KR20170139357A - 열전 장치 - Google Patents

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KR20170139357A
KR20170139357A KR1020160071814A KR20160071814A KR20170139357A KR 20170139357 A KR20170139357 A KR 20170139357A KR 1020160071814 A KR1020160071814 A KR 1020160071814A KR 20160071814 A KR20160071814 A KR 20160071814A KR 20170139357 A KR20170139357 A KR 20170139357A
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thermoelectric
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type
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유영삼
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

열전 장치가 개시된다. 상기 열전 장치는 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, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극, 상기 제1 기판 하부에 배치되는 제3 기판, 그리고 상기 제3 기판 상에 배치되는 한 쌍의 결합패드를 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 한 쌍의 결합 패드는 상기 제1 전극과 연결되며, 제1 결합홀을 포함하는 제1 결합패드 및 상기 결합홀에 삽입되는 결합볼을 포함한다.

Description

열전 장치{THERMO ELECTRIC DEVICE}
본 발명은 열전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결합패드를 포함하는 열전 장치에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
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.
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 있으며, 웨어러블에 대한 관심도 증가하여 유연 열전 소자에 대한 관심도 커져가고 있다.
뿐만 아니라, 열전 소자의 대형화에 대한 요구도 점 증가하고 있으나, 레그 탈락, 유연성을 위한 접합력이 등으로 인한 고 집적 소자의 제작이 용이하지 않은 한계가 존재한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대형화를 위한 열전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 열전 장치는 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, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극, 상기 제1 기판 하부에 배치되는 제3 기판, 그리고 상기 제3 기판 상에 배치되는 한 쌍의 결합패드를 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 한 쌍의 결합 패드는 상기 제1 전극과 연결되며, 제1 결합홀을 포함하는 제1 결합패드 및 상기 결합홀에 삽입되는 결합볼을 포함하는 제2 결합패드를 포함한다.
상기 제3 기판은, 상기 제1 결합홀과 대응되는 위치에 제2 결합홀을 포함할 수 있다.
상기 제1 결합홀의 직경 및 상기 제2 결합홀의 직경은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀은 경사질 수 있다.
상기 제1 결합패드와 상기 제2 결합패드는 직렬 연결된 복수의 전극 일단의 제1 전극에 각각 연결될 수 있다.
상기 결합홀은 상기 제1 결합패드의 하부보다 상기 제1 결합패드의 상부의 면적이 더 클 수 있다.
상기 제3 기판은 상기 제1 기판보다 면적일 수 있다.
상기 제1 결합패드 및 상기 제2 결합패드는, 도전성 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 높은 결합력 및 고 신뢰성 복수의 열전 소자가 연결된 어레이를 성능이 우수한 열전 장치를 얻을 수 있다.
또한, 열전 소자간에 용이하게 결합할 수 있으며, 유연한 열전 소자 어레이를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 원하는 수의 열전 소자를 연결하여 다양한 모양의 어레이를 만들 수 있으며, 원하는 성능의 열전 소자 어레이를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 결합패드 및 제3 기판의 상면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 결합패드의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 결합패드 및 제3 기판의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인접한 열전 장치 간의 결합부분의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 열전 장치를 결합된 열전 소자 어레이를 도시한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 열전 소자의 단면도이고, 도 2는 열전 장치의 사시도이다.
도 1내지 2를 참조하면, 열전 장치(10)는 열전 소자(100), 제3 기판(200), 한 쌍의 결합패드(300)을 포함한다.
먼저, 열전 소자(100)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함한다. 제1 전극(120)은 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극(150)은 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 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.
예를 들어, 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.
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.
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.
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.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 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.
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
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.
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 합금을 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 소자의 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.
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 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 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.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.
제3 기판(200)은 제1 기판(110) 하부에 배치되고, 유연 재질을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 제3 기판(200)은 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. 이로써, 제3 기판(200)은 유연성을 가지며, 벤딩(bending)에 대한 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
또한, 제3 기판(200)은 제1 기판(110) 보다 면적이 더 클 수 있다. 이에, 제3 기판(200)은 제1 기판(110)을 지지하고 구조적 안정감을 제공할 수 있다.
한 쌍의 결합패드(300)는 제3 기판(200) 상에서 제1 전극(120)과 연결된 제1 결합패드(310) 및 제2 결합패드(320)를 포함한다. 또한, 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)는 직렬로 연결된 복수의 전극의 제1 전극(120) 일단에 각각 연결되도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)는 열전 소자(100)를 기준으로 제3 기판(200) 상에 마주보도록 배치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)는 제1 전극(120)과 전기적으로 연결되고, 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe) 등 전도성 금속을 포함할 수 있다. 또한, 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, 제1 결합패드(310)는 관통된 제1 결합홀(311)을 포함한다. 그리고 도 3(b)를 참조하면, 제3 기판(200) 상에 제1 결합패드(310)이 배치된다. 제1 결합홀(311)과 대응하여, 제1 결합패드(310) 하부의 제3 기판(200)은 관통된 제2 결합홀(211)을 포함한다. 또한, 제1 결합홀(311)의 모양은 동그라미, 네모, 세모 등 다양한 모양을 가질 수 있다.
제1 결합패드(310)의 제1 결합홀(311)에 대응되도록 제3 기판(200)의 제2 결합홀(211)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 결합홀(311)의 직경과 제2 결합홀(211)의 직경은 상이하게 형성될 수 있다. 도 4(a)를 참조하면, 제1 결합홀(311a)의 직경이 제2 결합홀(211a)의 직경보다 더 클 수 있다. 이로써, 제1 결합홀(311a) 및 제2 결합홀(211a)과 결합볼(321)의 결합으로 인해 제1 결합패드(310) 및 제2 결합패드(320)의 결합력은 높아질 수 있다.
그리고 제1 결합홀(311)과 제2 결합홀(211)은 경사지게 형성될 수 있다. 도 4(b)를 참조하면, 중심축(Y)에 대한 제1 결합홀(311b)의 각도와 중심축(y)에 대한 제2 결합홀(211b)의 각도는 동일할 수 있다.
제2 결합패드(320)는 열/압착에 의해 제1 결합패드(310)와 결합할 수 있도록 상부에 결합볼(321)을 포함한다. 결합볼(321)은 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 주석(Sn) 등의 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 열/압착에 의해 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)가 결합하는 경우, 제1 결합패드(310)와 제2 결합패드(320)는 면접하고, 결합볼(321)이 제1 결합홀(311) 및 제2 결합홀(211)을 관통하도록 배치될 수 있다.
인접한 열전 장치 간의 결합 부분의 단면도인 도 6을 참조하면, 제1 열전 장치의 제3 기판(200-1) 상에 제1 열전장치의 제2 결합패드(320-1)가 배치된다. 그리고 제1 열전 장치의 제2 결합패드(320-1) 상에 제1 열전 장치의 결합볼(321-1)이 배치된다.
그리고 제1 열전 장치에 인접한 제2 열전 장치의 제3 기판(200-2) 및 제2 열전 장치의 제1 결합패드(310-2)는 각각 제1 결합홀(311-2)과 제2 결합홀(211-2)를 포함한다.
그리고 제1 열전 장치의 결합볼(321-1)은 제2 열전 장치의 제1 결합홀(311-2) 및 제2 결합홀(211-2)에 관통하도록 배치되고, 상부에 가해진 압력에 의해 제2 열전 장치의 제1 결합홀(311-2) 상부에서 제1 열전 장치의 결합볼(321-1)의 면적은 제2 열전 장치의 제1 결합홀(311-2)의 상면의 면적보다 넓을 수 있다. 이로써, 제1 열전 장치의 제2 결합패드(320-1)와 제2 열전 장치의 제1 결합패드(310-2)의 결합은 보다 강력한 결합력을 가질 수 있다.
또한, 제1 열전 장치의 제2 결합패드(320-1)와 제2 열전 장치의 제1 결합패드(310-2) 사이로 전기적 흐름(C)이 존재할 수 있다.
그리고 제1 열전 장치와 제2 열전 장치의 결합 시에, 제1 열전 장치의 결합볼(321-1)은 제2 열전 장치의 제1 결합홀(311-2) 및 제2 결합홀(211-2)의 형상에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.
복수의 열전 장치가 결합된 열전 소자 어레이를 도시한 도면인 도 7을 참조하면, 상기 기재한 결합으로 복수의 열전 장치(200)는 각 열전 장치의 제1 결합패드(310)와 인접한 열전 장치의 제2 결합패드(320)의 결합으로 어레이(Array)를 형성할 수 있다.
이로써, 열전 소자 간에 결합을 가압에 의해 원하는 크기의 열전 소자 어레이를 용이하게 만들 수 있다. 또한, 원하는 수만큼의 열전 소자를 이용하여 열선 소자 어레이를 형성할 수 있으며, 원하는 모양의 열전 소자 어레이를 만들 수 있다. 유연하면서 결합력에 대한 높은 신뢰성의 유연 열전 소자 어레이를 형성할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.
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.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.
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.
10: 열전 장치
100: 열전 소자
110: 제1 기판
120: 제1 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 제2 전극
160: 제2 기판
200: 제3 기판
211: 제2 결합홀
300: 한 쌍의 결합패드
310: 제1 결합패드
311: 제1 결합홀
320: 제2 결합패드
321: 결합볼

Claims (8)

  1. 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,
    상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극,
    상기 제1 기판 하부에 배치되는 제3 기판, 그리고
    상기 제3 기판 상에 배치되는 한 쌍의 결합패드를 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 한 쌍의 결합 패드는 상기 제1 전극과 연결되며,
    제1 결합홀을 포함하는 제1 결합패드 및
    상기 결합홀에 삽입되는 결합볼을 포함하는 제2 결합패드를 포함하는 열전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 기판은,
    상기 제1 결합홀과 대응되는 위치에 제2 결합홀을 포함하는 열전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 결합홀의 직경 및 상기 제2 결합홀의 직경은 서로 상이한 열전 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀은 경사진 열전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 결합패드와 상기 제2 결합패드는 직렬 연결된 복수의 전극 일단의 제1 전극에 각각 연결된 열전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결합홀은 상기 제1 결합패드의 하부보다 상기 제1 결합패드의 상부의 면적이 더 큰 열전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 기판은 상기 제1 기판보다 면적이 큰 열전 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 결합패드 및 상기 제2 결합패드는,
    도전성 금속을 포함하는 열전 장치.
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