KR20210017784A - 열전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 방열부재, 상기 방열부재와 직접 접촉하는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극, 상기 제2 전극 상에 배치된 제2 절연층, 그리고 상기 제2 절연층 상에 배치된 기판을 포함하고, 상기 방열부재의 한 면에는 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 측벽으로 이루어진 홈이 형성되고, 상기 제1 절연층은 상기 바닥면에 직접 접촉하며, 상기 제1 절연층, 상기 제1 전극, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 제2 전극 및 상기 제2 절연층 중 적어도 일부는 상기 측벽에 의하여 둘러싸이고, 상기 기판은 상기 제2 절연층의 가장자리로부터 상기 측벽까지 연장되도록 형성되며, 상기 기판과 상기 측벽 사이에는 실링부재가 배치된다.
Description
본 발명은 열전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전장치의 구조에 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.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 복수의 열전 레그가 배치되고, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전 레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다.
한편, 열전소자가 냉각용 장치 또는 가열용 장치에 적용되는 경우, 열전소자의 고온부에는 방열부재가 배치될 수 있다. 고온부에 방열부재를 접합하기 위하여, 고온부의 기판과 방열부재 사이에 서멀그리스(thermal grease)를 배치한 후 접합할 수 있으나, 서멀그리스로 인하여 열저항이 높아질 수 있으며, 제작 공정이 복잡한 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열저항이 낮고 제작 공정이 간단한 열전장치의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 방열부재, 상기 방열부재와 직접 접촉하는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극, 상기 제2 전극 상에 배치된 제2 절연층, 그리고 상기 제2 절연층 상에 배치된 기판을 포함하고, 상기 방열부재의 한 면에는 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 측벽으로 이루어진 홈이 형성되고, 상기 제1 절연층은 상기 바닥면에 직접 접촉하며, 상기 제1 절연층, 상기 제1 전극, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 제2 전극 및 상기 제2 절연층 중 적어도 일부는 상기 측벽에 의하여 둘러싸이고, 상기 기판은 상기 제2 절연층의 가장자리로부터 상기 측벽까지 연장되도록 형성되며, 상기 기판과 상기 측벽 사이에는 실링부재가 배치된다.
상기 바닥면을 기준으로 하는 상기 측벽의 높이는 상기 제1 절연층의 두께, 상기 제1 전극의 두께, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그의 두께, 상기 제2 전극의 두께 및 상기 제2 절연층의 두께의 합 이하일 수 있다.
상기 바닥면을 기준으로 하는 상기 측벽의 높이 및 상기 실링부재의 두께의 합은 상기 제1 절연층의 두께의 100배 이하일 수 있다.
상기 방열부재의 한 면과 대향하는 다른 면으로부터 상기 바닥면까지의 거리는 상기 기판의 두께의 3배 내지 20배일 수 있다.
상기 방열부재의 내부에는 냉각수가 흐를 수 있다.
상기 방열부재의 한 면과 대향하는 다른 면에는 복수 개의 방열 핀이 배치될 수 있다.
상기 측벽 중 외벽면에는 복수 개의 방열 핀이 배치될 수 있다.
상기 실링 부재는 상기 측벽의 상면에 배치된 제1 실링 부재, 상기 측벽의 외벽면에 배치된 제2 실링 부재 및 상기 측벽의 내벽면에 배치된 제3 실링 부재를 포함하고, 상기 제1 실링 부재, 상기 제2 실링 부재 및 상기 제3 실링 부재는 일체로 형성될 수 있다.
상기 제2 실링 부재 및 상기 제3 실링 부재의 높이 각각은 상기 바닥면을 기준으로 상기 측벽의 높이의 0.01배 내지 0.2배일 수 있다.
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 상면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 상면과 외벽면 간 경계보다 바깥으로 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 외벽면의 일부를 덮도록 배치될 수 있다.
상기 제1 절연층의 가장자리는 상기 측벽의 내벽면으로부터 이격될 수 있다.
상기 제1 절연층의 가장자리는 상기 측벽의 내벽면에 접촉할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열저항이 낮아 성능이 우수하고, 신뢰성이 높으며, 제작이 용이한 열전장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 방수 및 방진 성능이 우수함과 동시에 열 유동 성능이 개선된 열전장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 소형으로 구현되는 애플리케이션뿐만 아니라 차량, 선박, 제철소, 소각로 등과 같이 대형으로 구현되는 애플리케이션에서도 적용될 수 있다.
도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 5는 도 4의 열전장치의 일부의 상면도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 5는 도 4의 열전장치의 일부의 상면도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 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 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 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, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부전극(120) 및 상부전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 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. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 다결정 열전 레그를 위하여, 열전 레그용 분말을 소결할 때, 100MPa 내지 200MPa로 압축할 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 100 내지 150MPa, 바람직하게는 110 내지 140MPa, 더욱 바람직하게는 120 내지 130MPa로 소결할 수 있다. 그리고, N형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 150 내지 200MPa, 바람직하게는 160 내지 195MPa, 더욱 바람직하게는 170 내지 190MPa로 소결할 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 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.
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 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. 각 구조물은 개구 패턴을 가지는 전도성층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 구조물 간의 접착력을 높이고, 열전도도를 낮추며, 전기전도도를 높일 수 있다.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 하나의 열전 레그 내에서 단면적이 상이하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 열전 레그 내에서 전극을 향하도록 배치되는 양 단부의 단면적이 양 단부 사이의 단면적보다 크게 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 양 단부 간의 온도차를 크게 형성할 수 있으므로, 열전효율이 높아질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
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 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 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 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170, 172)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170, 172)은 5~20W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다.
한편, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 1(a) 또는 도 1(b)에서 도시하는 구조를 가질 수 있다. 도 1(a)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 및 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2)을 포함할 수 있다. 또는, 도 1(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 각각 배치되는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)을 포함할 수 있다. 또는, 열전 레그(130, 140)는 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 각각과 하부 기판(110) 및 상부 기판(160) 각각 사이에 적층되는 금속층을 더 포함할 수도 있다.
여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 전술한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. 열전 소재층(132, 142)이 다결정인 경우, 열전소재층(132, 142), 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제1 도금층(134-1, 144-1)의 접합력 및 열전소재층(132, 142), 제2 버퍼층(136-2, 146-2) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 간의 접합력이 높아질 수 있다. 이에 따라, 진동이 발생하는 애플리케이션, 예를 들어 차량 등에 열전소자(100)가 적용되더라도 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)로부터 이탈되어 탄화되는 문제를 방지할 수 있으며, 열전소자(100)의 내구성 및 신뢰성을 높일 수 있다.
그리고, 금속층은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다.
다음으로, 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 금속층 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속층의 산화를 방지할 수 있다.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼층(136-1, 146)-1 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 Te를 포함하는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)이 배치되면, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역으로 인하여 열전소재층 내 전기 저항이 증가하는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 이해의 용이 및 설명의 편의를 위하여 임의로 상부 및 하부로 지칭한 것일 뿐이며, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 상부에 배치되고, 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이 하부에 배치되도록 위치가 역전될 수도 있다.
본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 열전소자(100)의 고온부이고, 상부 기판(160) 및 상부 전극(150)이 열전소자(100)의 저온부인 것을 예로 들어 설명한다.
열전소자(100)의 고온부, 예를 들어 하부기판(110)에는 방열부재가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 하부기판(110)과 방열부재는 서멀그리스(thermal grease)에 의하여 접합될 수 있다. 다만, 절연층(170)과 하부기판(110) 간 경계면, 하부기판(110)과 서멀그리스 간 경계면 및 서멀그리스와 방열부재 간 경계면으로 인하여 고온부 측 열저항이 커지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 문제를 해결하기 위하여 고온부 측의 기판을 생략하고 절연층과 방열부재를 직접 접합시키고자 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 3을 참조하면,
열전장치는 방열부재(200), 방열부재(200)와 직접 접촉하는 제1 절연층(170), 제1 절연층(170) 상에 배치된 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치된 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 상에 배치된 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치된 제2 절연층(172), 제2 절연층(172) 상에 배치된 기판(160)을 포함한다.
여기서, 제1 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150), 제2 절연층(172) 및 기판(160)에 관한 상세한 설명은 도 1 내지 2의 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150), 절연층(172) 및 상부 기판(160)에 대하여 설명한 내용과 동일하므로, 중복된 내용은 설명을 생략한다.
방열부재(200)는 고온부 측의 열을 방출하는 부재로, 열전도도가 높은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
방열부재(200)와 제1 절연층(170)이 직접 접촉하기 위하여, 제1 절연층(170)은 접착 성능, 열전도 성능 및 절연 성능을 모두 가지는 수지층일 수 있다. 방열부재(200)와 제1 절연층(170)이 직접 접촉하기 위하여, 미경화 또는 반경화 상태의 수지층이 방열부재(200)의 표면에 도포된 후 압착 및 경화될 수 있다.
이때, 제1 절연층(170)은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 실리콘 수지 조성물 중 적어도 하나를 포함하는 수지층으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 절연층(170)은 방열부재(200)와 제1 전극(120) 간의 절연성, 접합력 및 열전도 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 무기충전재는 수지층의 68 내지 88vol%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 68vol%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 88vol%를 초과하여 포함되면 수지층은 쉽게 깨질 수 있다.
그리고, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기충전재는 산화알루미늄 및 질화물을 포함할 수 있으며, 질화물은 무기충전재의 55 내지 95wt%로 포함될 수 있으며, 더 좋게는 60~80wt% 일 수 있다. 질화물이 이러한 수치범위로 포함될 경우, 열전도도 및 접합 강도를 높일 수 있다. 여기서, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 질화붕소 응집체의 입자크기 D50은 250 내지 350㎛이고, 산화알루미늄의 입자크기 D50은 10 내지 30㎛일 수 있다. 질화붕소 응집체의 입자크기 D50과 산화알루미늄의 입자크기 D50이 이러한 수치 범위를 만족할 경우, 질화붕소 응집체와 산화알루미늄이 수지층 내에 고르게 분산될 수 있으며, 이에 따라 수지층 전체적으로 고른 열전도 효과 및 접착 성능을 가질 수 있다.
방열부재(200)는 기판(160)과 동일한 소재 또는 상이한 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 방열부재(200)는 구조적 안정성 및 방열 기능을 모두 가지기 위하여 기판(160)보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 방열부재(200)의 두께는 기판(160)의 두께의 3배 내지 20배일 수 있다. 이에 따르면, 고온부 측의 잦은 열팽창에도 불구하고 방열부재(200)의 두께 방향과 수직하는 면 방향으로 팽창하는 폭이 줄어들게 되므로, 방열부재(200)와 제1 절연층(170)의 경계면이 박리되는 문제를 최소화할 수 있다.
그리고, 기판(160)은 평판 형상일 수 있으나, 방열부재(200)는 열을 방출하기 위하여 소정의 형태로 가공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다. 도 1 내지 3에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 방열부재(200)는 바닥부(210) 및 바닥부(210)에 수직하는 방향으로 배치된 측벽(220)을 포함한다. 즉, 방열부재(200)의 한 면에는 바닥부(210)의 한 면인 바닥면(212) 및 바닥면(212)의 가장자리를 둘러싸는 측벽(220)으로 이루어진 홈(A)이 형성된다. 본 명세서에서, 측벽(220)의 상부를 향하는 면을 측벽(220)의 상면(222)이라하고, 홈(A)의 외부를 향하는 면을 측벽(220)의 외벽면(224)이라 하며, 홈(A)의 내부를 향하는 면을 측벽(220)의 내벽면(226)이라 한다.
한편, 제1 절연층(170)은 방열부재(200)의 바닥면(212)에 직접 접촉하며, 제1 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 절연층(172) 중 적어도 일부는 방열부재(200)의 측벽(220)의 내벽면(226)에 의하여 둘러싸이며, 기판(160)이 방열부재(200)의 측벽(220)과 제1 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 절연층(172)을 덮도록 배치될 수 있다.
이때, 기판(160)의 최대 폭(X4)은 측벽(220)의 내벽면(226) 간 최대 폭(X1)보다 클 수 있다. 이에 따르면, 기판(160)은 방열부재(200)의 측벽(220) 상에 배치될 수 있다. 이때, 기판(160)의 양면 중 측벽(220)의 상면(222)과 접촉하는 면은 평면 형상일 수 있다. 이에 따르면, 기판(160)과 측벽(220) 간의 접합이 용이하다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 측벽(220)의 내벽면(226) 간 최대 폭(X1)은 제1 절연층(170)의 최대 폭(X2) 이상이며, 제1 절연층(170)의 최대 폭(X2)은 제1 전극(120)의 최대 폭(X3)보다 크며, 측벽(220)의 내벽면(226)과 제1 전극(120)은 최소 0.05mm의 거리로 이격될 수 있다. 이에 따르면, 방열부재(200)와 제1 전극(120) 사이를 안전하게 절연할 수 있다.
이와 같이, 방열부재(200)의 측벽(220)이 기판(160)을 지지할 경우, 열전장치의 기계적 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 제1 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 절연층(172)의 적어도 일부가 방열부재(200)의 측벽(220)의 내벽면(226)에 의하여 둘러싸일 경우, 제1 절연층(170), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 절연층(172) 사이를 수지 등으로 채울 필요 없이 빈 공간으로 둘 수 있으므로, 열전장치의 열 유동 성능을 높일 수 있다.
이때, 방열부재(200)의 바닥면(212)을 기준으로 하는 측벽(220)의 높이(z)는 제1 절연층(170)의 두께, 제1 전극(120)의 두께, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 두께, 제2 전극(150)의 두께 및 제2 절연층(172)의 두께의 합 이하일 수 있다. 이에 따라, 기판(160)이 방열부재(200)의 측벽(220)과 안정적으로 접합될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전장치는 기판(160)과 방열부재(200)의 측벽(220) 사이에 배치된 실링부재(300)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 기판(160)과 방열부재(200) 사이에 실링부재(300)를 배치하면, 열전장치의 내부로 수분 등이 침투하는 문제를 방지할 수 있으며, 기판(160)과 방열부재(200) 간의 접촉, 즉 저온부와 고온부의 접촉으로 인하여 저온부 측의 냉열이 고온부를 통하여 손실되는 문제를 방지할 수 있고, 이에 따라 열전소자의 성능 저하를 방지할 수 있다.
이때, 방열부재(200)의 측벽(220)의 상면(222)에 배치된 실링부재(300)의 두께는 0.05mm 이상일 수 있다. 이에 따르면, 방열부재(200)의 측벽(220)과 기판(160) 간 실링이 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 제1 절연층(170)의 두께가 a인 경우, 제1 전극(120)의 두께는 2a 내지 12a이고, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 두께는 20a 내지 40a이며, 제2 전극(150)의 두께는 2a 내지 12a 이고, 제2 절연층(172)의 두께는 0.8a 내지 2a일 수 있다. 이에 따라, 방열부재(200)의 바닥면(212)을 기준으로 하는 측벽(220)의 높이(z) 및 실링부재(300)의 두께(h)의 합(H)은 제1 절연층(170)의 두께의 100배 이하, 바람직하게는 80배 이하, 더욱 바람직하게는 67배 이하일 수 있다. 이에 따르면, 방열부재(200)의 측벽(220)과 기판(160)이 안정적으로 접합할 수 있으므로, 열전장치의 구조적 안정성 및 열전성능을 개선할 수 있다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 방열부재(200)는 쿨러일 수 있다. 즉, 방열부재(200)의 내부에는 냉각수(230)가 흐를 수 있다.
또는, 도 7을 참조하면, 방열부재(200)는 히트싱크일 수도 있다. 즉, 방열부재(200)의 바닥면(212)과 대향하는 다른 면에는 복수 개의 방열 핀(240)이 배치될 수 있다. 또는, 방열부재(200)의 바닥부(210)의 측면 및 측벽(220)의 외벽면(224)에도 복수 개의 방열 핀(240)이 더 배치될 수도 있다.
이에 따르면, 방열부재(200)의 방열 성능을 더욱 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실링부재(300)는 측벽(220)의 상면(222)에 배치된 제1 실링부재(310), 측벽(220)의 외벽면(224)에 배치된 제2 실링부재(320) 및 측벽(220)의 내벽면(226)에 배치된 제3 실링부재(330)를 포함하며, 제1 실링부재(310), 제2 실링부재(320) 및 제3 실링부재(330)는 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이, 실링부재(300)가 제1 실링부재(310)뿐만 아니라 제2 실링부재(320) 및 제3 실링부재(330)를 포함하면, 방열부재(200)의 측벽(220)과 기판(160) 사이를 더욱 기밀하게 실링할 수 있으며, 실링부재의 마모로 인하여 방열부재(200)의 측벽(220)과 기판(160)이 접촉할 가능성을 더욱 낮출 수 있다.
이때, 제2 실링부재(320) 및 제3 실링부재(330)의 높이 각각(h1)은 바닥면(212)을 기준으로 측벽(220)의 높이(z)의 0.01배 내지 0.2배일 수 있다. 이에 따르면, 측벽(220)을 통한 방열 성능을 유지하면서도 기밀한 실링이 가능하다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 기판(160)의 최외측 가장자리는 측벽(220)의 상면(222) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(160)의 최외측 가장자리는 측벽(220)의 상면(222) 상에서 폭(d)의 1/2보다 더 겹쳐지도록 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판(160)의 최외측 가장자리는 측벽(220)의 상면(222)과 외벽면(224) 간 경계보다 바깥으로 연장되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 기판(160)의 최외측 가장자리는 측벽(220)의 상면(222)의 가장자리로부터 거리(d')보다 더 연장되도록 배치될 수도 있다.
도 9 내지 도 10에 따르면, 다양한 면적 또는 형상을 가지는 냉각 대상이 저온부 측 기판(160) 상에 배치될 수 있다.
또는, 도 11을 참조하면, 기판(160)의 최외측 가장자리는 측벽(220)의 외벽면(224)의 일부를 덮도록 배치될 수도 있다. 이에 따르면, 기판(160)과 측벽(220)이 더욱 안정적으로 고정될 수 있으며, 기판(160)이 제1 실링부재(310)뿐만 아니라 제2 실링부재(320) 및 제3 실링부재(330)에도 접촉하므로, 기판(160)과 측벽(220) 사이가 더욱 기밀하게 실링될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전장치의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 제1 절연층(170)의 가장자리는 측벽(220)의 내벽면(226)에 접촉할 수도 있다. 이에 따르면, 방열부재(200)의 바닥부(210)뿐만 아니라, 측벽(220)을 통해서도 고온부 측의 열이 방출될 수 있으므로, 방열성능이 더욱 높아질 수 있다. 이때, 측벽(220)의 내벽면(226)에 접촉하는 제1 절연층(170)의 높이는 측벽(220)의 내벽면(226)으로부터 멀어지는 소정 지점까지 낮아질 수 있다. 이에 따르면, 제1 전극(120)이 금속 소재의 방열부재(200)의 측벽(220)과 접촉할 수 있는 가능성을 더욱 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 열전장치의 열저항을 측정한 결과이다.
비교예 1에서 표 1과 같은 두께 및 열전도도를 가지는 쿨러, 기판, 절연층, 전극 및 열전레그의 열저항을 계산하였고, 실시예 1에서는 표 2와 같이 비교예 1과 동일하되, 기판이 생략된 구조의 열저항을 계산하였다.
비교예 2에서 표 3과 같은 두께 및 열전도도를 가지는 쿨러, 기판, 절연층, 전극 및 열전레그의 열저항을 계산하였고, 실시예 2에서는 표 4와 같이 비교예 2과 동일하되, 기판이 생략된 구조의 열저항을 계산하였다.
| 구조 | 두께(mm) | 열전도도(W/mK) |
| 열전레그 | 25 | 100 |
| 전극 | 0.5 | 400 |
| 절연층 | 0.2 | 0.5 |
| 기판 | 5 | 400 |
| 쿨러 | 30 | 100 |
| 구조 | 두께(mm) | 열전도도(W/mK) |
| 열전레그 | 25 | 100 |
| 전극 | 0.5 | 400 |
| 절연층 | 0.2 | 0.5 |
| 쿨러 | 25 | 100 |
| 구조 | 두께(mm) | 열전도도(W/mK) |
| 열전레그 | 25 | 100 |
| 전극 | 0.5 | 400 |
| 절연층 | 0.2 | 0.5 |
| 기판 | 2 | 17 |
| 쿨러 | 30 | 100 |
| 구조 | 두께(mm) | 열전도도(W/mK) |
| 열전레그 | 25 | 100 |
| 전극 | 0.5 | 400 |
| 절연층 | 0.2 | 0.5 |
| 쿨러 | 30 | 100 |
열저항은 하기 수학식 2와 같이 계산하였다.
여기서, L은 두께이고, k는 열전도도이며, A는 면적이다.
이에 따르면, 실시예 1은 비교예 1에 비해서 열저항이 약 8.5% 개선되었고, 실시예 2는 비교예 2에 비해서 열저항이 약 16.5% 개선되었음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 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 열전소자가 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 열전소자가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 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 열전소자가 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 열전소자가 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 열전소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 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 열전소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 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.
Claims (14)
- 방열부재,
상기 방열부재와 직접 접촉하는 제1 절연층,
상기 제1 절연층 상에 배치된 제1 전극,
상기 제1 전극 상에 배치된 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그,
상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 상에 배치된 제2 전극,
상기 제2 전극 상에 배치된 제2 절연층, 그리고
상기 제2 절연층 상에 배치된 기판을 포함하고,
상기 방열부재의 한 면에는 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 측벽으로 이루어진 홈이 형성되고, 상기 제1 절연층은 상기 바닥면에 직접 접촉하며, 상기 제1 절연층, 상기 제1 전극, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 상기 제2 전극 및 상기 제2 절연층 중 적어도 일부는 상기 측벽에 의하여 둘러싸이고,
상기 기판은 상기 제2 절연층의 가장자리로부터 상기 측벽까지 연장되도록 형성되며, 상기 기판과 상기 측벽 사이에는 실링부재가 배치된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 바닥면을 기준으로 하는 상기 측벽의 높이는 상기 제1 절연층의 두께, 상기 제1 전극의 두께, 상기 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그의 두께, 상기 제2 전극의 두께 및 상기 제2 절연층의 두께의 합 이하인 열전장치. - 제2항에 있어서,
상기 바닥면을 기준으로 하는 상기 측벽의 높이 및 상기 실링부재의 두께의 합은 상기 제1 절연층의 두께의 100배 이하인 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 방열부재의 한 면과 대향하는 다른 면으로부터 상기 바닥면까지의 거리는 상기 기판의 두께의 3배 내지 20배인 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 방열부재의 내부에는 냉각수가 흐르는 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 방열부재의 한 면과 대향하는 다른 면에는 복수 개의 방열 핀이 배치된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 측벽 중 외벽면에는 복수 개의 방열 핀이 배치된 열전모듈. - 제1항에 있어서,
상기 실링 부재는 상기 측벽의 상면에 배치된 제1 실링 부재, 상기 측벽의 외벽면에 배치된 제2 실링 부재 및 상기 측벽의 내벽면에 배치된 제3 실링 부재를 포함하고,
상기 제1 실링 부재, 상기 제2 실링 부재 및 상기 제3 실링 부재는 일체로 형성된 열전장치. - 제8항에 있어서,
상기 제2 실링 부재 및 상기 제3 실링 부재의 높이 각각은 상기 바닥면을 기준으로 상기 측벽의 높이의 0.01배 내지 0.2배인 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 상면 상에 배치된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 상면과 외벽면 간 경계보다 바깥으로 연장되도록 배치된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 최외측 가장자리는 상기 측벽의 외벽면의 일부를 덮도록 배치된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절연층의 가장자리는 상기 측벽의 내벽면으로부터 이격된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절연층의 가장자리는 상기 측벽의 내벽면에 접촉하는 열전장치.
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