 온도차를 유지하도록 하고 있다.
이와 같이 동작하는 열전 모듈에 있어서 종래 기술에 따르면 전류를 인가할 때에 금속 전극과 반도체 소자의 접합 부분이 양단의 온도차에 의하여 쉽게 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 이는 열전 모듈의 내구성 저하와 동시에 전기적, 기계적, 열전 특성 등의 경시변화에 의한 특성 저하를 동시에 수반하게 된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 반도체 소자의 양측에 서로간에 융점이 다른 보조층을 형성하여 열전 성능을 향상시키고, 접점 크랙에 의한 불량을 개선하며, 시간에 따른 열화를 방지하고, 반도체 소자의 확산을 방지할 수 있도록 하는 비대칭 열전 모듈과 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 노출면을 상단면과 하단면에 각각 구비한 다수의 제1 형 열전 반도체 소자; 각각이 공간을 통하여 상기 제1 형 열전 반도체 소자에 인접하게 배치되도록 매트릭스 방식으로 배열되며, 노출면을 상단면과 하단면에 각각 구비한 다수의 제2 형 열전 반도체 소자; 서로 다른 용융점을 가지고 있으며 상기 제1 형 열전 반도체 소자와 제2형 반도체 소자의 상단면과 하단면에 각각 배치되는 다수의 한쌍의 보조층; 및 한쌍의 절연 부재의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합되며 대응되는 상기 보조층에 각각 부착되어 있는 다수의 전극들을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판들과 대향되는 전극들의 표면에 개재되며 제1 형 및 제2 형 열전 반도체 소자에 대응되는 면적을 가진 다수의 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 한쌍의 보조층에서 하나는 상기 열전 반도체 소자를 구성하는 열전 재료중에서 융점이 가장 낮은 물질을 사용하고, 다른 하나는 상기 열전 반도체 소자를 구성하는 열전 재료중에서 융점이 가장 높은 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (A) 한쌍의 절연 부재의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합되며 대응되는 보조층이 각각 부착되어 있는 다수의 전극들을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판을 준비하는 단계; (B) 상기 한쌍의 기판 중의 어느 하나에 다수의 홀들이 형성된 지지체를 위치시키는 단계; (C) 상기 지지체의 홀속에 열전 반도체 분말을 주입하고 다진후에 지지체를 분리하는 단계; 및 (D) 상기 열전 반도체 분말이 형성된 기판에 다른 기판을 위치시킨 후에 열처리를 하여 열전 반도체 분말을 상기 한쌍의 기판에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 (A) 단계의 보조층을 형성하기 전에 (E) 상기 한쌍의 기판의 전극에 각각 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (C) 단계는, (C-1) 상기 열전 반도체 분말을 상기 지지체의 대응되는 홀속으로 주입하는 단계; (C-2) 상기 지지체의 홀속에 주입된 열전 반도체 분말을 다지는 단계; 및 (C-3) 상기 기판으로부터 지지체를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 한쌍의 보조층의 하나는 Te를 포함한 보조층이고, 다른 하나는 Bi를 포함한 보조층인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 한쌍의 보조층의 하나는 Co, Mo 및 W중 적어도 하나 이상을 포함하고, 다른 하나는 Ti, Cr, Mn 및 Fe중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 한쌍의 보조층의 각 두께는 열전 반도체 소자 두께의 1/10~1/100의 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 열전 반도체 소자는 열전재료 분말과 저용점 금속 분말이 소정 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 포논 산란없는 열전도에 의해 열전성능 향상을 가져올 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 급속한 열팽창을 완화시켜 접점 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 산염기 분위기하에서 동작 사용시 내부식성을 확보할 수 있어 시간에 따른 전기전도도, 열저항 특성 변화를 완화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 반도체 소자의 확산을 방지하여 일정한 강도를 유지할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈의 제조 방법을 보여주는 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈의 개략적인 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈(10)은 한쌍의 절연 부재(12-1, 12-2)의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합된 다수의 전극들(14-1, 14-2)을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판들(11-1, 11-2), 기판들(11-1, 11-2)과 대향되는 전극들(14-1, 14-2)의 표면에 개재되며 P형 및 N형 반도체 소자(20-1, 20-2)에 대응되는 면적을 가진 버퍼층들(16-1, 16-2), 기판들(11-1, 11-2)과 대향되는 전극들(14-1, 14-2) 또는 버퍼층들(16-1, 16-2)의 표면에 개재되며 P형 및 N형 반도체 소자(20-1, 20-2)에 대응되는 면적을 가진 보조층들(18-1, 18-2) 및 보조층들(18-1, 18-2)과 접촉되며 일정 온도에서 용융되어 형상이 고정되는 P형 및 N형 반도체 소자(20-1, 20-2)를 구비한다.
상기 각각의 기판(11-1, 11-2)은 산화 알루미늄 등으로 형성된 플레이트 형태의 절연부재(12-1, 12-2)와, 절연부재(12-1, 12-2)의 일 표면에 소정 패턴으로 접합되고 구리 등으로 형성된 다수의 전극들(14-1, 14-2)을 포함한다.
여기서, 하나의 전극(14-1, 14-2)은 서로 인접한 P형 반도체 소자(20-1)와 N형 반도체 소자(20-2)의 각각의 끝단과 접촉되기 충분한 크기 및 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 버퍼층들(16-1, 16-2)은 본 실시예에서 선택적으로 사용될 수 있는 것으로서, 구리 성분을 포함하는 전극들(14-1, 14-2)에 도금(니켈) 등의 방법으로 형성되고, 반도체 소자(20-1, 20-2)에 상응하는 전극들(14-1, 14-2)로 확산되는 것을 방지하는 기능을 가진다. 본 실시예에서, 버퍼층들(16-1, 16-2)이 생략되는 경우, 전극들(14-1, 14-2)과 그와 상응하는 보조층(18-1, 18-2)가 직접 접촉된다.
다음으로, 상기 보조층들(18-1, 18-2)은 서로 융점이 다른 물질로 형성되며, 바람직하게, 도면부호 11-1의 기판에 인접한 보조층(18-1)은 반도체 소자(20-1, 20-2)를 구성하는 열전 재료 분말(21-1, 21-2)의 구성 물질중에서 융점이 높은 물질을 사용하여 형성하고, 도면부호 11-2의 기판에 인접한 보조층(18-2)은 반도체 소자(20-1, 20-2)를 구성하는 열전 재료 분말(21-1, 21-2)의 구성 물질중에서 융점이 낮은 물질을 사용하여 형성한다.
일예로, 반도체 소자(20-1, 20-2)의 열전 재료 분말(21-1, 21-2)의 재료가 아래에서 설명하듯이 Bi-Te계 재료인 경우에 도면부호 11-1의 기판에 인접한 보조층(18-1)으로 융점이 450℃인 Te 보조층(18-1)을 형성하고, 도면부호 11-2의 기판에 인접한 보조층(18-2)으로 융점이 271℃인 Bi 보조층(18-2)를 형성한다.
그리고, 그에 더해 Te 보조층(18-1)에 융점이 420℃로 비슷한 Co를 포함하도록 할 수 있으며, Bi 보조층(18-2)에 융점이 303.5℃로 비슷한 Ti를 포함하도록 할 수 있다. 그 외, Te 보조층(18-1)은 Co 이외에 Mo나 W 들을 포함할 수 있으며, Bi 보조층(18-2)는 Ti이외에 Cr이나 Mn 또는 Fe들을 포함할 수 있다.
이와 같은 보조층(18-1, 18-2)의 두께는 열전 소자(20-1, 20-2) 두께의 1/10~1/100이 될 수 있다.
이와 같이 서로 융점을 다르게 보조층들(18-1, 18-2)을 형성하게 되면, 열전 모듈(10)에 전압 인가시에 반도체 소자(20-1, 20-2)의 가장 자리에서부터 온도차가 점진적으로 발생하게 되어 열전도도에 중요한 영향을 미치는 포논이 산란되지 않고 용이하게 이동하게 되어 열전 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같이 서로 융점을 다르게 보조층들(18-1, 18-2)을 형성하게 되면, 반도체 소자(20-1, 20-2)의 가장 자리에서부터 전극(14-1, 14-2)에 이르는 부분에서 열팽창 계수가 급격히 변화되지 않고 단계적으로 서서히 줄어들게 되어 열전 모듈(10)에 전압 인가시에 반도체 소자(20-1, 20-2)의 가장 자리에서 차이가 많이 나는 급격한 부피 팽창이 발생하지 않아 열팽창 충격을 최소화할 수 있으며 이에 따라 크랙 등의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 이와 같은 보조층들(18-1, 18-2)을 사용함에 따라 산염기 분위기하의 동작시에 내부식성을 확보할 수 있어 시간에 따른 전기 전도도와 열저항 특성 변화에 의한 열화를 완화할 수 있다.
또한, 이와 같은 보조층들(18-1, 18-2)를 사용함에 따라 반도체 소자(20-1, 20-2)가 상응하는 전극들(14-1, 14-2)로 확산되는 것을 방지하는 기능을 가진다.
한편, 상기 P형 및 N형 반도체 소자(20-1. 20-2)는 열전 재료 분말(21-1, 21-2)과 저융점 금속 분말(22-1, 22-2)이 소정 비로 혼합된 것이다.
상기 열전 재료 분말(21-1, 21-2)은 통상적으로 업계에 널리 알려진 것들로서, 예를 들어, Bi-Te계 재료, Fe-Si계 재료, Si-Ge계 재료, Co-Sb계 재료 등과 같은 열전 반도체 재료들이 사용될 수 있지만, 특히 Bi-Te계 재료가 이용되는 것이 바람직하다.
상기 저융점 금속 분말(22-1, 22-2)은 열전 재료의 융점(예, Te(450℃))보다 상대적으로 낮은 금속 분말 예를 들어, Bi(융점: 271℃), Tl(융점: 303.5℃), Sn(융점: 232℃), P(융점: 44℃), Pb(융점: 327℃), Cd(융점: 321℃)를 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(20-1, 20-2)는 전술한 열전 재료 분말(21-1, 21-2)과 0.25 wt% 내지 10 wt%의 저융점 금속 분말(22-1, 22-2)을 혼합시켜 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 소자(20)는 후술하는 바와 같은 지그 형태의 지지체(30)의 구멍들(32-1, 32-2) 속으로 주입된 후, 저융점 금속 분말(22-1, 22-2)의 용융점보다 높고 열전 재료 분말(21-1, 21-2)의 용융점보다 낮은 온도로 열처리된 후, 저융점 금속 분말(22-1, 22-2)의 용융에 의해 반도체 소자(20-1, 20-2)로 성형됨과 동시에 그 양단이 보조층(18-1, 18-2)에 접합된다.
이와 같은 반도체 소자(20-1, 20-2)는 P형 반도체 소자(20-1) 각각이 X 및 Y방향으로 각각 원하는 공간을 통하여 N형 반도체 소자(20-2)에 인접하게 배치되도록 매트릭스 방식으로 배열된다.
상술한 구성을 갖는 열전 모듈(10)에 있어서, 전극(14-1, 14-2)에 직류 전압을 인가하여 반도체 소자(20-1, 20-2)를 통전시키면, 펠티어 효과에 의해, P형 반도체 소자(20-1)에서 N형 반도체 소자(20-2)로 전류가 흐르는 측은 열이 발생되고, 반대로 N형 반도체 소자(20-2)에서 P형 반도체 소자(20-1)로 전류를 흐르는 측은 열을 흡수하게 된다.
따라서, 발열측에 접합된 절연 부재(12-1)는 가열되고, 흡열측에 접합된 절연 부재(12-2)는 냉각된다. 한편, 열전 모듈(10)에 있어서, 한쌍의 기판들(11-1, 11-2) 사이의 온도를 서로 다르게 하면, 제벡 효과에 의해 전압이 생성된다.
도 3 내지 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 비대칭 열전 모듈 제조 방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 절연 부재(12-1)의 하면에 전극들(14-1)이 부착된 상부 기판(11-1)과, 도 4에 도시된 바와 같이 절연 부재(12-2)의 상면에 전극들(14-2)이 부착된 하부 기판(11-2)을 준비한다.
이러한 기판들(11-1, 11-2)은 알루미늄 등과 같은 플레이트 형태의 절연부재(12-1, 12-2) 위에 구리 등과 같은 다수의 전극들(14-1, 14-2)이 소정 패턴으로 접합된 형태이다.
이러한 기판들(11-1,11-2)의 전극들(14-1, 14-2)에는 버퍼층들(16-1, 16-2)이 형성되어 있으며, 버퍼층들(16-1,16-2)에는 보조층들(18-1,18-2)이 적층되어 있다.
각각의 버퍼층들(16-1, 16-2)과 보조층(18-1, 18-2)은 직사각 형상을 가지지만, 열전 모듈(10)이 요구하는 설계 조건 특히, 성형될 반도체 소자(20-1, 20-2)의 단면 모양에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.
상기 보조층(18-1, 18-2)는 금속 화합물이 혼합된 상태로 슬러리, 페이스트 형태로 만들어서 배치 성형하거나 인쇄 건조하고 마지막으로 소성을 하여 제작한다.
이러한 과정을 통하여 보조층(18-1, 18-2)을 형성할 때에 소성 공정은 금속 화합물의 산화를 방지하기 위해 Ar,N2 분위기하에서 가압소성을 하여 제작한다.
한편, 절연 부재(12-1, 12-2) 위에 배치되는 전극들(14-1, 14-2)의 패턴은 그에 배치되는 P형 및 N형 반도체 소자(20-1, 20-2)가 직렬로 연결될 수 있는 한 그 어떤 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 기판(11-1)의 경우, 중앙 부분의 전극들은 서로 나란하지만 양측 가장자리의 전극들은 중앙의 전극들과 직교하도록 배치되며, 하부 기판(11-2)의 경우, 각각의 전극(14-2)은 서로 나란하게 배치된다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 구멍들(32)이 소정 패턴으로 형성된 지지체(30)를 준비한다. 본 실시예에서는 P형 및 N형 반도체 소자(20-1, 20-2)가 주입되도록 각각 P형 구멍(32-1)과 N형 구멍(32-2)이 교호적으로 배치된 통합 지지체(30)를 사용한다. 상기 통합 지지체(30)의 구멍들(32-1)(32-2)은 소정의 직경과 높이를 가진다. 그러나, P형 반도체 소자(20-1)을 형성하기 위한 구멍들(32-1)만 형성된 P형 지지체 또는 N형 반도체 소자(20-2)를 주입하기 위한 구멍들(32-2)만 형성된 N형 지지체를 별도로 이용할 수도 있다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 기판(11-2) 위에 지지체(30)를 위치시킨다. 이 과정에서, 하부 기판(11-2)의 전극들(14-2)의 위치와 지지체(30)의 구멍들(32-1, 32-2)의 위치를 정확하게 맞추기 위해 별도의 위치정렬메커니즘(미도시)을 이용하는 것이 바람직하다. 후술할 주입 및/또는 다짐 공정에서 지지체(30)는 하부 기판(11-2)에 대해 그 위치가 고정된다.
이후에, 도 7에 도시된 바와 같이 열전 재료 분말(22-1, 22-2)과 저융점 금속 분말(24-1, 24-2)을 소정 비율(열전 재료 분말과 약 0.25 중량% 내지 약 10중량%의 범위의 저융점 금속 분말)로 혼합하여 각각 P형 및 N형 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)을 준비하여, P형 반도체 소자 분말(20-1)과 N형 반도체 소자 분말(20-2)을 각각 통합 지지체(30)의 대응되는 구멍들(32-1, 32-2) 속으로 주입한다. 이러한 주입 공정은 미도시된 주입기 또는 블레이드 등을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 통합 지지체(30)의 구멍들(32-1)(32-2) 속으로 반도체 분말(20-1, 20-2)이 충분히 주입되었거나 주입 공정 중에 별도의 실린더(미도시) 등을 이용하여 반도체 분말을 다지는 공정을 거치는 것이 바람직하다.
이러한 주입 및/또는 다짐 공정은, 전술한 바와 같은 통합 지지체(30)를 사용하지 않고, P형 지지체를 사용하여 P형 반도체 분말만을 먼저 주입 및/또는 다짐 공정을 완료한 후 N형 지지체를 사용하여 N형 반도체 분말만을 나중에 주입 및/또는 다짐 공정을 진행할 수도 있다.
다음에, 하부 기판(11-2)으로부터 지지체(30)를 분리한다. 그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)은 상술한 다짐 공정에 의해 예를 들어, 직사각형 형상의 형태를 유지하게 된다.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 기판(11-2)과 대향되도록 상부 기판(11-1)을 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)의 타단에 위치시킨다. 이러한 작업의 경우에도 별도의 미도시된 위치결정 수단 또는 메커니즘을 이용하는 것이 바람직하다.
다음, 전술한 바와 같이 상부 기판(11-1)과 하부 기판(11-2) 사이에 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)의 중간 가공물을 열전 재료의 용융점보다 낮지만 저융점 금속의 용융점보다 높은 온도로 열처리시킨다. 그러면, 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)에 포함된 저융점 금속 분말(24-1, 24-2)이 용융되면서 반도체 소자 분말을 성형하게 되고 동시에 반도체 소자 분말(24-1, 24-2)의 끝단 영역의 저용점 금속 분말(24-1, 24-2)은 각각 상부 기판(11-1)과 하부 기판(11-2)에 융착(접합)된다.
다른 실시예에 따르면, 하부 기판(11-1) 위에 위치된 지지체(30)의 구멍들(32-1, 32-2) 속으로 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)을 주입하고 그것을 다진 후 지지체(30)를 하부 기판(11-1)으로부터 제거하기 않고, 소정의 공간에서 그 상태로 저융점 금속의 용융점보다 높지만 상기 열전 재료의 용융점보다 낮은 온도로 열처리함으로써 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)을 1차 성형함은 물론 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)의 일단을 하부 기판(11-2)에 접합시키는 공정을 거친다. 다음, 지지체(30)를 하부 기판(11-2)으로부터 분리한 후 상부 기판(11-1)을 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)의 타단에 위치시킨 후 다시 2차 가열(1차 가열과 동일한 조건)에 의해 반도체 소자 분말(20-1, 20-2)의 타단을 상부 기판에 접합시킨다. 한편, 반도체 소자 분말의 타단과 상부 기판(11-1)의 접합 공정은 솔더링, 레이저 웰딩 등을 병행할 수도 있고, 각각 별도의 공정에 의해 수행될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
10 : 비대칭 열전 모듈 11-1, 11-2 : 기판
12-1,12-2 : 절연 부재 14-1, 14-2 : 전극
16-1, 16-2 : 버퍼층 18-1, 18-2 : 보조층
20-1, 20-2 : 반도체 소자 30 : 지지체

Claims (14)

  1. 노출면을 상단면과 하단면에 각각 구비한 다수의 제1 형 열전 반도체 소자;
    각각이 공간을 통하여 상기 제1 형 열전 반도체 소자에 인접하게 배치되도록 매트릭스 방식으로 배열되며, 노출면을 상단면과 하단면에 각각 구비한 다수의 제2 형 열전 반도체 소자;
    서로 다른 용융점을 가지고 있으며 상기 제1 형 열전 반도체 소자와 제2형 반도체 소자의 상단면과 하단면에 각각 배치되는 다수의 한쌍의 보조층; 및
    한쌍의 절연 부재의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합되며 대응되는 상기 보조층에 각각 부착되어 있는 다수의 전극들을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판을 포함하는 비대칭 열전 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    기판들과 대향되는 전극들의 표면에 개재되며 제1 형 및 제2 형 열전 반도체 소자에 대응되는 면적을 가진 다수의 버퍼층을 포함하는 비대칭 열전 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층에서 하나는 상기 열전 반도체 소자를 구성하는 열전 재료중에서 융점이 가장 낮은 물질을 사용하고, 다른 하나는 상기 열전 반도체 소자를 구성하는 열전 재료중에서 융점이 가장 높은 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 하나는 Te를 포함한 보조층이고, 다른 하나는 Bi를 포함한 보조층인 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 하나는 Co를 포함하고, 다른 하나는 Ti를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 각 두께는 열전 반도체 소자 두께의 1/10~1/100의 범위인 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전 반도체 소자는 열전재료 분말과 저용점 금속 분말이 소정 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈.
  8. (A) 한쌍의 절연 부재의 각각의 표면에 소정 패턴으로 접합되며 대응되는 보조층이 각각 부착되어 있는 다수의 전극들을 각각 구비하고 있는 한 쌍의 기판을 준비하는 단계;
    (B) 상기 한쌍의 기판 중의 어느 하나에 다수의 홀들이 형성된 지지체를 위치시키는 단계;
    (C) 상기 지지체의 홀속에 열전 반도체 분말을 주입하고 다진후에 지지체를 분리하는 단계; 및
    (D) 상기 열전 반도체 분말이 형성된 기판에 다른 기판을 위치시킨 후에 열처리를 하여 열전 반도체 분말을 상기 한쌍의 기판에 접합시키는 단계를 포함하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (A) 단계의 보조층을 형성하기 전에
    (E) 상기 한쌍의 기판의 전극에 각각 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (C) 단계는,
    (C-1) 상기 열전 반도체 분말을 상기 지지체의 대응되는 홀속으로 주입하는 단계;
    (C-2) 상기 지지체의 홀속에 주입된 열전 반도체 분말을 다지는 단계; 및
    (C-3) 상기 기판으로부터 지지체를 분리하는 단계를 포함하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 하나는 Te를 포함한 보조층이고, 다른 하나는 Bi를 포함한 보조층인 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 하나는 Co, Mo 및 W중 적어도 하나 이상을 포함하고, 다른 하나는 Ti, Cr, Mn 및 Fe중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 한쌍의 보조층의 각 두께는 열전 반도체 소자 두께의 1/10~1/100의 범위인 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 열전 반도체 소자는 열전재료 분말과 저용점 금속 분말이 소정 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 비대칭 열전 모듈 제조 방법.
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