KR20180060217A - Flexible Thermoelectric Devices and Manufacturing Method of the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a thermoelectric device generating electromotive force by a temperature difference between one side and the other side thereof and, more specifically, to a method for manufacturing a flexible thermoelectric device of a flexible material to be attachable and detachable even to a curved surface. The manufacturing method comprises a thermoleg preparation step, a buffer unit forming step, and an electrode forming step.

Description

유연 열전소자의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 유연 열전소자{Flexible Thermoelectric Devices and Manufacturing Method of the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to a flexible thermoelectric device and a flexible thermoelectric device,

본 발명은 일측과 타측의 온도차에 의해 기전력을 발생시키는 열전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡진 면에도 결합 및 부착이 가능하도록 유연한 소재로 이루어진 유연 열전소자의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 유연 열전소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element generating an electromotive force by a temperature difference between one side and another side, and more particularly, to a method of manufacturing a flexible thermoelectric element made of a flexible material, To a thermoelectric element.

열전재료는 지벡 효과와 펠티에 효과에 의해 열 에너지와 전기 에너지간의 직접변환이 가능한 재료로서 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 열전재료를 이용한 전자냉각 모듈과 열전발전 모듈은 n형 열전 레그(leg)들과 p형 열전 레그들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 n형과 p형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 냉각기판에서 가열기판으로 펌핑되어 냉각기판 부위가 냉각된다. 이에 반해 열전발전의 경우에는 모듈의 고온단과 저온단 사이의 온도차에 의해 고온단에서 저온단 부위로 열이 이동 시 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함으로써 지벡 효과에 의해 기전력이 발생하게 된다.Thermoelectric materials can be directly converted between thermal energy and electric energy by the Seebeck effect and Peltier effect, and they are widely applied to electronic cooling and thermoelectric power generation. In the electronic cooling module and the thermoelectric module using the thermoelectric material, the n-type thermoelectric legs and the p-type thermoelectric legs are electrically connected in series and thermally connected in parallel. When the thermoelectric module is used for electronic cooling, a DC current is applied to the module, and heat is pumped from the cooling substrate to the heating substrate by the movement of holes and electrons in the n-type and p-type thermoelectric elements, . On the other hand, in the case of thermoelectric power generation, due to the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end of the module, when heat moves from the high temperature end to the low temperature end, the holes and electrons move from the high temperature end to the low temperature end in the p- The electromotive force is generated by the Seebeck effect.

전자냉각모듈은 열응답 감도가 높고 국부적으로 선택적 냉각이 가능하며 작동부분이 없어 구조가 간단한 장점이 있어, 광통신용 LD 모듈, 고출력 파워 트랜지스터, 적외선 감지소자 및 CCD 등 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며, 공업용, 민생용 항온조나 과학용, 의료용 항온유지 장치에 응용되고 있다. 열전발전은 온도차만 부여하면 발전이 가능하여 이용 열원의 선택범위가 넓으며 구조가 간단하고 소음이 없어, 군사용 전원장치를 비롯한 특수소형 전원장치에 국한되었던 용도가 최근에는 산업폐열 등을 이용한 열전발전기, 대체독립전원 등의 분야로 경제적 용도가 증대하고 있다.The electronic cooling module has a high thermal response sensitivity, can be locally selectively cooled, and has a simple structure because it has no operating part. It is practical for local cooling of electronic components such as optical communication LD module, high power transistor, infrared sensor and CCD And is applied to industrial and civil service thermostats, scientific and medical thermostats. Thermoelectric power generation is possible only when the temperature difference is given, so that the range of choice of the heat source to be used is wide, the structure is simple and there is no noise, and the application which was limited to the special small power source device including the military power source device, , And alternative power sources.

도 1에는 통상의 수직형 열전소자(10)의 개략단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 열전소자(10)는 제1 기판(1), 제2 기판(2), P 타입 제1 열전레그(3), N 타입 제2 열전레그(4) 및 전극(5)을 포함하여 이루어진다. 제1 기판(1)은 판상으로 열원(미도시)에 부착되며, 제2 기판(2)은 판상으로 제1 기판(1)의 상측에 일정거리 이격 배치된다. 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 사이에는, 제1 열전 레그(3)와 제2 열전 레그(4)가 상하 길이방향을 따라 형성되고, 복수 개가 이격 배치된다. 제1 및 제2 열전 레그(3, 4)는 제1 기판(1)과 제2 기판(2)의 온도 차에 따라 전기를 발생하거나, 전류를 통해 제1 기판(1) 또는 제2 기판(2)을 발열시키기 위한 P형 반도체와 N형 반도체가 교번 배치된다. 전극(5)은 제1 및 제2 열전레그(3, 4)가 서로 교번되어 직렬로 연결되도록 제1 및 제2 열전레그(3, 4)의 하측을 전기적으로 연결하는 하부 전극(5a)과, 제1 및 제2 열전레그(3, 4)의 상측을 전기적으로 연결하는 상부 전극(5b)으로 구성된다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional vertical thermoelectric transducer 10. As shown, the thermoelectric element 10 includes a first substrate 1, a second substrate 2, a P-type first thermoelectric leg 3, an N-type second thermoelectric leg 4 and an electrode 5 . The first substrate 1 is attached to a heat source (not shown) in a plate shape, and the second substrate 2 is disposed in a plate shape at a predetermined distance above the first substrate 1. Between the first substrate 1 and the second substrate 2, a first thermoelectric leg 3 and a second thermoelectric leg 4 are formed along the longitudinal direction, and a plurality of the thermoelectric legs 3 are spaced apart from each other. The first and second thermoelectric legs 3 and 4 generate electricity according to the difference in temperature between the first substrate 1 and the second substrate 2 or generate electricity according to the temperature difference between the first substrate 1 and the second substrate 2 2 and the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are alternately arranged. The electrode 5 includes a lower electrode 5a for electrically connecting the lower sides of the first and second thermoelectric legs 3 and 4 so that the first and second thermoelectric legs 3 and 4 are alternately connected in series, And an upper electrode 5b for electrically connecting the upper sides of the first and second thermoelectric legs 3 and 4 to each other.

상기와 같은 구성에 의해 대기보다 높은 온도를 갖는 열원에 열전소자(10)를 부착하면, 열원에 맞닿는 제1 기판(1)과, 대기에 노출된 제2 기판(2)의 온도차에 의해 P형 및 N형 열전레그(3, 4)가 발전하며, 전극(5)을 통해 발전된 전기를 전달하게 된다.When the thermoelectric element 10 is attached to a heat source having a temperature higher than that of the atmosphere according to the above-described configuration, the temperature of the first substrate 1 contacting the heat source and the temperature of the second substrate 2 exposed to the atmosphere, And the N-type thermoelectric legs 3 and 4 generate electric power and transmit the generated electricity through the electrodes 5. [

일반적인 열전소자는 열전 레그(3, 4)와 전극(5)의 접합을 위해 접합물질(6)을 이용하게 되는데, 접합물질(6)과 열전 레그(3, 4) 사이에 디퓨전이 발생됨에 따라 열전 레그(3, 4)와 전극(5) 사이에 저항이 증가하여 열전소자의 성능이 저하되는 문제가 발생된다. A common thermoelectric element uses a bonding material 6 for bonding the thermoelectric legs 3 and 4 to the electrode 5 as the diffusion material between the bonding material 6 and the thermoelectric legs 3 and 4 There arises a problem that the resistance between the thermoelectric legs 3 and 4 and the electrode 5 is increased to deteriorate the performance of the thermoelectric element.

따라서 열전레그와 전극을 접합물질 없이 결합시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. Therefore, it is required to develop a technique capable of bonding thermoelectric legs and electrodes without a bonding material.

한국공개특허공보 제10-2016-0127403호(2016.11.04.공개)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0127403 (published on April 11, 2014)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 열전소자 사이에 PDMS 충전 시 몰드를 이용하여 충전 후 열전소자의 높이에 대응되도록 에칭하여 전극의 증착을 통해 열전소자와 전극의 결합이 가능하도록 한 유연 열전소자의 제조 방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a thermoelectric module, a method of manufacturing the same, And a method of manufacturing a flexible thermoelectric device in which electrodes can be bonded.

또한, 높이 차이에 따른 열전소자와 열전소자 사이에 단차가 발생되지 않도록 PDMS의 높이도 연속적으로 가변되도록 에칭하게 되는 유연 열전소자의 제조 방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a flexible thermoelectric transducer in which the height of the PDMS is continuously varied so that no step is generated between the thermoelectric transducer and the thermoelectric transducer.

본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 제조 방법은, 하부기판 상측에 P형의 제1 열전레그와 N형의 제2 열전레그를 복수 개 교번하여 이격 배치하는, 열전레그 준비 단계; 상기 제1 열전레그와 상기 제2 열전레그 사이 공간에 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이 만큼 완충부를 충전하는 완충부 형성 단계; 및 상기 제1 및 제2 열전레그의 상측에 전극을 형성하는 전극 형성 단계; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flexible thermoelectric transducer, the method comprising: preparing a thermoelectrically-disposed leg, wherein a plurality of P-type first thermoelectric legs and N-type second thermoelectric legs are alternately arranged on a lower substrate; Filling a space between the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg by a height of the first and second thermoelectric legs; And forming an electrode on the first and second thermoelectric legs; .

이때, 상기 완충부 형성 단계는, 상기 하부기판 상측 둘레를 따라 제1 및 제2 열전레그의 높이만큼 몰드를 형성하는 몰드 형성 단계; 및 상기 완충부를 상기 몰드에 충전하는 완충부 충전 단계; 를 포함한다.At this time, the buffer forming step may include: a mold forming step of forming a mold by a height of the first and second thermoelectric legs along the upper side of the lower substrate; And a buffer filling step of filling the buffer into the mold; .

또한, 상기 완충부 형성 단계는, 상기 완충부 충전 시 완충부를 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이보다 높게 충전한 후 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이에 대응되도록 완충부의 상측을 커팅한다.In addition, in the buffer forming step, the buffer is filled at a height higher than the height of the first and second thermoelectric legs when the buffer is filled, and then the upper side of the buffer is cut so as to correspond to the heights of the first and second thermoelectrons .

또한, 상기 완충부 형성 단계는, 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이가 서로 상이할 경우 단차가 발생되지 않도록 상기 완충부의 상면이 상기 제1 열전레그의 에지와 상기 제2 열전레그의 에지를 연결한다.In addition, the buffering step may include forming an edge of the first thermo-leg and an edge of the second thermo-leg so that the height of the first thermo-leg is different from that of the second thermo-leg, Connect.

또한, 상기 완충부 형성 단계는, 상기 완충부의 커팅 후 상기 제1 및 제2 열전레그의 상측에 남아있는 여분의 완충부를 제거하도록 제1 및 제2 열전레그의 상측을 식각하는 완충부 식각 단계; 를 더 포함한다.The cushioning step may include etching the upper side of the first and second thermoelectric legs to remove excess cushion remaining on the upper side of the first and second thermoelectric legs after cutting the cushioning part; .

또한, 상기 전극 형성 단계는, 상기 제1 및 제2 열전레그의 전극 형성 부위를 제외한 나머지 부위를 마스킹하는 마스크 부착 단계; 및 상기 제1 및 제2 열전레그의 전극 형성 부위에 증착을 통해 전극을 형성하는 전극 증착 단계; 를 포함한다.In addition, the electrode forming step may include a mask attaching step of masking remaining portions of the first and second thermoelectric legs except the electrode forming portion; And an electrode deposition step of forming an electrode through deposition on the electrode formation sites of the first and second thermoelectric legs; .

본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 제조 방법에 의해 제조된 유연 열전소자는, 한 쌍이 이격 배치되는 유연한 재질의 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 복수 개가 교번되어 이격 배치되는 제1 열전레그 및 제2 열전레그; 상기 제1 열전레그와 제2 열전레그를 교번하여 전기적으로 직렬 연결하는 전극; 및 상기 제1 열전레그와 제2 열전레그 사이에 충전되는 유연 재질의 완충부; 를 포함하며, 상기 제1 열전레그 및 제2 열전레그는 높이가 서로 상이하며, 상기 완충부의 표면이 상기 제1 열전레그 및 제2 열전레그의 에지를 연결하도록 상기 완충부의 높이가 연속적으로 가변된다.A flexible thermoelectric device manufactured by the method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a first substrate and a second substrate of flexible material spaced apart from each other; A plurality of first thermoelectric legs and a second thermoelectric leg alternately arranged between the first substrate and the second substrate; An electrode electrically connecting the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg alternately; And a cushioning portion of a flexible material filled between the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg; Wherein the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg are different in height from each other and the height of the cushion portion is continuously varied so that the surface of the cushion portion connects the edges of the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg .

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 유연 열전소자의 제조 방법은 열전소자와 전극 결합 시 접합물을 사용하지 않기 때문에 열전소자와 전극 사이의 저항을 감소시켜 열전소자의 성능이 저하되는 것을 방지한 효과가 있다. In the method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to the present invention, since the thermoelectric device and the electrode are not bonded when the electrode is bonded, the resistance between the thermoelectric device and the electrode is reduced to prevent the performance of the thermoelectric device from being deteriorated .

또한 기판, 전극 및 열전소자 각각의 열팽창 계수가 달라 열응력이 발생하게 되는데, 열응력에 취약한 접합부를 삭제하게 되어 열전소자의 신뢰성이 향상된 효과가 있다. In addition, the thermal expansion coefficient of each of the substrate, the electrode, and the thermoelectric element is different from that of the thermoelectric element, so that the thermal stress is generated.

접합물질을 사용하지 않을 경우 열전소자의 높이차에 따라 전극 증착 시 단선이 발생될 가능성이 있으나, 본원은 열전소자 사이에 채워지는 PDMS 의 높이를 적절하게 에칭하여 전극 증착 시 단선을 예방한 효과가 있다. When the bonding material is not used, there is a possibility of disconnection during the deposition of the electrode depending on the height difference of the thermoelectric elements. However, in the present invention, the height of the PDMS filled between the thermoelectric elements is appropriately etched, have.

도 1은 일반적인 열전소자 개략단면도
도 2는 본 발명의 유연 열전소자 개략단면도
도 3은 본 발명의 열전 레그와 전극 접합부 확대 단면도
도 4 내지 도 9는 본 발명의 유연 열전소자 제조 공정 개략단면도
도 10은 본 발명의 유연 열전소자 제조 공정 순서도1 is a schematic cross section of a general thermoelectric element
2 is a schematic cross-sectional view of the flexible thermoelectric device of the present invention
3 is an enlarged cross-sectional view of the thermoelectric leg and the electrode joint portion of the present invention
4 to 9 are schematic cross-sectional views of the manufacturing process of the flexible thermoelectric device of the present invention
10 is a flowchart of a manufacturing process of a flexible thermoelectric device according to the present invention

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 제조 방법을 통해 제조할 수 있는 유연 열전소자(100, 이하 "열전소자")의 개략단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 유연 열전소자의 제조 방법을 통해 제조할 수 있는 열전레그(130, 140)와 전극(152)의 접합부 확대 단면도가 도시되어 있다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a flexible thermoelectric element 100 (hereinafter, referred to as a "thermoelectric element") which can be manufactured through a method of manufacturing a flexible thermoelectric element according to an embodiment of the present invention. There is shown an enlarged cross-sectional view of the junction of the thermoelectric legs 130 and 140 and the electrode 152 that can be manufactured through a method of manufacturing a thermoelectric element.

도시된 바와 같이 열전소자(100)는 제1 기판(110), 제2 기판(120), 제1 열전레그(130), 제2 열전레그(140) 및 전극(151, 152)을 포함하여 이루어진다. 제1 및 제2 기판(110, 120)은 유연한 재질의 기판으로 절연 재질이 적용될 수 있다. 일 예로 구리 포일에 세라믹 필름을 코팅한 형태로 이루어질 수 있다The thermoelectric element 100 includes a first substrate 110, a second substrate 120, a first thermoelectric leg 130, a second thermoelectric leg 140, and electrodes 151 and 152 . The first and second substrates 110 and 120 may be made of a flexible material and an insulating material may be used. For example, the copper foil may be coated with a ceramic film

제1 기판(110)은 판상으로 이루어지며, 제2 기판(120)은 판상으로 제1 기판(110)의 상측에 일정거리 이격 배치된다. 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에는, 제1 및 제2 열전레그(130, 140)가 상하 길이방향을 따라 형성되고, 복수 개가 이격 배치된다. 제1 및 제2 열전레그(130, 140)는 제1 기판(110)과 제2 기판(120)의 온도 차에 따라 전기를 발생하기 위한 P형 반도체와 N형 반도체가 교번 배치된다. 전극(151, 152)은 제1 및 제2 열전레그(130, 140)가 서로 교번되어 직렬로 연결되도록 제1 및 제2 열전레그(130, 140)를 전기적으로 연결한다. 도면상의 제1 및 제2 열전레그(130, 140)의 하측을 전기적으로 연결한 것이 하부 전극(151)이고, 상측을 전기적으로 연결한 것이 상부 전극(152)이다. The first substrate 110 is formed in a plate shape and the second substrate 120 is disposed in a plate shape at a predetermined distance above the first substrate 110. Between the first substrate 110 and the second substrate 120, first and second thermoelectric legs 130 and 140 are formed along the longitudinal direction, and a plurality of the first and second thermoelectric legs 130 and 140 are spaced apart from each other. The first and second thermoelectric legs 130 and 140 are arranged such that a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are alternately arranged to generate electricity according to a temperature difference between the first substrate 110 and the second substrate 120. The electrodes 151 and 152 electrically connect the first and second thermoelectric legs 130 and 140 so that the first and second thermoelectric legs 130 and 140 are alternately connected in series. The lower electrode 151 is electrically connected to the lower side of the first and second thermoelectric legs 130 and 140 and the upper electrode 152 is electrically connected to the upper side.

이때 본 발명의 일실시 예에 따른 열전소자(100)는 유연한 기판 재질의 특성 상 열전소자(100)의 굽힘이나 휨 발생 시 상대적으로 견고한 재질의 제1 및 제2 열전레그(130, 140)에 크랙이나 파손이 발생되지 않도록 다음과 같은 구성을 갖는다.At this time, the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention is formed of a flexible material of the first and second thermoelectric elements 130 and 140 which are relatively rigid when the thermoelectric element 100 is bent or bent And has the following structure so as to prevent cracks or breakage.

교번 배치되는 제1 및 제2 열전레그(130, 140) 사이에는 완충부(160)가 충전될 수 있다. 완충부(160)는, 열전소자(100)의 굽힘이나 휨 발생 시 제1 및 제2 열전레그(130, 140)에 크랙이나 파손을 방지하기 위한 구성으로 유연한 수지재로 이루어질 수 있다. 일예로 완충부(160)는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 일실시 예에 완충부(160)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 열전레그(130, 140)의 높이가 상이할 경우 완충부(160)의 높이가 연속적으로 가변되도록 형성된다. 이는 제1 및 제2 열전레그(130, 140)의 높이 차 발생 시 단차를 상쇄하도록 하기 위함이며, 이에 따라 제1 및 제2 열전레그(130, 140)에 전극(150) 증착 시 전극(150)의 단선을 최소화하였다. 이는 후술되는 본 발명의 일실시 예에 따른 열전소자(100)의 제조 방법에서 보다 상세히 설명하기로 한다.The buffer 160 may be filled between the first and second thermoelectric legs 130 and 140 which are alternately arranged. The buffer part 160 may be made of a flexible resin material to prevent cracks or breakage of the first and second thermoelectric legs 130 and 140 when the thermoelectric element 100 is bent or bent. For example, the buffer 160 may be made of PDMS (polydimethylsiloxane). 3, when the heights of the first and second thermoelectric legs 130 and 140 are different from each other, the height of the buffer 160 is continuously variable . This is because the height difference of the first and second thermoelectric legs 130 and 140 is canceled when the electrode 150 is deposited on the first and second thermoelectric legs 130 and 140, ) Was minimized. The method for manufacturing the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 4 내지 도 9에는 본 발명의 일실시 예에 따른 유연열전소자(100, 이하 "열전소자")의 제조 공정의 개략단면도가 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 일실시 예에 따른 유연열전소자(100, 이하 "열전소자")의 제조 공정의 순서도가 도시되어 있고 위 제조 공정은 크게 도 4에 도시된 바와 같이 열전레그 준비 단계(S10), 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 완충부 형성 단계(S20) 및 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 상부 전극 형성 단계(S30)로 구분될 수 있다. 4 to 9 are schematic sectional views of a manufacturing process of a flexible thermoelectric element 100 (hereinafter, referred to as "thermoelectric element") according to an embodiment of the present invention, A flowchart of the manufacturing process of the element 100 (hereinafter, referred to as "thermoelectric element") is shown and the upper manufacturing process is largely divided into a thermoelectric leg preparation step S10 as shown in FIG. 4, A sub-forming step S20 and an upper electrode forming step S30 as shown in Figs. 8 and 9.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 열전레그 준비 단계(S10)는, 기판 준비 단계(S11), 하부 전극 형성 단계(S12) 및 열전레그 형성 단계(S13)를 포함한다. 우선 하부 전극(151)과 열전레그(130, 140)가 결합될 수 있는 하부 기판(110)을 준비하도록 구리 포일에 세라믹이나 PI를 코팅하는 기판 준비 단계(S11)를 수행한다. 다음으로 메탈 마스크를 이용하여 전극용 스퍼터로 하부 기판(110)의 상측에 하부 전극(151)을 증착하는, 하부 전극 형성 단계(S12)를 수행한다. 하부 전극(151)은 티타늄과 구리 합금이 적용될 수 있다. 다음으로, 메탈 마스크를 이용하여 증발기(Co-evaporator)로 제1 열전레그(130)와 제2 열전레그(140)를 교번하여 증착하는 열전레그 형성 단계(S13)를 수행한다. 이때 제1 열전레그(130)와 제2 열전레그(140)가 원하는 높이까지 형성될 수 있도록 증착 과정을 반복 수행할 수 있다. Referring to FIG. 4, the thermoelectric leg preparation step S10 according to an embodiment of the present invention includes a substrate preparation step S11, a lower electrode formation step S12, and a thermoelectric leg formation step S13. First, a substrate preparation step S11 is performed in which ceramic or PI is coated on the copper foil so as to prepare a lower substrate 110 to which the lower electrode 151 and the thermoelectric legs 130 and 140 can be coupled. Next, a lower electrode forming step S12 for depositing a lower electrode 151 on the upper substrate 110 with a sputtering electrode using a metal mask is performed. The lower electrode 151 may be made of titanium and a copper alloy. Next, a thermoelectric leg forming step S13 for alternately depositing the first thermoelectric leg 130 and the second thermoelectric leg 140 with a co-evaporator using a metal mask is performed. At this time, the deposition process can be repeated so that the first thermoelectric leg 130 and the second thermoelectric leg 140 can be formed to a desired height.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 완충부 형성 단계(S20)는, 몰드 형성 단계(S21), 완충부 충전 단계(S22) 및 완충부 식각 단계(S23)를 포함하여 이루어진다. 위 제1 및 제2 열전레그(130, 140)가 교번 성형된 상태에서 하부 기판(110)의 외측 둘레를 따라 열전레그와 대응되는 높이 혹은 열전레그 보다 높게 몰드(Mold)를 형성하는, 몰드 형성 단계(S21)를 수행 한다. 몰드(M)는 완충부(160)의 충전을 위한 것으로 포토레지스트(su-8, 10)와 같은 PMMA(methyl methacrylate) 재질을 스핀 코팅하여 형성할 수 있다. 5 to 7, the buffer forming step S20 according to an embodiment of the present invention includes a mold forming step S21, a buffer filling step S22, and a buffer etching step S23 . The first and second thermoelectric legs 130 and 140 are formed in an alternating fashion and have a height corresponding to the thermoelectric legs along the outer circumference of the lower substrate 110, Step S21 is performed. The mold M may be formed by spin-coating a PMMA (methyl methacrylate) material such as photoresist (su-8, 10) for filling the buffer part 160.

다음으로 위 몰드(M)에 완충부(160)를 충전하는 완충부 충전 단계(S22)를 수행한다. 완충부는 PDMS 재질을 스핀 코팅하여 채운다. 이때 완충부(160)는 열전레그 보다 높게 충전하는 것이 바람직하며, 슬라이드 글라스와 같은 커팅 수단(Cutter)을 통해 열전레그의 높이 만큼 완충부(160)를 커팅하여 열전레그 사이 공간을 충전함과 동시에 높이가 다른 열전레그와 열전레그 사이의 단차를 최소화시킨다. 즉 제1 열전레그와 제2 열전레그의 높이가 상이할 경우 완충부(160)의 높이는 위 제1 열전레그와 제2 열전레그의 높이 차를 상쇄할 수 있도록 연속적으로 가변되게 커팅하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 완충부(160)의 상면(표면)이 제1 열전레그의 에지와 이웃하는 제2 열전레그의 에지를 매끄럽게 연결하도록 완충부(160)의 높이가 연속적으로 가변될 수 있다. Next, the buffer filling step S22 for filling the buffer part 160 in the upper mold M is performed. The buffer is filled by spin coating the PDMS material. At this time, it is preferable to fill the buffer part 160 higher than the thermoelectric leg, and the buffer part 160 is cut by the height of the thermoelectric leg through a cutter such as a slide glass to fill the space between the thermoelectric legs Thereby minimizing the level difference between the thermoelectric legs and the thermoelectric legs having different heights. In other words, when the heights of the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg are different, the height of the cushion unit 160 is preferably continuously variable so as to offset the height difference between the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg . More specifically, the height of the buffer 160 can be continuously varied so that the upper surface (surface) of the buffer 160 smoothly connects the edges of the first thermoelect leg and the neighboring second thermo leg.

다음으로 열전레그 상단에 잔존해있는 PDMS를 제거하는 완충부 식각 단계(S23)를 수행하게 된다. 위 단계 수행을 위해 약품식각과 플라즈마를 이용한 건조 식각을 각각 수행할 수 있다. Next, the cushioning portion etching step S23 for removing the PDMS remaining on the top of the thermoelectric legs is performed. In order to perform the above steps, chemical etching and dry etching using a plasma can be performed, respectively.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 상부 전극 형성 단계(S30)는 마스크 부착 단계(S31) 및 상부 전극 증착 단계(S32)를 포함한다. Referring to FIGS. 8 and 9, an upper electrode forming step S30 according to an embodiment of the present invention includes a mask attaching step S31 and an upper electrode depositing step S32.

위 완충부(160)가 충전 및 식각이 완료된 상태에서 상부 전극(152)이 형성될 자리를 제외한 나머지 부에 메탈 마스크(Mask)를 부착하여 상부 전극 증착을 준비하는 마스크 부착 단계(S31)를 수행한다. 다음으로 전극용 스퍼터를 이용하여 티타늄 구리 합금을 열전레그 상단에 증착하여 상부 전극(152)을 형성하는 상부 전극 증착 단계(S32)를 수행하게 된다. A mask attaching step S31 for attaching a metal mask to the remaining portions except for the upper electrode 152 where the upper buffer electrode 152 is to be formed in the state where the upper buffer electrode 160 is filled and etched, do. Next, an upper electrode deposition step (S32) for forming an upper electrode (152) is performed by depositing a titanium copper alloy on the top of the thermoelectric leg using an electrode sputter.

마지막으로 도 2에 도시된 바와 같이 상부 전극(152)의 상측에 상부 기판을 결합하게 되면 유연 열전 소자(100)의 제조가 완료된다. Finally, as shown in FIG. 2, when the upper substrate is coupled to the upper electrode 152, the fabrication of the flexible thermoelectric device 100 is completed.

위 과정을 통해 본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자(100)는 접합물을 이용하지 않고 열전레그와 상부 전극을 결합하기 때문에 저항을 최소화하여 열전소자의 성능을 향상시키고, 접합물을 이용하지 않기 때문에 발생되는 열전레그와 열전레그 사이의 단차는 완충부를 통해 완화시켜 전극 증착 시 발생될 수 있는 단선을 미연에 방지하게 된다. Through the above process, the flexible thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention combines the thermoelectric leg and the upper electrode without using a bonding material, thereby minimizing the resistance and improving the performance of the thermoelectric device. The step between the thermoelectric leg and the thermoelectrically-generated leg is mitigated through the buffer to prevent disconnection that may occur during the deposition of the electrode.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

100 : 유연 열전소자
110 : 하부 기판
120 : 상부 기판
130 : 제1 열전레그
140 : 제2 열전레그
151 : 하부 전극
152 : 상부 전극
160 : 완충부100: Flexible thermoelectric element
110: Lower substrate
120: upper substrate
130: first thermoelectrode
140: second thermoelectric leg
151: Lower electrode
152: upper electrode
160: buffer

Claims (7)

하부기판 상측에 P형의 제1 열전레그와 N형의 제2 열전레그를 복수 개 교번하여 이격 배치하는, 열전레그 준비 단계;
상기 제1 열전레그와 상기 제2 열전레그 사이 공간에 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이 만큼 완충부를 충전하는 완충부 형성 단계; 및
상기 제1 및 제2 열전레그의 상측에 전극을 형성하는 전극 형성 단계;
를 포함하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
A plurality of P-type first thermoelectric legs and a plurality of N-type second thermoelectric legs are alternately arranged on the upper surface of the lower substrate;
Filling a space between the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg by a height of the first and second thermoelectric legs; And
An electrode forming step of forming electrodes on the first and second thermoelectric legs;
And a second thermoelectric element.
제 1항에 있어서,
상기 완충부 형성 단계는,
상기 하부기판 상측 둘레를 따라 제1 및 제2 열전레그의 높이만큼 몰드를 형성하는 몰드 형성 단계; 및
상기 완충부를 상기 몰드에 충전하는 완충부 충전 단계;
를 포함하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
The method according to claim 1,
In the buffering step,
A mold forming step of forming a mold by a height of the first and second thermoelectric legs along the upper circumference of the lower substrate; And
A buffer filling step of filling the buffer into the mold;
And a second thermoelectric element.
제 2항에 있어서,
상기 완충부 형성 단계는,
상기 완충부 충전 시 완충부를 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이보다 높게 충전한 후 상기 제1 및 제2 열전레그의 높이에 대응되도록 완충부의 상측을 커팅하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
In the buffering step,
Wherein the buffer portion is filled with the buffer portion at a height higher than the height of the first and second thermoelectric legs, and then the upper portion of the buffer portion is cut to correspond to the heights of the first and second thermoelectric legs.
제 3항에 있어서,
상기 완충부 형성 단계는,
상기 제1 및 제2 열전레그의 높이가 서로 상이할 경우 단차가 발생되지 않도록 상기 완충부의 상면이 상기 제1 열전레그의 에지와 상기 제2 열전레그의 에지를 연결하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
The method of claim 3,
In the buffering step,
Wherein an upper surface of the cushioning portion connects an edge of the first thermoelectric leg and an edge of the second thermoelectric leg so that a step is not generated when the heights of the first and second thermoelectric legs are different from each other, .
제 3항에 있어서,
상기 완충부 형성 단계는,
상기 완충부의 커팅 후 상기 제1 및 제2 열전레그의 상측에 남아있는 여분의 완충부를 제거하도록 제1 및 제2 열전레그의 상측을 식각하는 완충부 식각 단계; 를 더 포함하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
The method of claim 3,
In the buffering step,
Etching the upper portions of the first and second thermoelectric legs to remove excess buffer portions remaining above the first and second thermoelectric legs after cutting the buffer portions; Further comprising the steps of:
제 1항에 있어서,
상기 전극 형성 단계는,
상기 제1 및 제2 열전레그의 전극 형성 부위를 제외한 나머지 부위를 마스킹하는 마스크 부착 단계; 및
상기 제1 및 제2 열전레그의 전극 형성 부위에 증착을 통해 전극을 형성하는 전극 증착 단계; 를 포함하는, 유연 열전소자의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The electrode forming step may include:
A mask attaching step of masking remaining portions of the first and second thermoelectric legs except the electrode forming portion; And
An electrode deposition step of forming electrodes on the electrode formation sites of the first and second thermoelectric legs through deposition; And a second thermoelectric element.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 유연 열전소자의 제조 방법에 의해 제조된 유연 열전소자에 있어서,
한 쌍이 이격 배치되는 유연한 재질의 제1 기판 및 제2 기판;
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 복수 개가 교번되어 이격 배치되는 제1 열전레그 및 제2 열전레그;
상기 제1 열전레그와 제2 열전레그를 교번하여 전기적으로 직렬 연결하는 전극; 및
상기 제1 열전레그와 제2 열전레그 사이에 충전되는 유연 재질의 완충부; 를 포함하며,
상기 제1 열전레그 및 제2 열전레그는 높이가 서로 상이하며, 상기 완충부의 표면이 상기 제1 열전레그 및 제2 열전레그의 에지를 연결하도록 상기 완충부의 높이가 연속적으로 가변되는 유연 열전소자.A flexible thermoelectric device manufactured by the method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to any one of claims 1 to 6,
A first substrate and a second substrate of flexible material spaced apart from each other;
A plurality of first thermoelectric legs and a second thermoelectric leg alternately arranged between the first substrate and the second substrate;
An electrode electrically connecting the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg alternately; And
A cushioning portion of a flexible material filled between the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg; / RTI >
Wherein the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg are different in height from each other and the height of the buffer part continuously changes so that the surface of the buffer part connects the edges of the first thermoelectric leg and the second thermoelectric leg.
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