KR20170119172A - Thermo electric element - Google Patents
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Abstract
열전 소자가 개시된다. 상기 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 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 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그를 기준으로 상기 제1 전극의 맞은편에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 제2 전극에 연결된 하나의 P형 열전 레그와 하나의 N형 열전 레그가 하나의 열전 레그 쌍을 형성하고, 열전 레그 쌍과 이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 주기적으로 다르게 형성된다.A thermoelectric device is disclosed. The thermoelectric element includes a first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged on the first substrate, and a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N- Wherein the plurality of electrodes include a plurality of first electrodes disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and between the plurality of N-type thermoelectric legs, and the plurality of P- And a plurality of second electrodes disposed on opposite sides of the first electrode with respect to the plurality of N-type thermoelectric legs, wherein one P-type thermoelectric leg connected to the second electrode and one N- The legs form one pair of thermoelectric legs, and the gap between the pair of thermoelectric legs and the pair of thermoelectric legs adjacent to each other is periodically formed differently.
Description
본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성능 제어가 가능한 열전 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric element capable of performance control.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, 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 등이 있다.Thermoelectric elements are collectively referred to as elements that use thermoelectric phenomena. They are devices that use the temperature change of electrical resistance, devices that use electrostatic force due to temperature difference, devices that use the Seebeck effect, phenomena that heat is generated by heat or heat generation, And the like.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있으며, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are widely applied to electronic appliances, electronic components, and communication components, and the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
열전 소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함한다. 열전 레그는 열전 소자의 성능을 좌우하는 중요한 지표일 수 있다. 열전 소자가 펠티어 효과를 이용하는 소자인 경우, 외부에서 전압을 가해주었을 때 P형 열전 레그의 정공과 N형 열전 레그의 전자가 이동하여 발열과 흡열을 일으킨다.The thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg. The thermoelectric leg may be an important index that determines the performance of the thermoelectric element. When the thermoelectric element is a device using the Peltier effect, electrons in the holes of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg move when externally applied, causing heat generation and endothermic.
이때, P형 열전 레그와 N형 열전 레그의 개수와 간격에 따라 열전 소자의 성능은 변하며, 고성능의 열전 소자를 제조하는데 있어서 비용이 많이 소모되는 문제점이 존재한다.At this time, the performance of the thermoelectric device varies depending on the number and the interval of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, and there is a problem that the cost for manufacturing a high-performance thermoelectric device is high.
한편, 플렉서블(Flexible) 장치의 개발 필요성이 점차 증가함에 따라 유연한 열전 소자의 필요성도 점차 증가하고 있다.On the other hand, as the necessity of development of a flexible device is gradually increased, the need for a flexible thermoelectric device is also increasing.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성능 조절이 가능한 열전 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thermoelectric device capable of controlling performance.
본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 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 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그를 기준으로 상기 제1 전극의 맞은편에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 제2 전극에 연결된 하나의 P형 열전 레그와 하나의 N형 열전 레그가 하나의 열전 레그 쌍을 형성하고, 열전 레그 쌍과 이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 주기적으로 다르게 형성된다.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 arranged on the first substrate, and a plurality of P- And a plurality of electrodes for connecting the N-type thermoelectric legs in series, wherein the plurality of electrodes are arranged between the first substrate, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of first electrodes And a plurality of second electrodes disposed on opposite sides of the first electrode with respect to the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, wherein one P- Legs and one N-type thermoelectric leg pair form one pair of thermoelectric legs, and a gap between the pair of thermoelectric legs and the pair of thermoelectric legs adjacent to each other is periodically formed differently.
상기 열전 레그 쌍 사이에 절연막이 형성될 수 있다.An insulating film may be formed between the pair of thermoelectric legs.
상기 절연막의 두께는 상기 P형 열전 레그의 두께 또는 상기 N형 열전 레그의 두께 보다 얇을 수 있다.The thickness of the insulating film may be thinner than the thickness of the P-type thermoelectric leg or the thickness of the N-type thermoelectric leg.
이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 동일한 열전 레그 쌍의 개수에 따라 성능이 조절될 수 있다.Performance can be adjusted according to the number of pairs of thermoelectric legs having the same interval between pairs of thermoelectric legs adjacent to each other.
상기 제1 기판은 하나의 열전 레그 쌍에 포함되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그 사이에 연장 형성될 수 있다.The first substrate may extend between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg included in one pair of thermoelectric legs.
상기 제1 전극의 양단은 상기 제1 전극에 연결되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그의 방향으로 굽어질 수 있다.Both ends of the first electrode may be bent in the direction of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg connected to the first electrode.
상기 제2 전극의 양단은 상기 제2 전극에 연결되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그의 방향으로 굽어질 수 있다.Both ends of the second electrode may be bent in the direction of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg connected to the second electrode.
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 상기 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, 상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 제3 전극, 그리고 상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 제4 전극을 포함하며, 상기 제4 전극에 연결된 하나의 P형 열전 레그와 하나의 N형 열전 레그가 하나의 열전 레그 쌍을 형성하고, 열전 레그 쌍과 이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 주기적으로 다르게 형성된다.A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs disposed alternately on the first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs, and a plurality of N-type thermoelectric legs, And a plurality of electrodes for serially connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, wherein the plurality of electrodes are formed by stacking the first substrate, the plurality of P-type thermoelectric legs, A plurality of first electrodes disposed between the N-type thermoelectric legs, 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, A plurality of P-type thermoelectric legs, a plurality of P-type thermoelectric legs, a plurality of P-type thermoelectric legs, a plurality of P-type thermoelectric legs, and a plurality of N-type thermoelectric legs, , And the fourth It is one of the P-type thermoelectric legs is connected to the pole and one N-type thermoelectric legs form a thermoelectric leg pair and the distance between the thermoelectric leg pair and the adjacent thermoelectric leg pairs are formed differently on a periodic basis.
상기 복수의 P형 열전 레그 쌍 및 상기 복수의 N형 열전 레그 쌍은 주기적으로 배열될 수 있다.The plurality of pairs of P-type thermoelectric legs and the plurality of pairs of N-type thermoelectric legs may be periodically arranged.
상기 복수의 P형 열전 레그 쌍 및 상기 복수의 N형 열전 레그 쌍 사이에 유연층이 형성될 수 있다.A flexible layer may be formed between the plurality of pairs of P-type thermoelectric legs and the plurality of pairs of N-type thermoelectric legs.
본 발명의 실시예에 따르면, 저가 공정인 수평형 열전 소자 제조 방법을 이용하여 수직형 열전 소자를 생산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, Vertical type thermoelectric elements can be produced by using a low-cost horizontal thermoelectric element manufacturing method.
또한, 두께가 얇은 절연막을 이용하여 집적도가 높은 열전 소자를 제공할 수 있으며, 열전 레그 쌍의 개수와 간격을 조절하여 열전 소자의 성능을 제어할 수 있다.Further, it is possible to provide a thermoelectric device having a high degree of integration by using an insulating film having a small thickness, and to control the performance of the thermoelectric device by adjusting the number and spacing of thermoelectric leg pairs.
또한, 유연기판을 통해 열평행을 차단하여 열전 소자의 성능을 향상시킴과 동시에 유연한 열전 소자를 제공할 수 있다.In addition, thermal parallelism is blocked through the flexible substrate to improve the performance of the thermoelectric device, and at the same time, provide a flexible thermoelectric device.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 제조방법에 대한 순서도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 제조방법을 순차적으로 나타내는 열전 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
6 to 9 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a thermoelectric device 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. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the 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. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed 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 to be 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, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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 this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
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, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 2를 참조하면, 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(160) 및 절연막(170)을 포함한다.1 and 2, a
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(160)은 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)를 기준으로 하부 전극(120)의 맞은편에 배치될 수 있다.The
이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(160)에 의하여 전기적으로 연결된다.Accordingly, the plurality of P-type
한편, 일반적으로, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 상에 배치되는 상부 전극(160)은 구리(Cu) 등의 금속으로 이루어질 수 있다.In general, the
예를 들면, 하부 전극(120) 및 상부 전극(160)은 Cu, Ag, Ni 등의 전극 재료를 포함할 수 있다.For example, the
그리고 리드선을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 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.When a voltage is applied to the
또한, 도1과 같이 일실시예에 따른 열전 소자(100)는 상부 전극(160) 상에 상부 기판이 없으므로, 다른 열원 등에 직접 부착될 수도 있다. 이로써, 열원 으로부터 더 많은 열을 얻어 열전 소자의 성능을 향상할 수 있다.1, the
뿐만 아니라, 상부 기판이 없으므로 상부기판에 의해 발생하는 열전달 감소를 조기에 차단할 수 있다. 또한, 열전 소자의 유연성은 더욱 증가하고, 열전 소자를 제조함에 있어 제조 단가를 낮출 수 있다.In addition, since there is no upper substrate, heat transfer reduction caused by the upper substrate can be prevented early. Further, the flexibility of the thermoelectric element is further increased, and the manufacturing cost can be lowered in manufacturing the thermoelectric element.
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 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 열전 레그일 수 있다. N형 열전 레그(140)는 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 열전 레그일 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
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. The performance of the
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, 는 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.Where [alpha] is the Seebeck coefficient [V / K], [sigma] is the electrical conductivity [S / m] Is the power factor ([W / mK2]). T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W / mK]. k can be expressed as a · cp · ρ, where a is the thermal diffusivity [cm2 / S], cp is the specific heat [J / gK], and ρ is the density [g / cm3].
열전 소자(100)의 제백 지수(ZT)를 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 whiteness index ZT of the
도 1을 참조하면, 상부 전극(160)에 연결된 하나의 P형 열전 레그(130)와 하나의 N형 열전 레그(140)가 하나의 열전 레그 쌍(150)을 형성하고, 열전 레그 쌍(150)은 복수 개 존재할 수 있다. 또한, 인전합 열전 레그 쌍(150) 사이의 간격은 주기적으로 다르게 형성될 수 있다.1, one P-type
예를 들어, 도 1과 같이 열전 소자(100)는 5개의 열전 레그 쌍(150) 마다 상이한 간격을 형성할 수 있다. 이로써, 일정한 간격을 가지는 인접한 복수의 열전 레그 쌍(150)의 개수를 조절하여 열전 소자의 성능을 제어할 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the
이는 인접한 열전 레그 쌍(150)의 개수가 많아질수록 P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 PN 접합(junction)에 의해 발생하는 냉각, 발전량이 증가하기 때문이다.This is because as the number of adjacent pairs of
여기서, 은 일정한 간격을 가지는 복수의 열전 레그 쌍 사이의 출력전압, 는 P형 열전 레그의 제벡계수, 는 N형 열전 레그의 제벡계수, 은 열전 레그 쌍의 계수, 는 고온부 온도, 는 저온부 온도를 나타낸다.here, An output voltage between a plurality of pairs of thermoelectric legs having a predetermined interval, Is a Seebeck coefficient of the P type thermoelectric leg, Is the Seebeck coefficient of the N type thermoelectric leg, The coefficient of the pair of thermoelectric legs, Temperature, Represents the low temperature part temperature.
즉, 상기 수학식 2을 참조할 때, 열전 레그 쌍(150)의 개수를 조절하면, 일정한 간격을 가지는 복수의 열전 레그 쌍(150) 사이의 전압()을 비례 제어할 수 있고, 최종적으로 성능이 조절된 열전 소자(100)를 제공할 수 있다.Referring to Equation (2), when the number of pairs of thermoelectric leg pairs 150 is adjusted, the voltage between the plurality of pairs of thermo leg pairs 150 having a predetermined gap ) Can be proportionally controlled, and the
절연막(170)은 열전 레그 쌍 사이(150) 및 열전 소자(100)의 외부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 절연막(170)은 레진 등의 절연 재질을 포함하여, 열전 레그 쌍(150) 사이에 배치된 P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기적 쇼트(Short)를 차단할 수 있다.The insulating
또한, 하부 기판(110)의 두께는 12.5㎛ 내지 50㎛일 수 있고, P형 열전 레그(130)의 두께(d2)와 N형 열전 레그(140)의 두께(d3)는 100㎛ 내지 500㎛일 수 있다. P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)는 열전 소자(100)의 성능에 따라 상기와 상이한 두께를 가질 수 있다.The thickness d2 of the P-type
그리고 하부 전극(120)과 상부 전극(160)의 두께는 0.5㎛ 내지 3㎛ 일 수 있고, 절연막(170)의 두께(d1)는 10㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the
이에, 두께가 얇은 절연막(170)이 열전 레그 쌍 사이에 배치되어 열전 소자의 집적도는 효과적으로 증가한다.Thus, the insulating
또한, 하부 기판(110)은 열전 레그 쌍(150)의 P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140) 사이에 연장 형성될 수 있다.The
게다가, 하부 기판(110)은 폴리이미드(Polyimide) 계열의 고분자인 유연 소재를 포함하여 유연성을 가질 수 있다. 또한, 하부 기판(110)은 열 전달률이 낮은 유연 소재를 포함하여, 열전 소자(100) 내의 열 평행을 막아 열전 소자(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 사시도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
열전 소자(200)는 하부 기판(210), 하부 전극(220), 열전 레그 집합(230), 상부 전극(240), 상부 기판(250)을 포함한다.The
하부 기판(210), 하부 전극(220) 및 상부 전극(240)의 재질, 기능은 상기 기재된 내용과 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상부 기판(250)은 하부 기판(210)과 동일한 재질과 기능이 적용될 수 있다.The material and function of the
열전 레그 집합(230)은 소정의 개수의 열전 레그 쌍(233)을 포함한다.The
여기서, 열전 레그 쌍(233)은 하나의 P형 열전 소재(231)와 하나의 N형 열전 소재(232)가 상부 레그 전극(235)에 전기적으로 연결된 것으로, 도 1에서 설명한 내용과 동일하다.Here, the pair of
그리고 하부 전극(220)과 열전 레그 집합(230) 사이에 하부 레그전극(234)이 배치되고, 상부 전극(240)과 열전 레그 집합(230) 사이에 상부 레그전극(235)이 배치될 수 있다.A
이로써, 복수의 전극을 통해 교대로 배열된 복수의 열전 레그 집합(230)이 전기적 직렬 연결될 수 있다.In this way, a plurality of thermoelectric leg sets 230 alternately arranged through a plurality of electrodes can be electrically connected in series.
또한, 주기적으로 배열된 복수의 열전 레그 쌍(233)의 개수를 조절하여, 열전 레그 집합(230)의 성능을 조절할 수 있고, 궁극적으로 열전 소자의 성능도 제어할 수 있다.Also, the number of the thermoelectric leg pairs 233 arranged periodically can be adjusted to control the performance of the
절연막(236)은 열전 레그 쌍(233)과 인접한 열전 레그 쌍(233) 사이에 형성될 수 있다. The insulating
또한, 하부 전극(220)과 하부 레그전극(234) 사이 또는 상부 전극(240)과 상부 레그전극(235) 사이에 절연막(236)이 형성될 수 있다. 절연막(236)은 도 1에서 기재한 것과 같이 레진 등의 절연 재질을 포함할 수 있고, 인접한 전극 간의 전기적 쇼트(Short)를 방지할 수 있다.An insulating
또한, 유연층(239)은 하나의 열전 레그 쌍(233)에 연결된 P형 열전 레그(231)와 N형 열전 레그(232) 사이나 열전 레그 집합(230)의 가장자리에 형성될 수 있다.The
유연층(239)은 폴리이미드(Polyimide) 계열의 고분자인 유연 소재를 포함할 수 있다. 또한, 유연층(239)은 열 전달률이 낮은 유연 소재를 포함하여 열전 소자(200)의 열평행을 차단하고, 열전 소자(200)의 성능은 향상시 수 있다.The
하부 레그전극(234)과 하부 전극(220) 사이에 전기적 연결을 위해 하부 연결전극(237)이 배치될 수 있다. The
마찬가지로 상부 레그전극(235)과 상부 전극(240) 사이에 상부 연결전극(238)이 배치될 수 있다.Similarly, an upper connecting
도 3 및 도 4를 참조하면, 하부 연결전극(237)은 가장자리에 배치된 열전 레그 쌍(233)과 연결되고, 상부 연결전극(238)은 하나의 열전 레그 집합(230) 내에서 하부 연결전극(237)과 연결된 열전 레그 쌍(238)의 맞은편에 존재하는 열전 레그 쌍과 연결된다.3 and 4, the
하부 연결전극(237)과 상부 연결전극(238)은 열전 소자의 성능에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다.The
그리고 P형 열전 레그(231) 및 N형 열전 레그(232)의 재질, 기능은 상기 도 1에서 기재된 내용과 동일하게 적용될 수 있다.The materials and functions of the P-type
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 제조방법에 대한 순서도이고, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 제조방법을 순차적으로 나타내는 열전 소자의 단면도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 기판 상에 전극을 접합할 수 있다(S310). 기판(410)과 전극(420)의 재질은 상기 하부 기판, 하부 전극과 동일하게 적용될 수 있다.5 to 9, an electrode may be bonded onto a substrate (S310). The material of the
도 6과 같이, 기판(410) 상에 전극(420)은 주기적으로 상이한 두께로 위치할 수 있다. As shown in FIG. 6, the
그 다음, 도 7 및 도 8과 같이 복수의 전극 사이에 P형 열전 레그(430)와 N형 열전 레그(440)를 교대로 배열하도록 기판(410) 상에 증착할 수 있다(S320).Next, as shown in FIGS. 7 and 8, the
또한, P형 열전 레그(430) 및 N형 열전 레그(440) 중 어느 하나만 복수의 전극(420) 사이에 배치될 수도 있다. P형 열전 레그(430)와 N형 열전 레그(440)의 기판(420) 상의 증착 순서는 경우에 따라 다양하게 존재할 수 있다.Also, any one of the P-type
그 다음, 절연막(450) 기판(420), P형 열전 레그(430) 및 N형 열전 레그(440) 상에 도포할 수 있다(S330). 절연막(450)은 레진 등의 절연 재질을 포함할 수 있다.Next, the insulating
그리고 도 9와 같이, 수평방향(C)으로 자르고 전극을 수직방향(L)으로 접어 인접한 열전 레그가 도 1 또는 도 3과 같이 겹쳐지도록 형성할 수 있다(S340).Then, as shown in FIG. 9, the thermoelectrons may be cut in the horizontal direction C and the electrodes may be folded in the vertical direction L to form adjacent thermoelectric legs as shown in FIG. 1 or 3 (S340).
이로써, 도 1 및 도 3과 같이 P형 열전 레그(130, 231) 및 N형 열전 레그(140, 232) 중 어느 하나와 연결된 전극은 전극과 연결된 P형 열전 레그(130, 231)와 N형 열전 레그(140, 232)가 존재하는 방향으로 굽어진 형태일 수 있다.1 and 3, the electrode connected to one of the P-type
그리고 도 6 내지 도 9와 같이 기판(420)과 열전 레그(430, 440)가 수평인 수평형(In-Plane) 열전 소자의 제조방법을 이용하여, 기판(420)과 열전 레그(430, 440)가 수직인 수직형(Cross-Plane) 열전 소자를 제조할 수 있다.6 to 9, the
이로써, 저가 공정의 수평형 열전 소자의 제조방법을 이용하여 제조 단가가 감소할 수 있고, 열전 레그의 겹치는 횟수를 조절하여 열전 소자의 성능을 제어할 수 있다.Thus, the manufacturing cost can be reduced by using the manufacturing method of the horizontal type thermoelectric element at low cost, and the performance of the thermoelectric element can be controlled by adjusting the number of overlapping of the thermoelectric legs.
뿐만 아니라, 열전 소자의 두께가 얇아져 열전 소자의 집적도가 향상되는 효과가 존재한다.In addition, there is an effect that the thickness of the thermoelectric element is thinned and the degree of integration of the thermoelectric element is improved.
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. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100, 200: 열전 소자
110, 210: 하부 기판
120, 220: 하부 전극
130, 231: P형 열전 레그
140, 232: N형 열전 레그
150, 233: 열전 레그 쌍
160, 240: 상부 전극
170, 236: 절연막
230: 열전 레그 집합
234: 하부 레그전극
235: 상부 레그전극
237: 하부 연결전극
238: 상부 연결전극
239: 유연층
250: 상부 기판100, 200: thermoelectric element
110, 210: Lower substrate
120, 220: Lower electrode
130, 231: P type thermoelectrode
140, 232: N-type thermoelectrode
150, 233: pair of thermoelectric legs
160, 240: upper electrode
170, 236: insulating film
230: thermoelectric leg set
234: Lower leg electrode
235: upper leg electrode
237: Lower connecting electrode
238: upper connecting electrode
239: Flexible layer
250: upper substrate
Claims (10)
상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 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 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그를 기준으로 상기 제1 전극의 맞은편에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하며,
상기 제2 전극에 연결된 하나의 P형 열전 레그와 하나의 N형 열전 레그가 하나의 열전 레그 쌍을 형성하고, 열전 레그 쌍과 이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 주기적으로 다르게 형성된 열전 소자.The first substrate,
A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged on the first substrate, and
And a plurality of electrodes serially connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
Wherein the plurality of electrodes comprise:
A plurality of first electrodes disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and between the plurality of N-type thermoelectric legs, and
And a plurality of second electrodes disposed on opposite sides of the first electrode with respect to the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
Wherein one P-type thermoelectric leg and one N-type thermoelectric leg connected to the second electrode form one pair of thermoelectric legs, and the pair of thermoelectric legs and the pair of thermoelectric legs adjacent to each other are periodically different from each other.
상기 열전 레그 쌍 사이에 절연막이 형성된 열전 소자.The method according to claim 1,
And an insulating film is formed between the pair of thermoelectric legs.
상기 절연막의 두께는 상기 P형 열전 레그의 두께 또는 상기 N형 열전 레그의 두께 보다 얇은 열전 소자.3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the insulating film is thinner than the thickness of the P-type thermoelectric leg or the thickness of the N-type thermoelectric leg.
이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 동일한 열전 레그 쌍의 개수에 따라 성능이 조절되는 열전 소자.The method according to claim 1,
Wherein the performance is controlled according to the number of pairs of thermoelectric legs having the same interval between pairs of thermoelectric legs adjacent to each other.
상기 제1 기판은 하나의 열전 레그 쌍에 포함되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그 사이에 연장 형성된 열전 소자.The method according to claim 1,
And the first substrate is extended between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg included in one pair of thermoelectric legs.
상기 제1 전극의 양단은 상기 제1 전극에 연결되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그의 방향으로 굽어진 열전 소자.The method according to claim 1,
And both ends of the first electrode are bent in the direction of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg connected to the first electrode.
상기 제2 전극의 양단은 상기 제2 전극에 연결되는 P형 열전 레그와 N형 열전 레그의 방향으로 굽어진 열전 소자.The method according to claim 1,
And both ends of the second electrode are bent in the direction of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg connected to the second electrode.
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 상기 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,
상기 제2 기판과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 복수의 제2 전극,
상기 제1 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 제3 전극, 그리고
상기 제2 전극과 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 배치되는 제4 전극을 포함하며,
상기 제4 전극에 연결된 하나의 P형 열전 레그와 하나의 N형 열전 레그가 하나의 열전 레그 쌍을 형성하고, 열전 레그 쌍과 이웃한 열전 레그 쌍 사이의 간격이 주기적으로 다르게 형성된 열전 소자.The first substrate,
A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged 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
And a plurality of electrodes serially connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
Wherein the plurality of electrodes comprise:
A plurality of first electrodes disposed between the first substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and between the plurality of N-type thermoelectric legs,
A plurality of second electrodes disposed between the second substrate and the plurality of P-type thermoelectric legs and between the plurality of N-type thermoelectric legs,
A third electrode disposed between the first electrode, the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and
And a fourth electrode disposed between the second electrode and the plurality of P-type thermoelectric legs and between the plurality of N-type thermoelectric legs,
And one P-type thermoelectric leg connected to the fourth electrode and one N-type thermoelectric leg form one pair of thermoelectric legs, and the pair of thermoelectric legs and the pair of thermoelectric legs adjacent to each other are periodically different from each other.
상기 복수의 P형 열전 레그 쌍 및 상기 복수의 N형 열전 레그 쌍은 주기적으로 배열된 열전 소자.9. The method of claim 8,
Wherein the plurality of pairs of P-type thermoelectric legs and the plurality of pairs of N-type thermoelectric legs are periodically arranged.
상기 복수의 P형 열전 레그 쌍 및 상기 복수의 N형 열전 레그 쌍 사이에 유연층이 형성된 열전 소자.9. The method of claim 8,
And a flexible layer is formed between the plurality of pairs of P-type thermoelectric legs and the plurality of pairs of N-type thermoelectric legs.
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