WO2020055100A1 - 열전모듈 - Google Patents

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WO2020055100A1
WO2020055100A1 PCT/KR2019/011726 KR2019011726W WO2020055100A1 WO 2020055100 A1 WO2020055100 A1 WO 2020055100A1 KR 2019011726 W KR2019011726 W KR 2019011726W WO 2020055100 A1 WO2020055100 A1 WO 2020055100A1
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metal substrate
thermoelectric
support
resin layer
disposed
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PCT/KR2019/011726
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양태수
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엘지이노텍 주식회사
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric module, and more particularly, to an assembly structure of a thermoelectric module.
  • Thermoelectric phenomena are phenomena caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.
  • thermoelectric element is a device that uses a thermoelectric phenomenon, and has 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.
  • thermoelectric element may be divided into a device using a temperature change of electrical resistance, a device using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated due to a temperature difference, and a device using a Peltier effect, which is a phenomenon in which heat absorption or heat is generated by current. .
  • the thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg, and a plurality of thermoelectric legs are disposed in an array form between the upper substrate and the lower substrate, a plurality of upper electrodes are disposed between the plurality of thermoelectric legs and the upper substrate, and a plurality of A plurality of lower electrodes are disposed between the thermoelectric leg and the lower substrate.
  • thermoelectric elements are widely applied to household appliances, electronic components, and communication components.
  • the thermoelectric element can be applied to a cooling device, a heating device, a power generation device, and the like. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
  • thermoelectric elements In particular, the need for slimming thermoelectric elements, cooling performance and ease of assembly is increasing.
  • the side of the thermoelectric element should be sealed in order to protect the electrode and the thermoelectric leg of the thermoelectric element from foreign substances or moisture.
  • a side surface of the thermoelectric element may be sealed using a sealing material. At this time, the sealing process is difficult and it takes a long time, there is a problem that takes up a lot of time and cost in the entire manufacturing process of the thermoelectric element.
  • thermoelectric module a sealing structure of the thermoelectric module.
  • thermoelectric module includes a first metal substrate; A thermoelectric element disposed on the first metal substrate; And a second metal substrate disposed on the thermoelectric element, wherein the thermoelectric element comprises: a first resin layer disposed on the first metal substrate and in direct contact with the first metal substrate; A plurality of first electrodes disposed on the first resin layer; A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs disposed on the plurality of first electrodes; A plurality of second electrodes disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs; And a second resin layer disposed on the plurality of second electrodes, wherein the width of the first metal substrate is greater than the width of the second metal substrate, and the first metal substrate is directly in contact with the first resin layer.
  • thermoelectric element A first surface in contact and a second surface opposite to the first surface, spaced apart from the side surfaces of the thermoelectric element and the second metal substrate on the first surface of the first metal substrate, and the thermoelectric element and A first support disposed to surround a side surface of the second metal substrate; A second support spaced apart from the first support on the first surface of the first metal substrate and disposed to be surrounded by the first support; And a sealing material disposed between the first support and the second support.
  • the first support may contact the first surface of the first metal substrate, and the second support may contact the first surface and the second metal substrate of the first metal substrate.
  • the sealing material may contact the inner circumferential surface of the first support, the outer circumferential surface of the second support, and the first surface disposed between the first support and the second support.
  • the inner peripheral surface of the second support may include a surface inclined with respect to the first surface.
  • the inner diameter of the second support in the region in contact with the first metal substrate is the first resin layer, the plurality of first electrodes, the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and the plurality of second It may be larger than the inner diameter of the first support in the region disposed on at least one side of the electrode, the second resin layer, and the second metal substrate.
  • the thickness of the first support in the region contacting the first metal substrate is the first resin layer, the plurality of first electrodes, the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and the plurality of second. It may be smaller than the thickness of the first support in an area disposed on at least one side of the electrode, the second resin layer, and the second metal substrate.
  • At least one of a groove accommodating the first support and a groove accommodating the second support may be formed on the first surface of the first metal substrate.
  • the second support may contact the side surface of the second metal substrate.
  • a groove for accommodating the second support may be formed on a side surface of the second metal substrate.
  • the second metal substrate includes a third surface directly contacting the second resin layer and a fourth surface opposite to the third surface, and the second support is in contact with the third surface of the second metal substrate. can do.
  • a groove for accommodating the second support may be formed on the third surface.
  • thermoelectric module having excellent thermal conductivity, low heat loss, and high reliability can be obtained.
  • thermoelectric element can be sealed by a simple process.
  • thermoelectric module 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric device 2 is a view for explaining a pair of P-type thermoelectric legs and N-type thermoelectric legs in a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module 3 to 7 show the bonding structure between the metal substrate and the resin layer of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module 8 is a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and describes a region to which a sealing material is applied.
  • thermoelectric module 9 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric module 10 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of region A of FIG. 1.
  • thermoelectric element 15 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric element is applied according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element 16 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric element is applied according to an embodiment of the present invention.
  • a singular form may also include a plural form unless specifically stated in the phrase, and is combined with A, B, C when described as "at least one (or more than one) of A and B, C". It can contain one or more of all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also to the component It may also include the case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another component between the other components.
  • top (top) or bottom (bottom) when described as being formed or disposed in the “top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other It also includes a case in which another component described above is formed or disposed between two components.
  • up (up) or down (down) when expressed as “up (up) or down (down)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
  • thermoelectric module 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining a pair of P-type thermoelectric legs and N-type thermoelectric legs in a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • the thermoelectric element 100 includes a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130, and a plurality of N-type thermoelectric legs 140. , A plurality of second electrodes 150 and a second resin layer 160.
  • the plurality of first electrodes 120 is disposed between the first resin layer 110 and the lower surfaces of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, and the plurality of second electrodes 150 ) Is disposed between the second resin layer 160 and the upper surfaces of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the plurality of first electrodes 120 and the plurality of second electrodes 150. A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the first electrode 120 and the second electrode 150 and electrically connected may form a unit cell.
  • a pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may be disposed on each first electrode 120, and disposed on each first electrode 120 on each second electrode 150.
  • a pair of N-type thermoelectric legs 140 and P-type thermoelectric legs 130 may be disposed so that one of the paired P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 overlap.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuthelluride (Bi-Te) -based thermoelectric legs including bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials.
  • P-type thermoelectric legs 130 are antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium, with respect to 100 wt% of total weight (Ga) Bismutelluride (Bi-Te) -based main raw material material containing at least one of tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In) 99 to 99.999 wt% and a mixture containing Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg containing to 1wt%.
  • the main raw material is Bi-Se-Te, and may further include Bi or Te at 0.001 to 1 wt% of the total weight.
  • the N-type thermoelectric leg 140 is selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium with respect to 100 wt% of the total weight (Ga) Bismutelluride (Bi-Te) -based main raw material material containing at least one of tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In) 99 to 99.999 wt% and a mixture containing Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg containing to 1wt%.
  • the main raw material is Bi-Sb-Te, and may further include Bi or Te at 0.001 to 1 wt% of the total weight.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk type or a stacked type.
  • the bulk P-type thermoelectric leg 130 or the bulk-type N-type thermoelectric leg 140 is manufactured by heat-treating a thermoelectric material to produce an ingot, and crushing and sieving the ingot to obtain powder for the thermoelectric leg, and then It can be obtained through the process of sintering and cutting the sintered body.
  • the stacked P-type thermoelectric leg 130 or the stacked N-type thermoelectric leg 140 forms a unit member by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate, and then stacking and cutting the unit member. Can be obtained.
  • the pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes.
  • the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130. It may be formed differently.
  • thermoelectric performance index ZT
  • Equation 1 The thermoelectric performance index (ZT) can be expressed as Equation 1.
  • ⁇ is the Seebeck coefficient [V / K]
  • ⁇ is electrical conductivity [S / m]
  • ⁇ 2 ⁇ is the power factor (W / mK 2 ).
  • T is temperature
  • k is thermal conductivity [W / mK].
  • k can be expressed as a ⁇ cp ⁇ ⁇ , a is thermal diffusivity [cm 2 / S], cp is specific heat [J / gK], and ⁇ is density [g / cm 3 ].
  • thermoelectric performance index of the thermoelectric element In order to obtain the thermoelectric performance index of the thermoelectric element, the Z value (V / K) is measured using a Z meter, and the thermoelectric performance index (ZT) can be calculated using the measured Z value.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have a structure shown in FIG. 2 (b).
  • the thermoelectric legs 130 and 140 include thermoelectric material layers 132 and 142 and first plating layers 134-1 and 144 stacked on one surface of the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • thermoelectric material layers 132, 142 the thermoelectric material layers 132, 142, and the first plating layer (134-1, 144-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1) disposed between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second plating layer (134-2, 144-2), respectively And second bonding layers 136-2 and 146-2, and first metal layers stacked on the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2, respectively.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 directly contact each other, and the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146- 2) can directly contact each other.
  • first bonding layer (136-1, 146-1) and the first plating layer (134-1, 144-1) are in direct contact with each other, the second bonding layer (136-2, 146-2) and the second The plating layers 134-2 and 144-2 may directly contact each other.
  • first plating layers 134-1 and 144-1 and the first metal layers 138-1 and 148-1 directly contact each other, and the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second metal layer ( 138-2, 148-2) may directly contact each other.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 may include bismuth (Bi) and tellurium (Te), which are semiconductor materials.
  • the thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type thermoelectric legs 130 or N-type thermoelectric legs 140 shown in FIGS. 1 and 2 (a).
  • the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) may be selected from copper (Cu), copper alloy, aluminum (Al) and aluminum alloy, 0.1 It may have a thickness of 0.5 to 0.5 mm, preferably 0.2 to 0.3 mm.
  • the thermal expansion coefficients of the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 are similar to or greater than the thermal expansion coefficients of the thermoelectric material layers 132 and 142. Since the compressive stress is applied at the interface between the first metal layers 138-1 and 148-1 and the second metal layers 138-2 and 148-2 and the thermoelectric material layers 132 and 142, cracking or peeling is prevented. You can.
  • the thermoelectric legs 130 and 140 are electrodes ( 120, 150).
  • the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 may include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo, respectively. And may have a thickness of 1 to 20 ⁇ m, preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 are semiconductor materials Bi or Te and the first metal layer 138-1 in the thermoelectric material layers 132 and 142. 148-1) and the second metal layers 138-2 and 148-2, thereby preventing the deterioration of the performance of the thermoelectric element, as well as preventing the first metal layers 138-1 and 148-1. 2
  • the oxidation of the metal layers 138-2 and 148-2 can be prevented.
  • the bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be disposed.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may include Te.
  • the first bonding layers 136-1, 146-1 and the second bonding layers 136-2, 146-2 are Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb- Te, Cr-Te, and Mo-Te.
  • the thickness of each of the first bonding layers 136-1 and 146-1 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 is 0.5 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m.
  • the first material including Te between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2
  • the bonding layers 136-1, 146-1 and the second bonding layers 136-2, 146-2 are disposed in advance, so that Te in the thermoelectric material layers 132, 142 is the first plating layers 134-1, 144 -1) and the diffusion to the second plating layer (134-2, 144-2) can be prevented. Accordingly, generation of the Bi-rich region can be prevented.
  • the Te content is higher than the Bi content from the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1, and the thermoelectric material layer
  • the Te content is higher than the Bi content from the center of (132, 142) to the interface between the thermoelectric material layers (132, 142) and the second bonding layers (136-2, 146-2).
  • the Te content from to the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be 0.8 to 1 times the Te content in the center of the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • the Te content in the thickness of 100 ⁇ m in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 is thermoelectric It may be 0.8 to 1 times the Te content of the central portion of the material layer (132, 142).
  • the Te content is kept constant even within 100 ⁇ m thickness in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 may be, for example, from the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1, within a thickness of 100 ⁇ m in the direction of the center of the thermoelectric material layers 132 and 142
  • the rate of change in the Te weight ratio may be 0.9 to 1.
  • the content of Te in the first bonding layer 136-1, 146-1 or the second bonding layer 136-2, 146-2 is the same as or similar to the content of Te in the thermoelectric material layers 132, 142 can do.
  • the content of Te in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 is 0.8 of the Te content in the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • To 1 time preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and more preferably 0.95 to 1 time.
  • the content may be a weight ratio.
  • the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be 40 to 50 wt%, preferably 42.5 to 50 wt%, more preferably 45 to 50 wt%, and more preferably 47.5 to 50 wt%.
  • the content of Te in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2 may be greater than that of Ni.
  • the content of Te is uniformly distributed in the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second bonding layers 136-2 and 146-2, while the Ni content is the first bonding layer 136-1. , 146-1) or in the second bonding layers 136-2 and 146-2, as they are adjacent to the direction of the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) The interface between the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 from the interface or the second plating layers 134-2 and 144-2 and the second bonding layers 136
  • the Te content up to the interface between -2 and 146-2) can be uniformly distributed.
  • the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2 Between the first plating layer (136-1, 146-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1) from the interface or the second plating layer (134-2, 144-2) and the second bonding layer
  • the rate of change of the Te weight ratio to the interface between (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1.
  • the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layer (The interface between the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the second plating layers 134-2 and 144- from the interface between 136-2 and 146-2). It may mean that the Te content up to the interface between 2) and the second bonding layers 136-2 and 146-2 is uniformly distributed.
  • the surfaces of the first bonding layers 136-1 and 146-1 in contact with the first plating layers 134-1 and 144-1 that is, the first plating layers 136-1 and 146-1 and the first bonding layer
  • the contact surface that is, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1, or the second bonding layer 136-2 and 146-2 in the thermoelectric material layers 132 and 142 ), 0.8 to 1 times the content of Te at the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2, preferably 0.85 to 1, more
  • the Te content of the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142. It can be seen that the Te content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2 is the same or similar. That is, the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2.
  • the Te content of the interface may be 0.8 to 1 times, preferably 0.85 to 1 times, more preferably 0.9 to 1 times, more preferably 0.95 to 1 times, the Te content in the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 have.
  • the content may be a weight ratio.
  • the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 may mean a peripheral region including the center of the thermoelectric material layers 132 and 142.
  • the boundary surface may mean the boundary surface itself, or may include an area surrounding the boundary surface adjacent to the boundary surface within a predetermined distance from the boundary surface.
  • the content of Te in the first plating layers 136-1, 146-1 or the second plating layers 134-2, 144-2 is the content of Te in the thermoelectric material layers 132, 142 and the first bonding layer ( 136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be lower than the content of Te.
  • the Bi content of the central portion of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142. It can be seen that the Bi content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2 is the same or similar.
  • thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second from the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 Since the content of Te is higher than the content of Bi to the interface between the bonding layers 136-2 and 146-2, the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 There is no section in which the Bi content reverses the Te content around the interface between or between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second bonding layers 136-2 and 146-2.
  • the Bi content in the center of the thermoelectric material layers 132 and 142 is the interface between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first bonding layers 136-1 and 146-1 or the thermoelectric material layers 132 and 142 ) And 0.8 to 1 times, preferably 0.85 to 1 times, more preferably 0.9 to 1 times, more preferably 0.95 to 1 times, the Bi content of the interface between the second bonding layers 136-2 and 146-2. It can be a ship.
  • the content may be a weight ratio.
  • the plurality of second electrodes 150 disposed between the legs 130 and the N-type thermoelectric legs 140 may include at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni).
  • sizes of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be formed differently.
  • the volume, thickness, or area of one of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be larger than the other volume, thickness, or area. Accordingly, the heat absorbing performance or the heat dissipation performance of the thermoelectric element can be improved.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal column shape, an elliptical column shape, or the like.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a stacked structure.
  • 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-shaped substrate and then cutting it. Accordingly, it is possible to prevent loss of material and improve the electrical conduction properties.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be manufactured according to a zone melting method or a powder sintering method.
  • the zone melting method after producing an ingot using a thermoelectric material, the heat is slowly applied to the ingot to refinish the particles to be rearranged in a single direction, and a thermoelectric leg is obtained by cooling slowly.
  • the powder sintering method after manufacturing an ingot using a thermoelectric material, the ingot is crushed and sieved to obtain a powder for a thermoelectric leg, and a thermoelectric leg is obtained through a sintering process.
  • the first resin layer 110 may be disposed on the first metal substrate 170, and the second metal substrate 180 may be disposed on the second resin layer 160.
  • the thermoelectric module may include a first metal substrate 170, a thermoelectric element 100 and a second metal substrate 180.
  • the first metal substrate 170 and the second metal substrate 180 may be made of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, or the like.
  • the first metal substrate 170 and the second metal substrate 180 include a thermoelectric element 100, that is, a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130, and It can support a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of second electrodes 150, a second resin layer 160, and the like, and is applied to an application to which the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention is applied. It may be an area that is directly attached. Accordingly, the first metal substrate 170 and the second metal substrate 180 may be mixed with the first metal support and the second metal support, respectively.
  • the area of the first metal substrate 170 may be larger than the area of the first resin layer 110, and the area of the second metal substrate 180 may be larger than the area of the second resin layer 160. That is, the first resin layer 110 may be disposed within a region spaced a predetermined distance from the edge of the first metal substrate 170, and the second resin layer 160 may be disposed from the edge of the second metal substrate 180. It may be disposed within an area spaced a predetermined distance.
  • the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be made of an epoxy resin composition including an epoxy resin and an inorganic filler.
  • the inorganic filler may be included as 68 to 88 vol% of the epoxy resin composition.
  • the thermal conductivity effect may be low, and when the inorganic filler is included in excess of 88 vol%, the adhesion between the resin layer and the metal substrate may be lowered, and the resin layer may be easily broken.
  • the thickness of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be 0.02 to 0.6 mm, preferably 0.1 to 0.6 mm, more preferably 0.2 to 0.6 mm, and the thermal conductivity is 1 W / mK or more. , Preferably 10W / mK or more, more preferably 20W / mK or more.
  • the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent.
  • the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 relative to the volume ratio of the epoxy compound 10.
  • the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound and a silicone epoxy compound.
  • the crystalline epoxy compound may include a mesogen structure. Mesogen is a basic unit of a liquid crystal, and includes a rigid structure.
  • the amorphous epoxy compound may be a conventional amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule, for example, bisphenol A or glycidyl ether derivative derived from bisphenol F.
  • the curing agent may include at least one of an amine-based curing agent, a phenolic curing agent, an acid anhydride-based curing agent, a polymercaptan-based curing agent, a polyaminoamide-based curing agent, an isocyanate-based curing agent and a block isocyanate-based curing agent, and two or more curing agents It can also be used by mixing.
  • the inorganic filler may include oxide and nitride, and the nitride may be included as 55 to 95 wt% of the inorganic filler, and more preferably 60 to 80 wt%. When the nitride is included in the numerical range, thermal conductivity and bonding strength may be increased.
  • the oxide may include at least one of aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide
  • the nitride may include at least one of boron nitride and aluminum nitride.
  • boron nitride when the nitride includes boron nitride, boron nitride may be applied in the form of a plate-like boron nitride agglomerated aggregate, the surface of the boron nitride agglomerate is coated with a polymer having the following unit 1, or in the boron nitride agglomerates At least a portion of the pores may be filled by a polymer having the following unit 1.
  • Monomer 1 is as follows.
  • one of R1, R2, R3 and R4 is H, and the other is selected from the group consisting of C1 to C3 alkyl, C2 to C3 alkene and C2 to C3 alkyne, and R5 is linear, branched or cyclic carbon number 1 To 12 may be a divalent organic linker.
  • one of the rest of R1, R2, R3 and R4 other than H is selected from C2 to C3 alkene, and the other one and the other may be selected from C1 to C3 alkyl.
  • the polymer according to the embodiment of the present invention may include the following unit 2.
  • R1, R2, R3 and R4 except for H may be selected to be different from each other in a group consisting of C1 to C3 alkyl, C2 to C3 alkene, and C2 to C3 alkyne.
  • the air layer in the boron nitride agglomerates is minimized to form the boron nitride agglomerates.
  • the heat conduction performance can be increased, and the bonding strength between the plate-like boron nitrides can be increased to prevent breakage of the boron nitride agglomerates.
  • the coating layer is formed on the boron nitride agglomerate in which the plate-like boron nitride is agglomerated, functional groups are easily formed.
  • affinity with the resin may be increased.
  • the particle size D50 of the boron nitride agglomerate may be 250 to 350 ⁇ m, and the particle size D50 of aluminum oxide may be 10 to 30 ⁇ m.
  • the particle size D50 of the boron nitride agglomerate and the particle size D50 of the aluminum oxide satisfy these numerical ranges, the boron nitride agglomerate and aluminum oxide can be evenly dispersed in the epoxy resin composition, and accordingly, even heat conduction effect and adhesion performance across the entire resin layer.
  • the present invention is not limited thereto, and at least one of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be replaced with a ceramic substrate.
  • first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be a silicone resin composition including a silicone resin and an inorganic filler, and the silicone resin may include, for example, polydimethtlsiloxane (PDMS). Can.
  • PDMS polydimethtlsiloxane
  • At least one of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be formed of a plurality of layers. At this time, each of the plurality of layers may be formed of the same or different resin compositions or inorganic fillers, and each layer thickness may be different from each other. Accordingly, at least one property of at least one of insulating property, bonding strength, and thermal conductivity performance of the first resin layer 110 and the second resin layer 160 may be further improved.
  • 3 to 7 show the bonding structure between the metal substrate and the resin layer of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • the first metal substrate 170 and the first resin layer 110 are described as an example, but the same structure may be applied between the second metal substrate 180 and the second resin layer 160.
  • the viewing surface includes a first region 172 and a second region 174, and the second region 174 can be disposed inside the first region 172. That is, the first region 172 may be disposed within a predetermined distance from the edge of the first metal substrate 170 toward the center region, and the first region 172 may surround the second region 174.
  • the surface roughness of the second region 174 is greater than the surface roughness of the first region 172, and the first resin layer 110 may be disposed on the second region 174.
  • the first resin layer 110 may be disposed to be spaced a predetermined distance from the boundary between the first region 172 and the second region 174. That is, the first resin layer 110 is disposed on the second region 174, and the edge of the first resin layer 110 may be located inside the second region 174.
  • At least a portion of the groove 400 formed by the surface roughness of the second region 174 is a part of the first resin layer 110, that is, the epoxy resin 600 included in the first resin layer 110 and A portion 604 of the inorganic filler may permeate, and adhesion between the first resin layer 110 and the first metal substrate 170 may be increased.
  • the surface roughness of the second region 174 may be formed to be larger than the particle size D50 of some of the inorganic fillers included in the first resin layer 110 and smaller than the particle size D50 of the other portions.
  • the particle size D50 means a particle diameter corresponding to 50% of the weight percentage in the particle size distribution curve, that is, a particle diameter in which the percentage of passing mass is 50%, and may be mixed with the average particle diameter.
  • the first resin layer 110 includes aluminum oxide and boron nitride as an inorganic filler, aluminum oxide does not affect the adhesion performance between the first resin layer 110 and the first metal substrate 170.
  • boron nitride Since boron nitride has a smooth surface, it may adversely affect the adhesion performance between the first resin layer 110 and the first metal substrate 170. Accordingly, when the surface roughness of the second region 174 is larger than the particle size D50 of aluminum oxide included in the first resin layer 110, but smaller than the particle size D50 of boron nitride, the second region 174 Since only aluminum oxide is disposed in the groove formed by the surface roughness, and boron nitride cannot be disposed, the first resin layer 110 and the first metal substrate 170 can maintain high bonding strength.
  • the surface roughness of the second region 174 is 1.05 to 1.5 of the particle size D50 of the inorganic filler 604 having a relatively small size among the inorganic fillers included in the first resin layer 110, for example, aluminum oxide.
  • the inorganic filler 602 having a relatively large size for example, may be 0.04 to 0.15 times the particle size D50 of boron nitride.
  • the surface roughness of the second region 174 may be 1 to 50 ⁇ m. Accordingly, only aluminum oxide is disposed in the groove formed by the surface roughness of the second region 174, and boron nitride agglomerates may not be disposed.
  • the content of the epoxy resin and the inorganic filler in the groove formed by the surface roughness of the second region 174 is epoxy resin and inorganic in the middle region between the first metal substrate 170 and the plurality of first electrodes 120 It may be different from the content of the filler.
  • the surface roughness can be measured using a surface roughness meter.
  • the surface roughness measuring instrument measures the cross-section curve using a probe, and can calculate the surface roughness using the peak, valley, average line and reference length of the cross-section curve.
  • the surface roughness may mean arithmetic mean roughness (Ra) by the center line average calculation method.
  • the arithmetic mean roughness Ra can be obtained through Equation 2 below.
  • the first resin layer 110 is disposed on both surfaces of the first metal substrate 170, that is, the first resin layer 110 is opposite to the first resin layer 110 on both surfaces of the first metal substrate 170.
  • the viewing surface includes a second region 174 that is surrounded by the first region 172 and the first region 172 and has a larger surface roughness than the first region 172, but the third region 176 It may further include.
  • the third region 176 may be disposed inside the second region 174. That is, the third region 176 may be arranged to be surrounded by the second region 174. In addition, the surface roughness of the second region 174 may be larger than the surface roughness of the third region 176.
  • the first resin layer 110 is disposed to be spaced a predetermined distance from the boundary between the first region 172 and the second region 174, the first resin layer 110 is a part of the second region 174 and It may be arranged to cover the third region 176.
  • an adhesive layer 800 may be further disposed between the first metal substrate 170 and the first resin layer 110.
  • the adhesive layer 800 may be the same epoxy resin composition as the epoxy resin composition constituting the first resin layer 110.
  • an epoxy resin composition identical to the epoxy resin composition constituting the first resin layer 110 is applied between the first metal substrate 170 and the first resin layer 110 in an uncured state, and then cured.
  • the first resin layer 110 may be stacked and the first metal substrate 170 and the first resin layer 110 may be bonded in a pressurized manner at a high temperature.
  • a part of the adhesive layer 800 for example, a part of the epoxy resin of the epoxy resin composition constituting the adhesive layer 800 and a part of the inorganic filler may be disposed in at least a part of the groove according to the surface roughness of the second region 174 .
  • thermoelectric module 8 is a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and describes a region to which a sealing material is applied.
  • 9 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an enlarged view of area A of FIG. 1.
  • the width W1 of the first metal substrate 170 is greater than the width W2 of the second metal substrate 180, and the first metal substrate 170 is the first number. It includes a first surface 170-1 in direct contact with the formation layer 110, and a second surface 170-2 opposite to the first surface 170-1.
  • thermoelectric module further includes a sealing portion 190.
  • the sealing part 190 is disposed on the first metal substrate 170 from the first metal substrate 170 to the second metal substrate 180, and a side surface of the thermoelectric element 100, for example, the first resin layer 110 ), The outermost of the plurality of first electrodes 120, the outermost of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, and the outermost of the plurality of second electrodes 150 And a side surface of the second resin layer 160.
  • thermoelectric element 100 that is, the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, the plurality of P-type thermoelectric legs 130, the plurality of N-type thermoelectric legs 140, the plurality of agents
  • the second electrode 150 and the second resin layer 160 may be sealed from external moisture, heat, or contamination.
  • the sealing unit 190 may include a first support 192, a second support 194 and a sealing material 196.
  • the first support 192 is in contact with the first surface 170-1 of the first metal substrate 170 on the first surface 170-1 of the first metal substrate 170, and of the thermoelectric element 100 Side surfaces, for example, the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, and the plurality of second electrodes 150 And a side surface of the second resin layer 160 and a side surface of the second metal substrate 180, and a side surface of the thermoelectric element 100, for example, a first resin layer 110 and a plurality of first electrodes 120.
  • the first support 192 is a side of the first resin layer 110 on the first surface 170-1 of the first metal substrate 170, the outermost of the plurality of first electrodes 120, a plurality of The outermost of the P-type thermoelectric leg 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, the outermost of the plurality of second electrodes 150, the side surfaces of the second resin layer 160, and the second metal substrate 180 It may be arranged to be spaced a predetermined distance from at least a portion of the side.
  • the second support 194 contacts the first surface 170-1 of the first metal substrate 170 on the first surface 170-1 of the first metal substrate 170, and the first support 192 It is spaced apart from, is surrounded by the first support 192, it may be arranged to contact the second metal substrate 180.
  • the first support 192 is a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130 and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of agents
  • the second electrode 150 and the second resin layer 160 and the second metal substrate 180 may have a frame shape accommodating at least a portion, and the first surface 170-1 of the first metal substrate 170.
  • first contact surface 900 a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130 and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of agents A second electrode 150, and a first inner circumferential surface 902 disposed to face at least a portion of the second resin layer 160 and the second metal substrate 180 and a second electrode 150 facing the outside of the thermoelectric element 100
  • One outer peripheral surface 904 may be included.
  • the second support 194 includes a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130 and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of second.
  • the electrode 150 and the second resin layer 160 and the second metal substrate 180 may have a frame shape accommodating at least a portion, and the first surface 170-1 of the first metal substrate 170 and The second contact surface 910, the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, the plurality of second contacts
  • the electrode 150, the second resin layer 160 and the second inner peripheral surface 912 disposed to face at least a portion of the second metal substrate 180 and the second disposed to face the outside of the thermoelectric element 100
  • An outer peripheral surface 914 and a third contact surface 916 contacting the second metal substrate 180 may be included.
  • guide grooves G for drawing wires 200 and 202 connected to the electrodes may be formed in the first support 192 and the second support 194.
  • each of the first support 192 and the second support 194 may be an injection molding made of plastic or the like, and may be mixed with a sealing case or a sealing cover.
  • the first support 192 and the second support 194 are illustrated as being square, but are not limited thereto, and the first support 192 and the second support 194 are polygonal or circular, etc. It can be variously modified.
  • the sealing material 196 may be disposed between the first support 192 and the second support 194.
  • the sealing material 196 may include at least one of an epoxy resin and a silicone resin.
  • the sealing material 196 is within a space composed of the outer circumferential surface 914 of the second support 194, the first surface 170-1 of the first metal substrate 170, and the inner circumferential surface 902 of the first support 192. It can be filled, it can serve to seal the first support 192, the first metal substrate 170 and the second support 194.
  • the sealing material 196 includes a first resin layer 110, a plurality of first electrodes 120, a plurality of P-type thermoelectric legs 130, a plurality of N-type thermoelectric legs 140, and a plurality of second electrodes 150. And the sealing effect of the second resin layer 160, and may be mixed with a finishing material, a finishing layer, a waterproofing material, a waterproofing layer, and the like.
  • the sealing portion 190 includes a first support 192 and a second support 194, the first support 192 and the second support 194 between the sealing material (196)
  • the sealing material 196 is filled between the first support 192 and the second support 194, it is possible to prevent the problem of the sealing material on the surface of the metal substrate.
  • the inner circumferential surface 912 of the second support 194 is inclined (0 ° ⁇ ⁇ 90 °, preferably 15 ° ⁇ ⁇ ) with respect to the first surface 170-1 of the first metal substrate 170. 85 °, more preferably 30 ° ⁇ ⁇ 80 °).
  • the inner diameter D1 of the second support 194 in the region in contact with the first metal substrate 170 is the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, and the plurality of P-type thermoelectric legs ( 130) and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of second electrodes 150, a second resin layer 160, and a second support in an area disposed on at least one side of the second metal substrate 180 It may be larger than the inner diameter (D2) of (194).
  • the second support 194 has such a structure, it can stably support between the first metal substrate 170 and the second metal substrate 180, and minimizes the amount of the sealing material 196 applied. 2 Since the contact area between the outer circumferential surface 914 of the support 194 and the sealing material 196 can be increased, the sealing strength can be increased.
  • the thickness d1 of the first support 192 in the region in contact with the first metal substrate 170 includes the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, and the plurality of P-type thermoelectric legs ( 130) and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of second electrodes 150, a second resin layer 160, and a first support in an area disposed on at least one side of the second metal substrate 180 It may be smaller than the thickness (d2) of (192). According to this, the contact area between the inner peripheral surface 902 of the first support 192 and the sealing material 196 and the contact area between the first surface 170-1 of the first metal substrate 170 and the sealing material 196 are increased. Therefore, the sealing strength can be increased.
  • the thickness d1 of the first support 192 in the region in contact with the first metal substrate 170 is the first resin layer 110, the plurality of first electrodes 120, and the plurality of P-type thermoelectric legs ( 130) and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of second electrodes 150, a second resin layer 160, and a first support in an area disposed on at least one side of the second metal substrate 180 It may be 0.2 times or more of the maximum thickness of the thickness (d2) of (192). Outside the numerical range, the support strength between the first support 192 and the first surface 170-1 of the first metal substrate 170 is weakened, so that the sealing material 196 flows out of the first support 192. I can go out.
  • a groove 10 for receiving a first support 192 and a groove 11 for receiving a second support 194 are provided on the first surface 170-1 of the first metal substrate 170. At least one of them may be formed. According to this, the first support 192 and the second support 194 can be more stably fixed to the first surface 170-1 of the first metal substrate 170, and the sealing material 196 is the first support The problem of leaking out of the space between the 192 and the second support 194 can be prevented.
  • the second support 194 is in contact with the side of the second metal substrate 180, the side of the second metal substrate 180, the groove 12 for receiving the second support 194 It may be formed. According to this, the second support 194 may be stably fixed to the side surface of the second metal substrate 180.
  • the first contact surface of the first support 192 ( 900), the second contact surface 910 and the third contact surface 916 of the second support 194 may be injection molded according to the shape of the grooves 10, 11, 12.
  • the second metal substrate 180 includes a third surface 180-1 directly contacting the second resin layer 160 and a fourth surface 180-2 opposite to the third surface.
  • the second support 194 may contact the third surface 180-1 of the second metal substrate 180.
  • a groove 13 for accommodating the second support 194 may be formed on the third surface 180-1. According to this, the second support 194 may be stably fixed to the second metal substrate 180.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a water purifier
  • thermoelectric element 15 is a block diagram of a water purifier to which a thermoelectric element is applied according to an embodiment of the present invention.
  • the water purifier 1 to which the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is applied is a raw water supply pipe 12a, a purified water tank inlet pipe 12b, a purified water tank 12, a filter assembly 13, a cooling fan 14, and a heat storage tank ( 15), a cold water supply pipe (15a), and a thermoelectric device (1000).
  • the raw water supply pipe 12a is a supply pipe for introducing the water to be purified from the water source to the filter assembly 13, and the purified water tank inlet pipe 12b is an inflow for introducing purified water from the filter assembly 13 into the purified water tank 12.
  • the pipe, and the cold water supply pipe 15a is a supply pipe through which the cold water cooled to a predetermined temperature by the thermoelectric device 1000 in the purified water tank 12 is finally supplied to the user.
  • the water purification tank 12 is purified through the filter assembly 13 and temporarily receives purified water to store and supply the water introduced through the water purification tank inlet pipe 12b to the outside.
  • the filter assembly 13 is composed of a settling filter 13a, a free carbon filter 13b, a membrane filter 13c, and a post carbon filter 13d.
  • the water flowing into the raw water supply pipe 12a may be purified through the filter assembly 13.
  • the heat storage tank 15 is disposed between the water purification tank 12 and the thermoelectric device 1000, and cold air formed in the thermoelectric device 1000 is stored.
  • the cold air stored in the heat storage tank 15 is applied to the purified water tank 12 to cool the water contained in the purified water tank 120.
  • the heat storage tank 15 may be in surface contact with the water purification tank 12 so that cold air transfer can be smoothly performed.
  • thermoelectric device 1000 has an endothermic surface and a heating surface, and one side is cooled and the other side is heated by electron movement on the P-type semiconductor and the N-type semiconductor.
  • one side may be the water purification tank 12 side, and the other side may be the opposite side of the water purification tank 12.
  • thermoelectric device 1000 has excellent waterproof and dustproof performance, and improved thermal flow performance, so that the purified water tank 12 can be efficiently cooled in the water purifier.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a refrigerator.
  • thermoelectric element 16 is a block diagram of a refrigerator to which a thermoelectric element is applied according to an embodiment of the present invention.
  • the refrigerator includes a deep temperature evaporation chamber cover 23, an evaporation chamber partition wall 24, a main evaporator 25, a cooling fan 26, and a thermoelectric device 1000 in a deep temperature evaporation chamber.
  • the refrigerator is divided into a deep-temperature storage chamber and a deep-temperature evaporation chamber by a deep-temperature evaporation chamber cover 23.
  • an inner space corresponding to the front of the deep temperature evaporation chamber cover 23 may be defined as a deep temperature storage chamber, and an inner space corresponding to a rear side of the deep temperature evaporation chamber cover 23 may be defined as a deep temperature evaporation chamber.
  • a discharge grill 23a and a suction grill 23b may be formed on the front surface of the deep-temperature evaporation chamber cover 23, respectively.
  • the evaporation chamber partition wall 24 is installed at a point spaced forward from the rear wall of the inner cabinet, and partitions the space where the deep-temperature room storage system is placed and the space where the main evaporator 25 is placed.
  • the cold air cooled by the main evaporator 25 is supplied to the freezer and then returned to the main evaporator.
  • the thermoelectric device 1000 is accommodated in a deep-temperature evaporation chamber, and has a structure in which an endothermic surface faces the drawer assembly side of the deep-temperature storage chamber and a heating surface faces the evaporator side. Therefore, it can be used to quickly cool the food stored in the drawer assembly to an ultra-low temperature of below 50 degrees Celsius using the endothermic phenomenon generated by the thermoelectric device 1000.
  • thermoelectric device 1000 has excellent waterproof and dustproof performance, and improved heat flow performance, so that the drawer assembly can be efficiently cooled in the refrigerator.
  • thermoelectric element according to the embodiment of the present invention may be applied to a power generation device, a cooling device, and a heating device.
  • the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is mainly an optical communication module, a sensor, a medical device, a measuring device, an aerospace industry, a refrigerator, a chiller, a car ventilation sheet, a cup holder, a washing machine, a dryer, and a wine cellar , Water purifier, sensor power supply, thermopile, etc.
  • the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention may be applied to a power generation device that generates electricity using waste heat generated from engines such as automobiles and ships.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a medical device
  • a PCR (Polymerase Chain Reaction) device there is a PCR (Polymerase Chain Reaction) device.
  • a PCR device is a device for amplifying DNA to determine the base sequence of DNA, and requires precise temperature control and a thermal cycle.
  • a Peltier-based thermoelectric element may be applied.
  • thermoelectric device Another example in which a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied to a medical device is a photo detector.
  • the photo detector includes an infrared / ultraviolet detector, a charge coupled device (CCD) sensor, an X-ray detector, and a thermoelectric thermal reference source (TTRS).
  • TTRS thermoelectric thermal reference source
  • a Peltier-based thermoelectric element may be applied. Accordingly, it is possible to prevent a change in wavelength, a decrease in output, and a decrease in resolution due to an increase in temperature inside the photodetector.
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied to a medical device, the field of immunoassay, the field of in vitro diagnostics, the temperature control and cooling systems, Physical therapy, liquid chiller systems, and blood / plasma temperature control. Accordingly, precise temperature control is possible.
  • thermoelectric device according to an embodiment of the present invention is applied to a medical device
  • a medical device is an artificial heart. Accordingly, power can be supplied to the artificial heart.
  • thermoelectric element examples include a star tracking system, a thermal imaging camera, an infrared / ultraviolet detector, a CCD sensor, a Hubble Space Telescope, and TTRS. Accordingly, the temperature of the image sensor can be maintained.
  • thermoelectric element according to the embodiment of the present invention is applied to the aerospace industry include a cooling device, a heater, and a power generation device.
  • thermoelectric device according to the embodiment of the present invention can be applied to power generation, cooling, and warming in other industrial fields.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판, 열전 소자, 제2 금속기판을 포함하고, 열전 소자는 제1 수지층, 복수의 제1 전극, 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 복수의 제2 전극 및 제2 수지층을 포함하고, 제1 금속기판의 폭은 제2 금속기판의 폭보다 크고, 제1 금속기판은 제1 수지층과 직접 접촉하는 제1 면 및 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고, 제1 금속기판의 제1 면 상에서 열전소자 및 제2 금속기판의 측면과 이격되며, 열전소자 및 제2 금속기판의 측면을 둘러싸도록 배치된 제1 지지대, 제1 금속기판의 제1 면 상에서 제1 지지대와 이격되며 제1 지지대에 의하여 둘러싸이도록 배치되는 제2 지지대 및 제1 지지대와 제2 지지대 사이에 배치되는 실링재를 더 포함한다.

Description

열전모듈
본 발명은 열전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전모듈의 조립 구조에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전소자는 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.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부기판과 하부기판 사이에 복수의 열전 레그가 어레이 형태로 배치되며, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전 레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
특히, 열전소자의 슬림화, 냉각성능 및 조립 용이에 대한 니즈가 점점 커지고 있다.
한편, 열전소자의 전극 및 열전 레그를 외부의 이물질 또는 수분으로부터 보호하기 위하여 열전소자의 측면이 실링되어야 하며, 일반적으로 실링재를 이용하여 열전소자의 측면을 실링할 수 있다. 이때, 실링 공정이 까다로우며 시간이 오래 걸리게 되어, 열전소자의 전체 제작 공정에서 많은 시간 및 비용을 차지하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전모듈의 실링 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판; 상기 제1 금속기판 상에 배치되는 열전소자; 및 상기 열전소자 상에 배치되는 제2 금속기판;을 포함하고, 상기 열전소자는, 상기 제1 금속기판 상에 배치되며, 상기 제1 금속기판과 직접 접촉하는 제1 수지층; 상기 제1 수지층 상에 배치된 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그; 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극; 및 상기 복수의 제2 전극 상에 배치되는 제2 수지층을 포함하고, 상기 제1 금속기판의 폭은 상기 제2 금속기판의 폭보다 크고, 상기 제1 금속기판은 상기 제1 수지층과 직접 접촉하는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 상에서 상기 열전소자 및 상기 제2 금속기판의 측면과 이격되며, 상기 열전소자 및 상기 제2 금속기판의 측면을 둘러싸도록 배치된 제1 지지대; 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 상에서 상기 제1 지지대와 이격되며 상기 제1 지지대에 의하여 둘러싸이도록 배치되는 제2 지지대; 및 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 배치되는 실링재;를 더 포함한다.
상기 제1 지지대는 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면과 접촉하고, 상기 제2 지지대는 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 및 상기 제2 금속기판과 접촉할 수 있다.
상기 실링재는 상기 제1 지지대의 내주면, 상기 제2 지지대의 외주면 및 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 배치된 상기 제1 면과 접촉할 수 있다.
상기 제2 지지대의 내주면은 상기 제1 면에 대하여 경사진 면을 포함할 수 있다.
상기 제1금속기판과 접촉하는 영역에서 상기 제2 지지대의 내경은 상기 제1 수지층, 상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 제2 전극, 상기 제2 수지층 및 상기 제2 금속기판 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 상기 제1 지지대의 내경보다 클 수 있다.
상기 제1금속기판과 접촉하는 영역에서 상기 제1 지지대의 두께는 상기 제1 수지층, 상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 제2 전극, 상기 제2 수지층 및 상기 제2 금속기판 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 상기 제1 지지대의 두께보다 작을 수 있다.
상기 제1 금속기판의 상기 제1 면에는 상기 제1 지지대를 수용하는 홈 및 상기 제2 지지대를 수용하는 홈 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 제2 지지대는 상기 제2 금속기판의 측면과 접촉할 수 있다.
상기 제2 금속기판의 측면에는 상기 제2 지지대를 수용하기 위한 홈이 형성될 수 있다.
상기 제2 금속기판은 상기 제2 수지층과 직접 접촉하는 제3 면 및 상기 제3 면의 반대 면인 제4 면을 포함하고, 상기 제2 지지대는 상기 제2 금속기판의 상기 제3 면과 접촉할 수 있다.
상기 제3 면에는 상기 제2 지지대를 수용하기 위한 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도도가 우수하고, 열손실이 낮으며, 신뢰성이 높은 열전모듈을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자를 간단한 공정으로 실링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자 내 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 금속기판과 수지층 간의 접합 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도이며, 실링재가 도포되는 영역을 설명한다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이다.
도 11은 도 1의 A 영역의 확대도이다.
도 12 내지 14는 도 1의 A 영역의 다양한 실시예이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.
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 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자 내 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)을 포함한다.
복수의 제1 전극(120)은 제1 수지층(110)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 하면 사이에 배치되고, 복수의 제2 전극(150)은 제2 수지층(160)과 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 상면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 복수의 제1 전극(120) 및 복수의 제2 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
각 제1 전극(120) 상에는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)가 배치될 수 있으며, 각 제2 전극(150) 상에는 각 제1 전극(120) 상에 배치된 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 중 하나가 겹쳐지도록 한 쌍의 N형 열전 레그(140) 및 P형 열전 레그(130)가 배치될 수 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 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 성능은 열전성능 지수로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2019011726-appb-M000001
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, cp는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 2(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 2(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 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2), 그리고 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)을 포함한다.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1)은 서로 직접 접촉하고, 열전 소재층(132. 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1)과 제1 도금층(134-1, 144-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 접합층(136-2, 146-2)과 제2 도금층(134-2, 144-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 도금층(134-1, 144-1)과 제1 금속층(138-1, 148-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 금속층(138-2, 148-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다.
여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 1 및 도 2(a)에서 도시한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다.
그리고, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)은 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. 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 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 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 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 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146)-1 및 제2 접합층(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, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 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 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)을 미리 배치하여, 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 영역의 발생을 방지할 수 있다.
이에 따르면, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높다. 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지의 Te 함량 또는 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8 내지 1배일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8배 내지 1배일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서도 Te 함량은 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서 Te 중량비의 변화율은 0.9 내지 1일 수 있다.
또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량이 50wt%로 포함되는 경우, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 40 내지 50wt%, 바람직하게는 42.5 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 45 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 47.5 내지 50wt%일 수 있다. 또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 Ni대비 클 수 있다. 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 Te의 함량은 일정하게 분포하는 반면, Ni 함량은 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 열전 소재층(132, 142) 방향에 인접할수록 감소할 수 있다.
그리고, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 일정하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 중량비의 변화율은 0.8 내지 1일 수 있다. 여기서, Te 중량비의 변화율이 1에 가까울수록 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량이 일정하게 분포하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1) 내 제1 도금층(134-1, 144-1)과 접하는 면, 즉 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 제2 도금층(134-2, 144-2)과 접하는 면, 즉 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 제1 접합층(136-1, 146-1)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142) 내 제2 접합층(136-2, 146-2)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.
그리고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 즉, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)의 중심부는 열전 소재층(132, 142)의 중심을 포함하는 주변 영역을 의미할 수 있다. 그리고, 경계면은 경계면 자체를 의미하거나, 또는 경계면과 경계면으로부터 소정 거리 내에 인접하는 경계면 주변 영역을 포함하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 제1 도금층(136-1, 146-1) 또는 제2 도금층(134-2, 144-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량 및 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량보다 낮게 나타날 수 있다.
또한, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에 이르기까지 Te의 함량이 Bi의 함량보다 높게 나타나므로, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 주변 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면 주변에서 Bi함량이 Te 함량을 역전하는 구간이 존재하지 않는다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.
여기서, 제1 수지층(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 복수의 제1 전극(120), 그리고 제2 수지층(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 복수의 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 제1 수지층(110)과 제2 수지층(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 수지층(110)과 제2 수지층(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 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.
또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 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.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 금속기판(170) 상에 제1 수지층(110)이 배치되고, 제2 수지층(160) 상에 제2 금속기판(180)이 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 열전모듈은 제1 금속기판(170), 열전소자(100) 및 제2 금속기판(180)을 포함할 수 있다.
제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등으로 이루어질 수 있다. 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 열전소자(100), 즉 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 제2 수지층(160) 등을 지지할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(100)가 적용되는 애플리케이션에 직접 부착되는 영역일 수 있다. 이에 따라, 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)은 각각 제1 금속지지체 및 제2 금속지지체와 혼용될 수 있다.
제1 금속기판(170)의 면적은 제1 수지층(110)의 면적보다 클 수 있으며, 제2 금속기판(180)의 면적은 제2 수지층(160)의 면적보다 클 수 있다. 즉, 제1 수지층(110)은 제1 금속기판(170)의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역 내에 배치될 수 있고, 제2 수지층(160)은 제2 금속기판(180)의 가장자리로부터 소정 거리만큼 이격된 영역 내에 배치될 수 있다.
제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160)은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 여기서, 무기충전재는 에폭시 수지 조성물의 68 내지 88vol%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 68vol%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 88vol%를 초과하여 포함되면 수지층과 금속기판 간의 접착력이 낮아질 수 있으며, 수지층이 쉽게 깨질 수 있다.
제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160)의 두께는 0.02 내지 0.6mm, 바람직하게는 0.1 내지 0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.6mm일 수 있으며, 열전도도는 1W/mK이상, 바람직하게는 10W/mK이상, 더욱 바람직하게는 20W/mK 이상일 수 있다.
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. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.
무기충전재는 산화물 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, 산화물은 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화아연 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 질화물이 질화붕소를 포함하는 경우, 질화붕소는 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체의 형태로 적용될 수 있으며, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다.
단위체 1은 다음과 같다.
[단위체 1]
Figure PCTKR2019011726-appb-I000001
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다.
[단위체 2]
Figure PCTKR2019011726-appb-I000002
또는, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.
이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 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 에폭시 수지 조성물 내에 고르게 분산될 수 있으며, 이에 따라 수지층 전체적으로 고른 열전도 효과 및 접착 성능을 가질 수 있다. 다만, 이로 한정되는 것은 아니며, 제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160) 중 적어도 하나는 세라믹 기판으로 대체될 수도 있다.
또는, 제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160) 중 적어도 하나는 실리콘 수지 및 무기충전재를 포함하는 실리콘 수지 조성물일 수도 있으며, 실리콘 수지는, 예를 들어 PDMS(polydimethtlsiloxane)를 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160) 중 적어도 하나는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 이때, 복수의 층 각각은 동일하거나 서로 상이한 수지 조성물 또는 무기충전재를 포함하여 형성될 수 있으며, 각각의 층 두께는 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 제1 수지층(110) 및 제2 수지층(160) 중 적어도 하나의 절연성, 접합력 및 열전도 성능 중 적어도 하나의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 금속기판과 수지층 간의 접합 구조를 나타낸다. 설명의 편의를 위하여 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110)을 예로 들어 설명하나, 동일한 구조가 제2 금속기판(180)과 제2 수지층(160) 간에도 적용될 수 있다.
도 3 내지 5를 참조하면, 제1 금속기판(170)의 양면 중 제1 수지층(110)이 배치되는 면, 즉 제1 금속기판(170)의 양면 중 제1 수지층(110)과 마주보는 면은 제1 영역(172) 및 제2 영역(174)을 포함하며, 제2 영역(174)은 제1 영역(172)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 제1 영역(172)은 제1 금속기판(170)의 가장자리로부터 가운데 영역을 향하여 소정 거리 내에 배치될 수 있으며, 제1 영역(172)은 제2 영역(174)을 둘러쌀 수 있다.
이때, 제2 영역(174)의 표면거칠기는 제1 영역(172)의 표면거칠기보다 크고, 제1 수지층(110)은 제2 영역(174) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 수지층(110)은 제1 영역(172)과 제2 영역(174) 간의 경계로부터 소정 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 수지층(110)은 제2 영역(174) 상에 배치되되, 제1 수지층(110)의 가장자리는 제2 영역(174) 내부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제2 영역(174)의 표면거칠기에 의하여 형성된 홈(400)의 적어도 일부에는 제1 수지층(110)의 일부, 즉 제1 수지층(110)에 포함되는 에폭시 수지(600) 및 무기충전재의 일부(604)가 스며들 수 있으며, 제1 수지층(110)과 제1 금속기판(170) 간의 접착력이 높아질 수 있다.
다만, 제2 영역(174)의 표면거칠기는 제1 수지층(110)에 포함되는 무기충전재 중 일부의 입자크기 D50보다는 크고, 다른 일부의 입자크기 D50보다는 작게 형성될 수 있다. 여기서, 입자크기 D50은 입도분포곡선에서 중량 백분율의 50%에 해당하는 입경, 즉 통과질량 백분율이 50%가 되는 입경을 의미하며, 평균 입경과 혼용될 수 있다. 제1 수지층(110)이 무기충전재로 산화알루미늄과 질화붕소를 포함할 경우를 예로 들면, 산화알루미늄은 제1 수지층(110)과 제1 금속기판(170) 간의 접착 성능에 영향을 미치지 않지만, 질화붕소는 표면이 매끄러우므로 제1 수지층(110)과 제1 금속기판(170) 간의 접착 성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 제2 영역(174)의 표면거칠기를 제1 수지층(110)에 포함되는 산화알루미늄의 입자크기 D50보다는 크되, 질화붕소의 입자크기 D50보다는 작게 형성하면, 제2 영역(174)의 표면거칠기에 의하여 형성된 홈 내에는 산화알루미늄만이 배치되며, 질화붕소는 배치될 수 없으므로, 제1 수지층(110)과 제1 금속기판(170)은 높은 접합 강도를 유지할 수 있다.
이에 따라, 제2 영역(174)의 표면거칠기는 제1 수지층(110) 내에 포함된 무기충전재 중 크기가 상대적으로 작은 무기충전재(604), 예를 들어 산화알루미늄의 입자크기 D50의 1.05 내지 1.5배이고, 제1 수지층(110) 내에 포함된 무기충전재 중 크기가 상대적으로 큰 무기충전재(602), 예를 들어 질화붕소의 입자크기 D50의 0.04 내지 0.15배일 수 있다.
전술한 바와 같이, 질화붕소 응집체의 입자크기 D50이 250 내지 350㎛이고, 산화알루미늄의 입자크기 D50이 10 내지 30㎛인 경우, 제2 영역(174)의 표면거칠기는 1 내지 50㎛일 수 있다. 이에 따라, 제2 영역(174)의 표면거칠기에 의하여 형성된 홈 내에는 산화알루미늄만이 배치되며, 질화붕소 응집체는 배치되지 않을 수 있다.
이에 따르면, 제2 영역(174)의 표면거칠기에 의하여 형성된 홈 내 에폭시 수지 및 무기충전재의 함량은 제1 금속기판(170)과 복수의 제1 전극(120) 사이의 가운데 영역에서 에폭시 수지 및 무기충전재의 함량과 상이할 수 있다.
이러한 표면거칠기는 표면거칠기 측정기를 이용하여 측정될 수 있다. 표면거칠기 측정기는 탐침을 이용하여 단면 곡선을 측정하며, 단면 곡선의 산봉우리선, 골바닥선, 평균선 및 기준길이를 이용하여 표면거칠기를 산출할 수 있다. 본 명세서에서, 표면거칠기는 중심선 평균 산출법에 의한 산술평균 거칠기(Ra)를 의미할 수 있다. 산술평균 거칠기(Ra)는 아래 수학식 2를 통하여 얻어질 수 있다.
Figure PCTKR2019011726-appb-M000002
즉, 표면거칠기 측정기의 탐침을 얻은 단면 곡선을 기준길이 L만큼 뽑아내어 평균선 방향을 x축으로 하고, 높이 방향을 y축으로 하여 함수(f(x))로 표현하였을 때, 수학식 2에 의하여 구해지는 값을 ㎛미터로 나타낼 수 있다.
도 6 내지 7을 참조하면, 제1 금속기판(170)의 양면 중 제1 수지층(110)이 배치되는 면, 즉 제1 금속기판(170)의 양면 중 제1 수지층(110)과 마주보는 면은 제1 영역(172) 및 제1 영역(172)에 의하여 둘러싸이고, 제1 영역(172)보다 표면거칠기가 크게 형성된 제2 영역(174)을 포함하되, 제3 영역(176)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제3 영역(176)은 제2 영역(174)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 제3 영역(176)은 제2 영역(174)에 의하여 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 그리고, 제2 영역(174)의 표면거칠기는 제3 영역(176)의 표면거칠기보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 제1 수지층(110)은 제1 영역(172)과 제2 영역(174) 간 경계로부터 소정 거리 이격되도록 배치되되, 제1 수지층(110)은 제2 영역(174)의 일부 및 제3 영역(176)를 커버하도록 배치될 수 있다.
제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 간의 접합 강도를 높이기 위하여, 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에는 접착층(800)이 더 배치될 수 있다.
접착층(800)은 제1 수지층(110)을 이루는 에폭시 수지 조성물과 동일한 에폭시 수지 조성물일 수 있다. 예를 들어, 제1 수지층(110)을 이루는 에폭시 수지 조성물과 동일한 에폭시 수지 조성물을 미경화 상태로 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110) 사이에 도포한 후, 경화된 상태의 제1 수지층(110)을 적층하고, 고온에서 가압하는 방식으로 제1 금속기판(170)과 제1 수지층(110)을 접합할 수 있다.
이때, 접착층(800)의 일부, 예를 들어 접착층(800)을 이루는 에폭시 수지 조성물의 에폭시 수지 일부 및 무기충전재 일부는 제2 영역(174)의 표면거칠기에 따른 홈의 적어도 일부에 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도이며, 실링재가 도포되는 영역을 설명한다. 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이고, 도 11은 도 1의 A 영역의 확대도이다.
도 1, 도 8 내지 11을 참조하면, 제1 금속기판(170)의 폭(W1)은 제2 금속기판(180)의 폭(W2)보다 크고, 제1 금속기판(170)은 제1 수지층(110)과 직접 접촉하는 제1 면(170-1) 및 제1 면(170-1)의 반대 면인 제2 면(170-2)을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자(100)를 실링하기 위하여, 열전모듈은 실링부(190)를 더 포함한다.
실링부(190)는 제1 금속기판(170) 상에서 제1 금속기판(170)으로부터 제2 금속기판(180)까지 배치되며, 열전소자(100)의 측면, 예를 들어 제1 수지층(110)의 측면, 복수의 제1 전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽, 복수의 제2 전극(150)의 최외곽 및 제2 수지층(160)의 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 열전소자(100), 즉 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
실링부(190)는 제1 지지대(192), 제2 지지대(194) 및 실링재(196)를 포함할 수 있다.
제1 지지대(192)는 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1) 상에서 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)과 접촉하고, 열전소자(100)의 측면, 예를 들어 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)의 측면과 제2 금속기판(180)의 측면과 이격되며, 열전소자(100)의 측면, 예를 들어 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)의 측면과 제2 금속기판(180)의 측면의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 제1 지지대(192)는 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1) 상에서 제1 수지층(110)의 측면, 복수의 제1 전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽, 복수의 제2 전극(150)의 최외곽, 제2 수지층(160)의 측면 및 제2 금속기판(180)의 측면의 적어도 일부와 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다.
제2 지지대(194)는 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1) 상에서 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)과 접촉하고, 제1 지지대(192)와 이격되며, 제1 지지대(192)에 의하여 둘러싸이고, 제2 금속기판(180)과 접촉하도록 배치될 수 있다.
이를 위하여, 제1 지지대(192)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 및 제2 수지층(160)와 제2 금속기판(180)의 적어도 일부를 수용하는 틀 형상일 수 있으며, 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)과 접촉하는 제1 접촉면(900), 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 및 제2 수지층(160)와 제2 금속기판(180)의 적어도 일부를 향하도록 배치되는 제1 내주면(902) 및 열전소자(100)의 외부를 향하도록 배치되는 제1 외주면(904)를 포함할 수 있다.
그리고, 제2 지지대(194)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 및 제2 수지층(160)와 제2 금속기판(180)의 적어도 일부를 수용하는 틀 형상일 수 있으며, 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)과 접촉하는 제2 접촉면(910), 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 및 제2 수지층(160)와 제2 금속기판(180)의 적어도 일부를 향하도록 배치되는 제2 내주면(912) 및 열전소자(100)의 외부를 향하도록 배치되는 제2 외주면(914), 제2 금속기판(180)과 접촉하는 제3 접촉면(916)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194)에는 전극에 연결된 와이어(200, 202)를 인출하기 위한 가이드 홈(G)이 형성될 수 있다. 이를 위하여, 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194) 각각은 플라스틱 등으로 이루어진 사출 성형물일 수 있으며, 실링 케이스 또는 실링 커버와 혼용될 수 있다. 여기서, 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194)가 사각 형상인 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194)는 다각 형상 또는 원형 형상 등으로 다양하게 변형될 수 있다.
그리고, 실링재(196)는 제1 지지대(192)와 제2 지지대(194) 사이에 배치될 수 있다. 실링재(196)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실링재(196)는 제2 지지대(194)의 외주면(914), 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1), 및 제1 지지대(192)의 내주면(902)으로 이루어진 공간 내에 채워질 수 있으며, 제1 지지대(192), 제1 금속기판(170) 및 제2 지지대(194)를 기밀하는 역할을 할 수 있다. 실링재(196)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130), 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 수지층(160)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이, 실링부(190)가 제1 지지대(192)와 제2 지지대(194)를 포함하며, 제1 지지대(192)와 제2 지지대(194) 사이가 실링재(196)로 채워지는 경우, 실링재(196)를 도포하는 공정이 한번만 수행되면 되므로, 실링재(196) 도포 시 소요되는 시간 및 비용을 현저히 줄일 수 있다. 또한, 실링재(196)가 제1 지지대(192)와 제2 지지대(194) 사이에 채워지므로, 금속 기판의 표면에 실링재가 묻는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 제2 지지대(194)의 내주면(912)은 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)에 대하여 경사(0°<θ<90°, 바람직하게는 15°<θ<85°, 더욱 바람직하게는 30°<θ<80°)진 면을 포함할 수 있다. 즉, 제1 금속기판(170)과 접촉하는 영역에서 제2 지지대(194)의 내경(D1)은 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 제2 수지층(160) 및 제2 금속기판(180) 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 제2 지지대(194)의 내경(D2)보다 클 수 있다. 제2 지지대(194)가 이와 같은 구조를 가지는 경우, 제1 금속기판(170)과 제2 금속기판(180) 사이를 안정적으로 지지할 수 있으며, 도포되는 실링재(196)의 양을 최소화하면서도 제2 지지대(194)의 외주면(914)과 실링재(196) 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으므로, 실링 강도를 높일 수 있다.
또한, 제1 금속기판(170)과 접촉하는 영역에서 제1 지지대(192)의 두께(d1)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 제2 수지층(160) 및 제2 금속기판(180) 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 제1 지지대(192)의 두께(d2)보다 작을 수 있다. 이에 따르면, 제1 지지대(192)의 내주면(902)과 실링재(196) 간의 접촉 면적 및 제1 금속 기판(170)의 제1 면(170-1)과 실링재(196) 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으므로, 실링 강도를 높일 수 있다.
이때, 제1 금속기판(170)과 접촉하는 영역에서 제1 지지대(192)의 두께(d1)는 제1 수지층(110), 복수의 제1 전극(120), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 제2 전극(150), 제2 수지층(160) 및 제2 금속기판(180) 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 제1 지지대(192)의 두께(d2) 중 최대 두께의 0.2배 이상일 수 있다. 이러한 수치 범위를 벗어나면, 제1 지지대(192)와 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1) 간의 지지 강도가 약해져서 실링재(196)가 제1 지지대(192)의 바깥으로 흘러나갈 수 있다.
도 12 내지 14는 도 1의 A 영역의 다양한 실시예이다.
도 12를 참조하면, 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)에는 제1 지지대(192)를 수용하는 홈(10) 및 제2 지지대(194)를 수용하는 홈(11) 중 적어도 하나가 형성될 수 있다. 이에 따르면, 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194)는 제1 금속기판(170)의 제1 면(170-1)에 더욱 안정적으로 고정될 수 있으며, 실링재(196)가 제1 지지대(192) 및 제2 지지대(194) 사이 공간의 바깥쪽으로 새어나가는 문제를 방지할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제2 지지대(194)는 제2 금속기판(180)의 측면과 접촉하며, 제2 금속기판(180)의 측면에는 제2 지지대(194)를 수용하기 위한 홈(12)이 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 제2 지지대(194)는 제2 금속기판(180)의 측면에 안정적으로 고정될 수 있다.
도 12 내지 13의 실시예에서, 제1 금속기판(170) 및 제2 금속기판(180)에 형성된 홈(10, 11, 12)에 수용되기 위하여, 제1 지지대(192)의 제1 접촉면(900), 제2 지지대(194)의 제2 접촉면(910) 및 제3 접촉면(916)은 홈(10, 11, 12)의 형상에 따라 사출 성형될 수 있다.
도 14를 참조하면, 제2 금속기판(180)은 제2 수지층(160)과 직접 접촉하는 제 3면(180-1) 및 제3 면의 반대 면인 제4 면(180-2)을 포함하고, 제2 지지대(194)는 제2 금속기판(180)의 제3 면(180-1)과 접촉할 수도 있다. 이를 위하여, 제3 면(180-1)에는 제2 지지대(194)를 수용하기 위한 홈(13)이 형성될 수 있다. 이에 따르면, 제2 지지대(194)는 제2 금속기판(180)에 안정적으로 고정될 수 있다.
이하에서는 도 15를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 정수기에 적용된 예를 설명한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 정수기(1)는 원수 공급관(12a), 정수 탱크 유입관(12b), 정수탱크(12), 필터 어셈블리(13), 냉각 팬(14), 축열조(15), 냉수 공급관(15a), 및 열전장치(1000)을 포함한다.
원수 공급관(12a)은 수원으로부터 정수 대상인 물을 필터 어셈블리(13)로 유입시키는 공급관이고, 정수 탱크 유입관(12b)은 필터 어셈블리(13)에서 정수된 물을 정수 탱크(12)로 유입시키는 유입관이고, 냉수 공급관(15a)은 정수 탱크(12)에서 열전장치(1000)에 의해 소정 온도로 냉각된 냉수가 최종적으로 사용자에게 공급되는 공급관이다.
정수 탱크(12)는 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수되고 정수 탱크 유입관(12b)을 통해 유입된 물을 저장 및 외부로 공급하도록 정수된 물을 잠시 수용한다.
필터 어셈블리(13)는 침전 필터(13a)와, 프리 카본 필터(13b)와, 멤브레인 필터(13c)와, 포스트 카본 필터(13d)로 구성된다.
즉, 원수 공급관(12a)으로 유입되는 물은 필터 어셈블리(13)를 경유하며 정수될 수 있다.
축열조(15)가 정수 탱크(12)와, 열전장치(1000)의 사이에 배치되어, 열전장치(1000)에서 형성된 냉기가 저장된다. 축열조(15)에 저장된 냉기는 정수 탱크(12)로 인가되어, 정수 탱크(120)에 수용된 물을 냉각시킨다.
냉기 전달이 원활하게 이루어질 수 있도록, 축열조(15)는 정수 탱크(12)와 면접촉될 수 있다.
열전장치(1000)은 상술한 바와 같이, 흡열면과 발열면을 구비하며, P 형 반도체 및 N형 반도체 상의 전자 이동에 의해, 일측은 냉각되고, 타측은 가열된다.
여기서, 일측은 정수 탱크(12) 측이며, 타측은 정수 탱크(12)의 반대측일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 정수기 내에서 정수 탱크(12)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
이하에서는 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 냉장고에 적용된 예를 설명한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 적용된 냉장고의 블록도이다.
냉장고는 심온 증발실내에 심온 증발실 커버(23), 증발실 구획벽(24), 메인 증발기(25), 냉각팬(26) 및 열전장치(1000)을 포함한다.
냉장고 내는 심온 증발실 커버(23)에 의하여 심온 저장실과 심온 증발실로 구획된다.
상세히, 상기 심온 증발실 커버(23)의 전방에 해당하는 내부 공간이 심온 저장실로 정의되고, 심온 증발실 커버(23)의 후방에 해당하는 내부 공간이 심온 증발실로 정의될 수 있다.
심온 증발실 커버(23)의 전면에는 토출 그릴(23a)과 흡입 그릴(23b) 이 각각 형성될 수 있다.
증발실 구획벽(24)은 인너 캐비닛의 후벽으로부터 전방으로 이격되는 지점에 설치되어, 심온실 저장 시스템이 놓이는 공간과 메인 증발기(25)가 놓이는 공간을 구획한다.
메인 증발기(25)에 의하여 냉각되는 냉기는 냉동실로 공급된 뒤 다시 메인 증발기 쪽으로 되돌아간다.
열전장치(1000)은 심온 증발실에 수용되며, 흡열면이 심온 저장실의 서랍 어셈블리 쪽을 향하고, 발열면이 증발기 쪽을 향하는 구조를 이룬다. 따라서, 열전장치(1000)서 발생되는 흡열 현상을 이용하여 서랍 어셈블리에 저장된 음식물을 섭씨 영하 50도 이하의 초저온 상태로 신속하게 냉각시키는데 사용될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 열전장치(1000)은 방수 및 방진 성능이 우수하며, 열 유동 성능이 개선되어, 냉장고 내에서 서랍 어셈블리를 효율적으로 냉각할 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. 또는, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열을 이용하여 전기를 발생시키는 발전 장치에 적용될 수도 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 (10)

  1. 제1 금속기판;
    상기 제1 금속기판 상에 배치되는 열전소자; 및
    상기 열전소자 상에 배치되는 제2 금속기판;을 포함하고,
    상기 열전소자는,
    상기 제1 금속기판 상에 배치되며, 상기 제1 금속기판과 직접 접촉하는 제1 수지층;
    상기 제1 수지층 상에 배치된 복수의 제1 전극;
    상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그;
    상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극; 및
    상기 복수의 제2 전극 상에 배치되는 제2 수지층;을 포함하고,
    상기 제1 금속기판의 폭은 상기 제2 금속기판의 폭보다 크고,
    상기 제1 금속기판은 상기 제1 수지층과 직접 접촉하는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대 면인 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 상에서 상기 열전소자 및 상기 제2 금속기판의 측면과 이격되며, 상기 열전소자 및 상기 제2 금속기판의 측면을 둘러싸도록 배치된 제1 지지대;
    상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 상에서 상기 제1 지지대와 이격되며 상기 제1 지지대에 의하여 둘러싸이도록 배치되는 제2 지지대; 및
    상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 배치되는 실링재;를 더 포함하는 열전모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지대는 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면과 접촉하고,
    상기 제2 지지대는 상기 제1 금속기판의 상기 제1 면 및 상기 제2 금속기판과 접촉하는 열전모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실링재는 상기 제1 지지대의 내주면, 상기 제2 지지대의 외주면 및 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이에 배치된 상기 제1 면과 접촉하는 열전모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 지지대의 내주면은 상기 제1 면에 대하여 경사진 면을 포함하는 열전모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1금속기판과 접촉하는 영역에서 상기 제2 지지대의 내경은 상기 제1 수지층, 상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 제2 전극, 상기 제2 수지층 및 상기 제2 금속기판 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 상기 제1 지지대의 내경보다 큰 열전모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1금속기판과 접촉하는 영역에서 상기 제1 지지대의 두께는 상기 제1 수지층, 상기 복수의 제1 전극, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 제2 전극, 상기 제2 수지층 및 상기 제2 금속기판 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 영역에서 상기 제1 지지대의 두께보다 작은 열전모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속기판의 상기 제1 면에는 상기 제1 지지대를 수용하는 홈 및 상기 제2 지지대를 수용하는 홈 중 적어도 하나가 형성되는 열전모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 지지대는 상기 제2 금속기판의 측면과 접촉하는 열전모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 금속기판의 측면에는 상기 제2 지지대를 수용하기 위한 홈이 형성되는 열전모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2 금속기판은 상기 제2 수지층과 직접 접촉하는 제3 면 및 상기 제3 면의 반대 면인 제4 면을 포함하고,
    상기 제2 지지대는 상기 제2 금속기판의 상기 제3 면과 접촉하는 열전모듈.
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