KR20180029746A - Thermoelectric module - Google Patents

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KR20180029746A
KR20180029746A KR1020160118237A KR20160118237A KR20180029746A KR 20180029746 A KR20180029746 A KR 20180029746A KR 1020160118237 A KR1020160118237 A KR 1020160118237A KR 20160118237 A KR20160118237 A KR 20160118237A KR 20180029746 A KR20180029746 A KR 20180029746A
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김종현
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a flexible thermoelectric module which can improve thermoelectric efficiency by discharging heat in the thermoelectric module to the outside. The thermoelectric module comprises: a P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg alternately provided at predetermined intervals; first and second electrodes provided to electrically connect the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg in series; a mold layer provided between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, and between the first and second electrodes; and a heat radiation pattern provided on at least one surface of the first and second electrodes.

Description

열전모듈{THERMOELECTRIC MODULE}Thermoelectric module {THERMOELECTRIC MODULE}

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연성을 갖는 응용 분야에 이용되는 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module, and more particularly, to a thermoelectric module used in a flexible application field.

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, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. Thermoelectric elements are collectively referred to as elements utilizing thermoelectric phenomenon and have 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 a device using a temperature change of electrical resistance, a device using a Seebeck effect that generates electromotive force by a temperature difference, a device using a Peltier effect that is a phenomenon in which heat is generated by heat or a heat is generated .

열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있으며, 표면에 굴곡을 갖는 다양한 구조체에는 유연성을 갖는 열전 소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric devices are widely applied to household appliances, electronic components, and communication components. For example, the thermoelectric element can be applied to a cooling device, a heating device, a power generation device, etc., and a flexible thermoelectric element can be applied to various structures having a curved surface. As a result, there is a growing demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유연성 열전모듈을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a flexible thermoelectric module.

또한, 열전모듈 내부의 열을 외부로 배출함으로써 열전효율을 향상시킬 수 있는 열전모듈을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a thermoelectric module which can improve the thermoelectric efficiency by discharging the heat inside the thermoelectric module to the outside.

본 발명의 실시예에 따르면, 소정 간격 이격하여 교번 마련되는 P형 열전 레그 및 제2 반도체 소자; 상기 P형 열전 레그와 N형 열전 레그가 전기적으로 직렬 연결되도록 마련되는 제1전극과 제2전극; 및 상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 마련되는 몰드층; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 하나의 표면에 마련되는 방열패턴을 포함하는 열전모듈를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a P-type thermoelectric leg and a second semiconductor element alternately arranged at predetermined intervals; A first electrode and a second electrode arranged such that the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are electrically connected in series; And a mold layer provided between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, the first electrode and the second electrode; And a heat dissipation pattern provided on a surface of at least one of the first electrode and the second electrode.

상기 방열패턴은 상기 몰드층 외부로 돌출되도록 마련될 수 있다.The heat dissipation pattern may protrude outside the mold layer.

상기 방열패턴은 요철 형상, 피라미드 형상 및 반구 형상 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.The heat radiation pattern may be provided in at least one of a concavo-convex shape, a pyramid shape, and a hemispherical shape.

상기 방열패턴의 표면을 따라 마련되는 절연층을 더 포함하여 구성될 수 있다.And an insulating layer provided along the surface of the heat dissipation pattern.

상기 방열패턴은 포토 레지스트리 공정에 의하여 마련될 수 있다.The heat radiation pattern may be prepared by a photolithography process.

상기 방열패턴의 높이, 형상, 피치 간격은 열전 모듈 상부와 하부의 임계 온도차에 따라 결정될 수 있다.The height, shape, and pitch interval of the heat radiation pattern can be determined according to the critical temperature difference between the top and bottom of the thermoelectric module.

본 발명인 열전모듈은 유연성 열전모듈을 제공하는데 있고, 열전모듈 내부의 열을 외부로 배출함으로써 열전효율을 향상시킬 수 있다.The thermoelectric module according to the present invention provides a flexible thermoelectric module and the heat inside the thermoelectric module can be discharged to the outside to improve the thermoelectric efficiency.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고,
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고,
도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도이고,
도 5는 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법이고,
도 6 및 도7은 도 5의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시하는 도면이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이고,
도9 내지 도11은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 모듈의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention,
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of a thermoelectric leg and an electrode according to an embodiment of the present invention,
5 is a method for manufacturing a thermoelectric leg of a laminated structure,
Figs. 6 and 7 are views illustrating a conductive layer formed between unit members in the laminated structure of Fig. 5,
8 is a flowchart showing a method of manufacturing a sintered body for a thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention,
9 to 11 are views for explaining a manufacturing process of the thermoelectric module 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.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(1)은 P형 열전 레그(51), N형 열전 레그(52), 제1전극(30), 제2전극(40), 몰드층(60)을 포함하여 구성될 수 있다.1, a thermoelectric module 1 according to an embodiment of the present invention includes a P-type thermoelectric leg 51, an N-type thermoelectric leg 52, a first electrode 30, a second electrode 40, And a mold layer (60).

P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계의 반도체 소자일 수 있다.The P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52 may be a bismuth telluride (Bi-Te) semiconductor device containing bismuth (Bi) and tellurium (Ti) as main raw materials.

예를 들어, P형 열전 레그(51)는 P형 반도체 소자로써 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무트(Bi), 인듐(In)을 포함한 비스무트텔룰라이드계(BiTe계)로 이루어지는 주원료물질과, 상기 주원료물질의 전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 Bi 또는 Te이 혼합된 혼합물을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 주원료물질은 Bi-Sb-Te 물질로 하고, 여기에 Bi 또는 Te를 Bi-Sb-Te전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 중량을 더 추가하여 형성할 수 있다. 즉, Bi-Sb-Te의 중량이 100g이 투입되는 경우, 추가로 혼합되는 Bi 또는 Te는 0.001g~1g의 범위에서 투입될 수 있다. 상술한 주원료물질에 추가되는 물질의 중량범위는 0.001wt%~0.1wt% 범위 외에서는 열전도도가 낮아지지 않고 전기전도도는 하락하여 ZT값의 향상을 기대할 수 없다는 점에서 의의를 가진다.For example, the P-type thermoelectric leg 51 may be formed of a P-type semiconductor element such as antimony Sb, Ni, Al, Cu, Ag, Pb, (BiTe type) including gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In), and a bismuth telluride (BiTe base) containing 0.001 to 1.0 wt% May be formed using a mixture of Bi or Te. The main raw material may be a Bi-Sb-Te material, and Bi or Te may be added in an amount of 0.001 to 1.0 wt% of the total weight of Bi-Sb-Te. That is, when 100 g of Bi-Sb-Te is added, Bi or Te to be added may be added in the range of 0.001 g to 1 g. The weight range of the substance added to the above-described main raw material is not inferior to the range of 0.001 wt% to 0.1 wt%, and the electrical conductivity is lowered, so that improvement of the ZT value can not be expected.

그리고, N형 열전 레그(52)는 N형 반도체 소자로써 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무트(Bi), 인듐(In)을 포함한 비스무트텔룰라이드계(BiTe계)로 이루어지는 주원료물질과, 상기 주원료물질의 전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 Bi 또는 Te이 혼합된 혼합물을 이용하여 형성할 수 있다. 이를테면, 상기 주원료물질은 Bi-Se-Te 물질로 하고, 여기에 Bi또는 Te를 Bi-Se-Te 전체 중량의 00.001~1.0wt%에 해당하는 중량을 더 추가하여 형성할 수 있다. 즉, Bi-Se-Te의 중량이 100g이 투입되는 경우, 추가로 혼합되는 Bi 또는 Te는 0.001g~1.0g의 범위에서 투입될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상술한 주원료물질에 추가되는 물질의 중량범위는 0.001wt%~0.1wt% 범위 외에서는 열전도도가 낮아지지 않고 전기전도도는 하락하여 ZT값의 향상을 기대할 수 없다는 점에서 의의를 가진다.The N-type thermoelectric leg 52 is an N-type semiconductor element made of selenium Se, Ni, Al, Cu, Ag, Pb, (BiTe system) including gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and a bismuth telluride Or a mixture of Bi and Te. For example, the main raw material may be a Bi-Se-Te material, and Bi or Te may be added to the Bi-Se-Te by adding a weight corresponding to 0.001 to 1.0 wt% of the total weight of Bi-Se-Te. That is, when 100 g of Bi-Se-Te is added, Bi or Te to be added may be added in the range of 0.001 g to 1.0 g. As described above, the weight range of the substance added to the above-mentioned main raw material is not lower than the range of 0.001wt% to 0.1wt%, and the electric conductivity is lowered and the improvement of the ZT value can not be expected. I have.

P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52)의 직경은 1~3mm일 수 있다.The diameter of the P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52 may be 1 to 3 mm.

제1전극과 제2전극은 P형 열전 레그와 N형 열전 레그가 전기적으로 직렬 연결되도록 마련된다.The first electrode and the second electrode are provided such that the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are electrically connected in series.

제2 전극(40)은 P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52)의 상부면에 배치되고, 제1 전극(30)은 P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52)의 하부면 에 배치될 수 있다. 제1전극(30)과 제2전극(40)은 소정 간격 이격 배치되어 각각 한 쌍의 P형 열전 레그와 N형 열전 레그를 연결함으로써, 복수개의 P형 열전 레그(51)와 N형 열전 레그(52)는 제1전극(30) 및 제2전극(40)에 의하여 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.The second electrode 40 is disposed on the upper surface of the P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52 and the first electrode 30 is disposed on the upper surface of the P-type thermoelectric leg 51 and the N- As shown in FIG. The first electrode 30 and the second electrode 40 are spaced apart from each other by a predetermined distance to connect a pair of the P-type thermoelectric legs and the N-type thermoelectric legs, (52) may be electrically connected in series by the first electrode (30) and the second electrode (40).

제1전극(30) 및 제2전극(40)은 Cu, Ag, Ni 등의 전극재료를 이용하여 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그를 전기적으로 연결하며, 도시된 단위셀이 다수 연결되는 경우 인접하는 단위셀과 전기적으로 연결을 형성하게 된다. 제1전극(30) 및 제2전극(40)의 두께는 0.01mm~0.3mm의 범위에서 형성될 수 있다. 제1전극(30)및 제2전극(40)의 두께가 0.01mm 미만에서는 전극으로서 기능이 떨어져 전기 전도율이 불량하게 되며, 0.3mm를 초과하는 경우에도 저항의 증가로 전도효율이 낮아지게 된다.The first electrode 30 and the second electrode 40 electrically connect the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg using an electrode material such as Cu, Ag, or Ni, and when a plurality of unit cells are connected Thereby forming an electrical connection with adjacent unit cells. The thickness of the first electrode 30 and the second electrode 40 may be in a range of 0.01 mm to 0.3 mm. If the thickness of the first electrode 30 and the second electrode 40 is less than 0.01 mm, the electrode functions as an electrode to deteriorate the electrical conductivity. If the thickness of the first electrode 30 and the second electrode 40 exceeds 0.3 mm, the conductivity decreases due to an increase in resistance.

도시되지 않았으나, P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52)의 외표면을 따라 반도전층(미도시) 및 절연층(미도시)이 마련될 수 있다.Although not shown, a semiconductive layer (not shown) and an insulating layer (not shown) may be provided along the outer surfaces of the P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52.

몰드층(60)은 P형 열전 레그(51) 및 N형 열전 레그(52), 제1전극(30) 및 제2전극(40) 사이에 마련된다. 몰드층(60)은 폴리머로 구성될 수 있으며 P형 열전 레그(51)와 N형 열전 레그(52) 그리고 제1전극(30)과 제2전극(40) 사이의 공간을 채우도록 마련된다. 몰드층(60)은 P형 열전 레그(51), N형 열전 레그(52), 제1전극(30) 및 제2전극(40)을 지지하는 몸체 역할을 수행함과 동시에 폴리머 재질의 유연성으로 인해 하부 기판이 제거되고 난 후 열전모듈을 유연하게 만드는 역할을 한다. 몰드층(60)은 재조에는 사진식각공정에 사용되는 감광제가 이용되며 감광제를 두껍게 도포하여 사진식각공정으로 형성된다.The mold layer 60 is provided between the P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52, the first electrode 30 and the second electrode 40. The mold layer 60 may be made of a polymer and is provided to fill a space between the P-type thermoelectric leg 51 and the N-type thermoelectric leg 52 and between the first electrode 30 and the second electrode 40. The mold layer 60 serves as a body for supporting the P-type thermoelectric leg 51, the N-type thermoelectric leg 52, the first electrode 30 and the second electrode 40 and at the same time, And serves to soften the thermoelectric module after the lower substrate is removed. The mold layer 60 is formed by a photolithography process in which a photosensitive agent used in a photolithography process is used for thickening the photosensitive material.

방열패턴(70)은 제1전극(51) 및 제2전극(52) 중 적어도 하나의 표면에 마련된다. 방열패턴(70)은 반도체 소자와 접하지 않은 제1전극(30)과 제2전극(40)의 표면에 마련된다. 방열패턴(70)은 제1전극(51) 또는 제2전극(52) 중 하나에만 마련되거나 또는 제1전극(51) 및 제2전극(52)에 마련될 수 있다.The heat radiation pattern 70 is provided on at least one surface of the first electrode 51 and the second electrode 52. The heat radiation pattern 70 is provided on the surfaces of the first electrode 30 and the second electrode 40 that are not in contact with the semiconductor element. The heat dissipation pattern 70 may be provided only on one of the first electrode 51 and the second electrode 52 or on the first electrode 51 and the second electrode 52.

방열패턴(70)은 요철 형상일 수 있으며, 요철의 높이, 피치간격은 열전모듈(1)의 상부와 하부의 임계 온도차에 따라 결정될 수 있다. 방열패턴(70)은 열전모듈(1)의 발열부를 담당하는 상부와, 냉각부를 담당하는 하부의 온도차를 유지하기 위한 것으로, 방열효율에 따라 발열부와 냉각부의 온도차가 유지될 수 있다. 여기서 임계 온도차란 열전모듈이 목적한 바의 성능을 구현할 수 있도록 최소의 열전효율을 나타낼 수 있는 파라미터를 의미한다. 따라서, 방열패턴(70)의 방열효율은 열전모듈의 성능이 구현될 수 있는 온도차를 유지할 수 있도록 결정되며, 이러한 결과는 방열패턴(70)의 표면적에 따라 결정된다.The heat radiation pattern 70 may have a concavo-convex shape, and the height and pitch interval of the concavo-convex pattern may be determined according to a critical temperature difference between the upper and lower portions of the thermoelectric module 1. [ The heat dissipation pattern 70 is for maintaining the temperature difference between the upper part of the thermoelectric module 1 that is responsible for the heat generating part and the lower part that is responsible for the cooling part and the temperature difference between the heat generating part and the cooling part can be maintained according to the heat radiation efficiency. Here, the critical temperature difference means a parameter capable of exhibiting the minimum thermoelectric efficiency so that the thermoelectric module can achieve the desired performance. Therefore, the heat radiation efficiency of the heat radiation pattern 70 is determined so as to maintain a temperature difference at which the performance of the thermoelectric module can be realized, and the result is determined according to the surface area of the heat radiation pattern 70.

열전모듈(1)의 성능은 아래 수학식 1과 같이 제벡 지수로 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric module 1 can be expressed by a Seebeck index as shown in Equation (1) below.

Figure pat00001
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.Here, α is the Seebeck coefficient [V / K], σ is the electric conductivity [S / m], and α 2 σ is the power factor (W / mK 2 ). 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 [cm 2 / S], cp is the specific heat [J / gK], and ρ is the density [g / cm 3 ].

열전모듈(1)의 제백 지수를 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 of the thermoelectric module 1, the Z value (V / K) is measured using the Z meter, and the Zebe index (ZT) can be calculated using the measured Z value.

또한, 방열패턴(70)의 방열효율은 방열패턴(70)의 표면적에 따라 결정될 수 있는데, 방열패턴(70)의 표면적을 조절하여 열전모듈의 성능에 최적화 시킬 수 있다. 이 때, 방열패턴(70)의 표면적을 조절하기 위하여 방열패턴의 형상, 높이, 피치간격을 조절할 수 있다.The heat radiation efficiency of the heat radiation pattern 70 can be determined according to the surface area of the heat radiation pattern 70. The surface area of the heat radiation pattern 70 can be adjusted to optimize the performance of the thermoelectric module. At this time, the shape, height, and pitch interval of the heat radiation pattern can be adjusted to adjust the surface area of the heat radiation pattern 70.

즉, 방열패턴(70)은 열전모듈(1)의 상부와 하부를 통하여 열을 방출시킴으로써 발열부와 냉각부의 온도차를 유지시킬 수 있다. 따라서, 방열패턴(70)의 방열 효율은 발열부와 냉각부의 온도차에 따라 결정될 수 있으며 방열패턴(70)의 표면적을 크게 할수록 방열량이 커져 열전모듈(1)의 발열부와 냉각부의 온도차를 용이하게 유지할 수 있게 된다.That is, the heat dissipation pattern 70 can dissipate heat through the upper and lower portions of the thermoelectric module 1, thereby maintaining the temperature difference between the heat generating portion and the cooling portion. Therefore, the heat radiation efficiency of the heat radiation pattern 70 can be determined according to the temperature difference between the heat generation portion and the cooling portion, and as the surface area of the heat radiation pattern 70 is increased, the amount of heat radiation becomes larger and the temperature difference between the heat generation portion and the cooling portion of the thermoelectric module 1 can be easily .

방열패턴(70)은 몰드층 외부로 돌출되도록 마련될 수 있다. 즉, 제1전극(30)과 제2전극(70) 중 반도체 소자와 접촉하는 영역과 일부 영역은 몰드층(60)에 매립되어 있으며, 방열패턴(70)을 형성하는 일부 영역은 몰드층 외부로 돌출되도록 하여 방열효율을 향상시킬 수 있다.The heat radiation pattern 70 may be provided to protrude to the outside of the mold layer. That is, a region of the first electrode 30 and the second electrode 70 that is in contact with the semiconductor device and a part of the region are buried in the mold layer 60, and a part of the region, which forms the heat radiation pattern 70, So that the heat radiation efficiency can be improved.

절연층(80)은 방열패턴(70)의 표면을 따라 마련될 수 있다. 절연층(80)은 제1전극(30)과 제2전극(40)이 외부와 접촉하여 불필요한 통전 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 절연층(80)은 방열패턴(70)의 표면을 따라서만 마련되며 몰드층(60) 표면을 따라 연장되지 않는다.The insulating layer 80 may be provided along the surface of the heat radiation pattern 70. The insulating layer 80 can prevent the first electrode 30 and the second electrode 40 from contacting with the outside to cause unnecessary electric conduction. The insulating layer 80 is provided only along the surface of the heat radiation pattern 70 and does not extend along the surface of the mold layer 60.

도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고, 도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도2 내지 도3에서는 도1의 P형 열전 레그, N형 열전 레그, 제1전극, 제2전극, 몰드층과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In FIGS. 2 to 3, the overlapping description of the P-type thermoelectric leg, the N-type thermoelectric leg, the first electrode, the second electrode and the mold layer in FIG. 1 will be omitted.

도2를 참조하면, 방열패턴(70)은 반도체 소자와 접하지 않은 제1전극(30)과 제2전극(40)의 표면에 마련된다. 방열패턴(71)은 피라미드 형상일 수 있으며, 피라미드의 높이, 피치간격은 열전모듈의 상부와 하부의 임계 온도차에 따라 결정될 수 있다. 방열패턴(71)은 열전모듈의 발열부를 담당하는 상부와, 냉각부를 담당하는 하부의 온도차를 유지하기 위한 것으로, 방열효율에 따라 발열부와 냉각부의 온도차가 유지될 수 있다. 따라서, 방열패턴(71)의 방열효율은 열전모듈의 성능이 구현될 수 있는 온도차를 유지할 수 있도록 결정되며, 이러한 결과는 방열패턴(71)의 표면적에 따라 결정된다.Referring to FIG. 2, the heat dissipation pattern 70 is provided on the surfaces of the first electrode 30 and the second electrode 40 that are not in contact with the semiconductor element. The heat radiation pattern 71 may be in a pyramid shape, and the height and pitch interval of the pyramid may be determined according to the critical temperature difference between the upper and lower portions of the thermoelectric module. The heat radiation pattern 71 is for maintaining the temperature difference between the upper part responsible for the heat generation part of the thermoelectric module and the lower part responsible for the cooling part and the temperature difference between the heat generation part and the cooling part can be maintained according to the radiation efficiency. Therefore, the heat radiation efficiency of the heat radiation pattern 71 is determined so as to maintain a temperature difference at which the performance of the thermoelectric module can be realized, and this result is determined according to the surface area of the heat radiation pattern 71.

도3을 참조하면, 방열패턴(72)은 반도체 소자와 접하지 않은 제1전극(30)과 제2전극(40)의 표면에 마련된다. 방열패턴(72)은 반구 형상일 수 있으며, 반구의 높이, 피치간격은 열전모듈의 상부와 하부의 임계 온도차에 따라 결정될 수 있다. 방열패턴(72)은 열전모듈의 발열부를 담당하는 상부와, 냉각부를 담당하는 하부의 온도차를 유지하기 위한 것으로, 방열효율에 따라 발열부와 냉각부의 온도차가 유지될 수 있다. 따라서, 방열패턴(72)의 방열효율은 열전모듈의 성능이 구현될 수 있는 온도차를 유지할 수 있도록 결정되며, 이러한 결과는 방열패턴(72)의 표면적에 따라 결정된다.Referring to FIG. 3, the heat dissipation pattern 72 is provided on the surfaces of the first electrode 30 and the second electrode 40 which are not in contact with the semiconductor element. The heat dissipation pattern 72 may be hemispherical in shape, and the height and pitch spacing of the hemispheres may be determined according to a critical temperature difference between the upper and lower portions of the thermoelectric module. The heat dissipation pattern 72 is for maintaining a temperature difference between an upper portion of the thermoelectric module and a lower portion of the thermoelectric module. The temperature difference between the heat generating portion and the cooling portion can be maintained according to the heat radiation efficiency. Therefore, the heat radiation efficiency of the heat radiation pattern 72 is determined so as to maintain a temperature difference at which the performance of the thermoelectric module can be realized, and the result is determined according to the surface area of the heat radiation pattern 72.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric leg and an electrode according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 열전 레그는 제1단면적을 가지는 제1소자부(126), 제1소자부(126)와 대향하는 위치에 배치되며 제2단면적을 가지는 제2소자부(122), 그리고 제1소자부(126) 및 제2소자부(122)를 연결하며 제3단면적을 가지는 연결부(124)를 포함할 수 있다. 이때, 연결부(124)의 수평방향의 임의의 영역에서의 단면적이 제1단면적 또는 제2단면적보다 작게 형성될 수 있다.4, the thermoelectric leg includes a first element portion 126 having a first cross-sectional area, a second element portion 122 disposed at a position opposite to the first element portion 126 and having a second cross-sectional area, and And a connection portion 124 connecting the first element portion 126 and the second element portion 122 and having a third cross-sectional area. At this time, the cross-sectional area of the connecting portion 124 in an arbitrary region in the horizontal direction may be formed smaller than the first cross-sectional area or the second cross-sectional area.

이와 같이, 제1 소자부(126) 및 제2 소자부(122)의 단면적을 연결부(124)의 단면적보다 크게 형성하면, 동일한 양의 재료를 이용하여 제1소자부(126)와 제2소자부(122) 간의 온도차(T)를 크게 형성할 수 있다. 이에 따라, 발열측(Hot side)과 냉각측(Cold side) 사이에 이동하는 자유전자의 양이 많아지므로, 발전량이 증가하게 되며, 발열 효율 또는 냉각 효율이 높아지게 된다. When the cross-sectional area of the first element portion 126 and the second element portion 122 is larger than the cross-sectional area of the connection portion 124, the same amount of material is used to form the first element portion 126 and the second element portion 122, The temperature difference T between the electrodes 122 can be increased. As a result, the amount of free electrons moving between the hot side and the cold side increases, so that the power generation amount increases and the heat generation efficiency or the cooling efficiency becomes high.

이때, 연결부(124)의 수평 단면 중 가장 긴 폭을 가지는 단면의 폭(B)과, 제1소자부(126) 및 제2소자부(122)의 수평 단면 중 더 큰 단면의 폭(A or C) 간의 비가 1:(1.5~4)일 수 있다. 이에 따라, 발전 효율, 발열 효율 또는 냉각 효율을 높일 수 있다. At this time, the width B of the cross section having the longest width among the horizontal cross sections of the connection section 124 and the width of the larger cross section among the horizontal sections of the first element section 126 and the second element section 122 (A or C) may be 1: (1.5 to 4). Thus, the power generation efficiency, heat generation efficiency or cooling efficiency can be increased.

여기서, 제1소자부(126), 제2소자부(122) 및 연결부(124)는 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성될 수 있다. Here, the first element portion 126, the second element portion 122, and the connection portion 124 may be integrally formed using the same material.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.The thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention may have a laminated structure. For example, the P-type thermoelectric leg or the N-type thermoelectric leg may be formed by stacking a plurality of structures coated with a semiconductor material on a sheet-like base material and then cutting the same. Thus, it is possible to prevent the loss of the material and improve the electric conduction characteristic.

도 5는 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법을 나타낸다. 5 shows a method of manufacturing a thermoelectric leg of a laminated structure.

도 5를 참조하면, 반도체 물질을 포함하는 재료를 페이스트 형태로 제작한 후, 시트, 필름 등의 기재(111) 상에 도포하여 반도체층(112)을 형성한다. 이에 따라, 하나의 단위부재(110)가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, a material including a semiconductor material is formed into a paste, and then coated on a substrate 111 such as a sheet or a film to form a semiconductor layer 112. Accordingly, one unit member 110 can be formed.

복수의 단위부재(110a, 110b, 110c)를 적층하여 적층 구조물(120)을 형성하고, 이를 절단하면 단위 열전 레그(130)를 얻을 수 있다. The plurality of unit members 110a, 110b and 110c are laminated to form the laminated structure 120, and the unit thermoelectric legs 130 can be obtained by cutting the unit members.

이와 같이, 단위 열전 레그(130)는 기재(111) 상에 반도체층(112)이 형성된 단위부재(110)가 복수로 적층된 구조물에 의하여 형성될 수 있다. As described above, the unit thermoelectric legs 130 can be formed by a structure in which a plurality of unit members 110 in which the semiconductor layers 112 are formed on the base material 111 are laminated.

여기서, 기재(111) 상에 페이스트를 도포하는 공정은 다양한 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 테이프캐스팅(Tape casting) 방법으로 행해질 수 있다. 테이프캐스팅 방법은 미세한 반도체 물질의 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent), 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer) 및 계면활성제 중 선택되는 적어도 하나와 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 제조한 후, 움직이는 칼날(blade) 또는 움직이는 기재 상에서 성형하는 방법이다. 이때, 기재(1110)는 10um~100um 두께의 필름, 시트 등일 수 있으며, 도포되는 반도체 물질로는 상술한 벌크형 소자를 제조하는 P 형 열전 재료 또는 N 형 열전 재료가 그대로 적용될 수 있다.Here, the step of applying the paste onto the substrate 111 can be performed in various ways. For example, by a tape casting method. The tape casting method comprises mixing a powder of a fine semiconductor material with at least one selected from the group consisting of an aqueous or non-aqueous solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, a defoamer and a surfactant to form a slurry (slurry), and then molding on a moving blade or moving substrate. At this time, the substrate 1110 may be a film, a sheet, or the like having a thickness of 10 to 100 μm. As the semiconductor material to be applied, the P-type thermoelectric material or the N-type thermoelectric material for manufacturing the above-described bulk-type device may be directly applied.

단위부재(110)를 복수의 층으로 어라인하여 적층하는 공정은 50~250℃의 온도에서 압착하는 방법으로 행해질 수 있으며, 적층되는 단위부재(110)의 수는, 예를 들어 2~50개일 수 있다. 이후, 원하는 형태와 사이즈로 절단될 수 있으며, 소결공정이 추가될 수 있다.The step of laminating the unit members 110 in a plurality of layers may be performed by a method of pressing at a temperature of 50 to 250 ° C. The number of the unit members 110 to be laminated may be, for example, 2 to 50 have. Thereafter, it can be cut into a desired shape and size, and a sintering process can be added.

이와 같이 제조되는 단위 열전 레그(130)는 두께, 형상 및 크기의 균일성을 확보할 수 있으며, 박형화가 유리하고, 재료의 손실을 줄일 수 있다. The unit thermoelectric leg 130 manufactured in this manner can ensure uniformity in thickness, shape, and size, is advantageous in thickness reduction, and can reduce the loss of material.

단위 열전 레그(130)는 원기둥 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등일 수 있으며, 도 4(d)에서 예시한 바와 같은 형상으로 절단될 수도 있다. The unit thermoelectric legs 130 may have a cylindrical shape, a polygonal columnar shape, an elliptical columnar shape, or the like, and may be cut into a shape as illustrated in FIG. 4 (d).

한편, 적층형 구조의 열전 레그를 제조하기 위하여, 단위 부재(110)의 한 표면에 전도성층을 더 형상할 수도 있다. On the other hand, a conductive layer may be further formed on one surface of the unit member 110 in order to manufacture the thermoelectric leg of the laminated structure.

도 6은 도 5의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시한다. Figure 6 illustrates a conductive layer formed between unit members in the stacked structure of Figure 5;

도 6을 참조하면, 전도성층(C)은 반도체층(112)이 형성되는 기재(111)의 반대 면에 형성될 수 있으며, 기재(111)의 표면의 일부가 노출되도록 패턴화될 수 있다. 6, the conductive layer C may be formed on the opposite side of the substrate 111 on which the semiconductor layer 112 is formed, and may be patterned such that a part of the surface of the substrate 111 is exposed.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 전도성층(C)의 다양한 변형예를 나타낸다. 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 개구패턴(c1, c2)을 포함하는 메쉬타입 구조 또는 도 6(c) 및 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 개방형 개구패턴(c3, c4)을 포함하는 라인타입 구조 등으로 다양하게 변형될 수 있다. 6 shows various modifications of the conductive layer (C) according to the embodiment of the present invention. As shown in Figs. 6 (a) and 6 (b), a mesh type structure including closed-type opening patterns c1 and c2, or a mesh type structure including the open- A line-type structure including open-type opening patterns c3 and c4, and the like.

이러한 전도성층(C)은 단위부재의 적층형 구조로 형성되는 단위 열전 레그 내 단위부재 간의 접착력을 높일 수 있으며, 단위부재간 열전도도를 낮추고, 전기전도도는 향상시킬 수 있다. 전도성층(C)은 금속물질, 예를 들어 Cu, Ag, Ni 등이 적용될 수 있다.The conductive layer (C) can increase the adhesion between the unit members in the unit thermoelectric legs formed by the laminated structure of the unit members, lower the thermal conductivity between the unit members, and improve the electrical conductivity. The conductive layer (C) may be a metal material, for example, Cu, Ag, Ni or the like.

한편, 단위 열전 레그(130)는 도 7에 도시한 바와 같은 방향으로 절단될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 수직방향의 열전도 효율을 낮추는 동시에 전기전도특성을 향상할 수 있어 냉각효율을 높일 수 있다.On the other hand, the unit thermoelectric legs 130 may be cut in a direction as shown in Fig. According to this structure, the thermal conduction efficiency in the vertical direction can be lowered and the electric conduction characteristic can be improved, so that the cooling efficiency can be improved.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전 레그는 존 멜팅(zone melting) 방식 또는 분말 소결 방식에 따라 제작될 수 있다. 존 멜팅 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳(ingot)을 제조한 후, 잉곳에 천천히 열을 가하여 단일의 방향으로 입자가 재배열되도록 리파이닝하고, 천천히 냉각시키는 방법으로 열전 레그를 얻는다. 분말 소결 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전 레그를 얻는다. Meanwhile, the thermoelectric leg according to the embodiment of the present invention can be manufactured according to a zone melting method or a powder sintering method. According to the zone melting method, an ingot is produced using a thermoelectric material, refined to heat the ingot slowly in a single direction, and slowly cooled to obtain a thermoelectric leg. According to the powder sintering method, an ingot is produced using a thermoelectric material, and then the ingot is pulverized and sieved to obtain a thermoelectric material powder, and the thermoelectric material is obtained by sintering the thermoelectric material.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.8 is a flowchart showing a method of manufacturing a sintered body for a thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 열전 소재를 열처리하여, 잉곳(ingot)을 제조한다(S100). 열전 소재는 Bi, Te 및 Se를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함할 수 있다. 한편, Bi의 증기 압력은 768℃에서 10Pa이고, Te의 증기 압력은 769℃에서 104Pa이고, Se의 증기 압력은 685℃에서 105Pa이다. 따라서, 일반적인 용융 온도(600~800℃)에서 Te와 Se의 증기 압력이 높아, 휘발성이 크다. 따라서, 열전 레그 제작 시, Te 및 Se 중 적어도 하나의 휘발을 고려하여 칭량할 수 있다. 즉, Te 및 Se 중 적어도 하나를 1 내지 10 중량부로 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어, N형 레그 제작 시, Bi2Te3 - ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te 및 Se를 더 포함시킬 수도 있다. Referring to FIG. 8, the thermoelectric material is heat-treated to produce an ingot (S100). The thermoelectric material may include Bi, Te and Se. For example, the thermoelectric material may comprise a Bi2Te 3 -y Se y (0.1 < y <0.4). On the other hand, the steam pressure of Bi is 10 Pa at 768 캜, the steam pressure of Te is 10 4 Pa at 769 캜, and the steam pressure of Se is 10 5 Pa at 685 캜. Therefore, the vapor pressure of Te and Se is high at a general melting temperature (600 to 800 ° C), and the volatility is high. Therefore, at the time of manufacturing the thermoelectric leg, weighing can be performed taking into account at least one of volatilization of Te and Se. That is, at least one of Te and Se may be added in an amount of 1 to 10 parts by weight. For example, 1 to 10 parts by weight of Te and Se may be further added to 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 - y Se y (0.1 <y <0.4).

다음으로, 잉곳을 분쇄한다(S110). 이때, 잉곳은 멜트 스피닝(melt spinning) 기법에 따라 분쇄될 수 있다. 이에 따라, 판상 플레이크의 열전 소재가 얻어질 수 있다. Next, the ingot is pulverized (S110). At this time, the ingot may be pulverized according to a melt spinning technique. Thus, a thermoelectric material of the flaky flakes can be obtained.

다음으로, 판상 플레이크의 열전 소재를 도핑용 첨가제와 함께 밀링(milling)한다(S120). 이를 위하여, 예를 들면 슈퍼 믹서(Super Mixer), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등이 이용될 수 있다. 여기서, 도핑용 첨가제는, 예를 들어 Cu 및 Bi2O3를 포함할 수 있다. 이때, Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.4 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.1wt%, 그리고 Bi2O3는0.01 내지 0.5wt%의 조성 비, 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.48 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.07wt%, 그리고 Bi2O3는 0.01 내지 0.45wt%의 조성비, 더욱 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.67 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.03wt%, 그리고 Bi2O3는 0.01 내지 0.30wt%의 조성비로 첨가된 후 밀링될 수 있다. Next, the thermoelectric material of the flaky flakes is milled together with an additive for doping (S120). For this purpose, for example, a super mixer, a ball mill, an attrition mill, a 3 roll mill, or the like can be used. Here, the additive for doping may include, for example, Cu and Bi 2 O 3 . At this time, the composition ratio of 99.4 to 99.98 wt% of thermoelectric material containing Bi, Te and Se, 0.01 to 0.1 wt% of Cu, and 0.01 to 0.5 wt% of Bi 2 O 3 , preferably Bi, Te and Se , A thermoelectric material containing 99.48 to 99.98 wt% of Cu, 0.01 to 0.07 wt% of Cu, and 0.01 to 0.45 wt% of Bi 2 O 3 , more preferably Bi, Te and Se, is 99.67 To 99.98 wt%, Cu to 0.01 to 0.03 wt%, and Bi 2 O 3 to a composition ratio of 0.01 to 0.30 wt%.

다음으로, 체거름(sieving)을 통하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S130). 다만, 체거름 공정은 필요에 따라 추가되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 필수적인 공정이 아니다. 이때, 열전 레그용 분말은, 예를 들면 마이크로 단위의 입자 크기를 가질 수 있다.Next, sieving is performed to obtain a powder for thermoelectric legs (S130). However, the screening process is added as needed and is not an essential process in the embodiment of the present invention. At this time, the powder for thermoelectric legs may have a particle size of, for example, micrometers.

다음으로, 열전 레그용 분말을 소결한다(S140). 소결 과정을 얻어진 소결체를 커팅하여 열전 레그를 제작할 수 있다. 소결은, 예를 들면 스파크 플라즈마 소결(SPS, Spark Plasma Sintering) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 35 내지 60MPa 조건에서 1 내지 30분간 진행되거나, 핫 프레스(Hot-press) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 180 내지 250MPa 조건에서 1 내지 60분간 진행될 수 있다. Next, the thermoelectric leg powder is sintered (S140). The thermosetting leg can be manufactured by cutting the sintered body obtained by the sintering process. The sintering may be carried out at 400 to 550 ° C under a condition of 35 to 60 MPa for 1 to 30 minutes using, for example, SPS (Spark Plasma Sintering) equipment, or by using a hot- 550 &lt; 0 &gt; C and 180 to 250 MPa for 1 to 60 minutes.

이때, 열전 레그용 분말은 비정질 리본과 함께 소결될 수 있다. 열전 레그용 분말이 비정질 리본과 함께 소결되면 전기 전도도가 높아지므로, 높은 열전 성능을 얻을 수 있다. 이때, 비정질 리본은 Fe 계 비정질 리본일 수 있다. At this time, the powder for the thermoelectric leg can be sintered together with the amorphous ribbon. When the thermosetting powder is sintered together with the amorphous ribbon, the electrical conductivity is increased, so that a high thermoelectric performance can be obtained. At this time, the amorphous ribbon may be an Fe amorphous ribbon.

한 예로, 비정질 리본은 열전 레그가 상부 전극과 접합하기 위한 면 및 하부 전극과 접합하기 위한 면에 배치된 후 소결될 수 있다. 이에 따라, 상부 전극 또는 하부 전극 방향으로 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 하부 비정질 리본, 열전 레그용 분말 및 상부 비정질 리본이 몰드 내에 순차적으로 배치된 후 소결될 수 있다. 이때, 하부 비정질 리본 및 상부 비정질 리본 상에는 각각 표면 처리층이 형성될 수도 있다. 표면 처리층은 도금법, 스퍼터링법, 증착법 등에 의하여 형성되는 박막으로, 반도체 재료인 열전 레그용 분말과 반응하더라도 성능 변화가 거의 없는 니켈 등이 사용될 수 있다. As an example, the amorphous ribbon may be disposed on the surface for bonding the thermoelectric leg to the upper electrode and the lower electrode and then sintered. Accordingly, the electric conductivity can be increased in the direction of the upper electrode or the lower electrode. For this purpose, the lower amorphous ribbon, the thermoelectrically reactive powder and the upper amorphous ribbon may be sequentially placed in the mold and then sintered. At this time, the surface treatment layer may be formed on the lower amorphous ribbon and the upper amorphous ribbon, respectively. The surface treatment layer is a thin film formed by a plating method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. Nickel or the like which hardly changes in performance even when it reacts with a thermoelectric material powder as a semiconductor material can be used.

다른 예로, 비정질 리본은 열전 레그의 측면에 배치된 후 소결될 수도 있다. 이에 따라, 열전 레그의 측면을 따라 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 비정질 리본이 몰드의 벽면을 둘러싸도록 배치된 후, 열전 레그용 분말을 채우고, 소결할 수 있다. As another example, the amorphous ribbon may be disposed on the side of the thermoelectric leg and then sintered. Accordingly, the electric conductivity can be increased along the side surface of the thermoelectric leg. For this purpose, after the amorphous ribbon is arranged so as to surround the wall surface of the mold, the powder for the thermoelectric leg can be filled and sintered.

도9 내지 도11은 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.9 to 11 are views for explaining a manufacturing process of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도9 내지 도11을 참고하면, 먼저, 기판(10) 상부에 희생층(20)을 적층시키고, 희생층(20)의 상부에 P형 열전 레그(51), N형 열전 레그(52), 제1전극(30) 및 제2전극(40)을 마련한다.9 to 11, a sacrificial layer 20 is stacked on the substrate 10 and a P-type thermoelectric leg 51, an N-type thermoelectric leg 52, The first electrode 30 and the second electrode 40 are provided.

다음으로, 마련된 재료를 폴리머에 넣고 경화시킴으로써 몰드층(60)을 마련한다. 몰드층(60)은 P형 열전 레그(51), N형 열전 레그(52), 제1전극(30) 및 제2전극(40) 사이를 채운 후 경화된다.Next, the mold layer 60 is prepared by putting the prepared material into a polymer and curing it. The mold layer 60 is filled between the P-type thermoelectric leg 51, the N-type thermoelectric leg 52, the first electrode 30 and the second electrode 40, and then cured.

다음으로 희생층(20)을 제거함으로써 기판(10)을 분리한다.Next, the sacrificial layer 20 is removed to separate the substrate 10.

다음으로, 제1전극(30)과 제2전극(40)의 표면에 전극과 동일한 금속재료를 증착시킨 후 포토레지스트리 방식의 식각 공정을 거쳐 방열패턴(70)을 형성한다, 이 때, 방열패턴의 형상, 높이, 피치 간격은 방열효율에 따라 결정될 수 있으며, 상부의 방열패턴과 하부의 방열패턴의 형상, 높이, 피치 간격이 상이하게 마련될 수 있다.Next, the same metal material as the electrode is deposited on the surfaces of the first electrode 30 and the second electrode 40, and then the heat radiation pattern 70 is formed through a photolithographic etching process. At this time, The height, and the pitch interval of the heat radiation pattern may be determined according to the heat radiation efficiency, and the shape, height, and pitch interval of the upper heat radiation pattern and the lower heat radiation pattern may be different from each other.

방열패턴(70)의 표면적을 따라서는 절연층(80)이 증착되어 외부로의 통전을 방지한다.The insulating layer 80 is deposited along the surface area of the heat dissipation pattern 70 to prevent the external power supply.

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

30: 제1전극
40: 제2전극
51: P형 열전 레그
52: N형 열전 레그
60: 몰드층
70: 방열패턴
80: 절연층30: first electrode
40: second electrode
51: P-type thermoelectric leg
52: N-type thermoregulation leg
60: mold layer
70: heat radiation pattern
80: insulating layer

Claims (6)

소정 간격 이격하여 교번 마련되는 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그;
상기 P형 열전 레그와 N형 열전 레그가 전기적으로 직렬 연결되도록 마련되는 제1전극과 제2전극; 및
상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 마련되는 몰드층; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 하나의 표면에 마련되는 방열패턴을 포함하는 열전모듈.A P-type thermoelectric leg and an N-type thermoelectric leg alternately arranged at predetermined intervals;
A first electrode and a second electrode arranged such that the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are electrically connected in series; And
A mold layer provided between the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg, the first electrode, and the second electrode; And
And a heat radiation pattern provided on a surface of at least one of the first electrode and the second electrode. 제1항에 있어서,
상기 방열패턴은 상기 몰드층 외부로 돌출되도록 마련되는 열전모듈.The method according to claim 1,
Wherein the heat dissipation pattern is protruded outside the mold layer. 제1항에 있어서,
상기 방열패턴은 요철 형상, 피라미드 형상 및 반구 형상 중 적어도 하나로 마련되는 열전모듈.The method according to claim 1,
Wherein the heat radiation pattern is provided in at least one of a concavo-convex shape, a pyramid shape, and a hemispherical shape. 제1항에 있어서,
상기 방열패턴의 표면을 따라 마련되는 절연층을 더 포함하는 열전모듈.The method according to claim 1,
And an insulating layer provided along a surface of the heat radiation pattern. 제1항에 있어서,
상기 방열패턴은 포토 레지스트리 공정에 의하여 마련되는 열전모듈.The method according to claim 1,
Wherein the heat radiation pattern is provided by a photolithography process. 제3항에 있어서,
상기 방열패턴의 높이, 형상, 피치 간격은 열전 모듈 상부와 하부의 임계 온도차에 따라 결정되는 열전모듈.The method of claim 3,
Wherein a height, a shape, and a pitch interval of the heat radiation pattern are determined according to a critical temperature difference between an upper portion and a lower portion of the thermoelectric module.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210028494A (en) * 2019-09-04 2021-03-12 엘지이노텍 주식회사 Thermo electric module
WO2021194111A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-30 엘지이노텍 주식회사 Thermoelectric device
WO2022067323A1 (en) * 2020-09-23 2022-03-31 Micropower Global Limited Thermoelectric device
US11974503B2 (en) 2019-09-04 2024-04-30 Lg Innotek Co., Ltd. Thermoelectric module

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210028494A (en) * 2019-09-04 2021-03-12 엘지이노텍 주식회사 Thermo electric module
US11974503B2 (en) 2019-09-04 2024-04-30 Lg Innotek Co., Ltd. Thermoelectric module
WO2021194111A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-30 엘지이노텍 주식회사 Thermoelectric device
US12058935B2 (en) 2020-03-23 2024-08-06 Lg Innotek Co., Ltd. Thermoelectric device
WO2022067323A1 (en) * 2020-09-23 2022-03-31 Micropower Global Limited Thermoelectric device
US11825746B2 (en) 2020-09-23 2023-11-21 Micropower Global Limited Thermoelectric device

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