KR101680422B1 - 써멀비아전극을 구비한 열전모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전모듈의 상부기판과 하부기판 모두 또는 이 둘 중의 하나에 형성된 비아홀 또는 비아홈에 써멀비아전극을 구비하며 상기 써멀비아전극에 p형 열전소자와 n형 열전소자를 접합시켜 열전모듈을 구성함으로써 상기 써멀비아전극을 통해 힛 소스(heat source)로부터 열전소자로의 열전달과 열전소자로부터 힛 싱크(heat sink)로의 열방출이 이루어지며 또한 상기 써멀비아전극을 p형 열전소자와 n형 열전소자를 연결하는 전극으로 사용하는 것을 특징으로 하는 열전모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

써멀비아전극을 구비한 열전모듈 및 그 제조방법{Thermoelectric modules consisting of thermal-via electrodes and Fabrication method thereof}
본 발명은 열전모듈 및 열전모듈의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 열과 전기의 직접변환이 가능한 소자로서 전자냉각, 열전발전 등에 이용되는 열전모듈에 관한 것이다.
열전재료는 지벡 효과와 펠티에 효과에 의해 열과 전기의 직접변환이 가능한 재료로서 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 열전재료를 이용한 전자냉각모듈과 열전발전모듈은 p형 열전소자들과 n형 열전소자들이 전기적으로는 직렬연결되어 있으며 열적으로는 병렬연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 p형 열전소자와 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 저온단 (cold junction) 부위에서 고온단 (hot junction) 부위로 펌핑되어 저온단 부위가 냉각된다. 이에 반해 열전발전의 경우에는 모듈의 고온단과 저온단 사이의 온도차에 의해 고온단에서 저온단 부위로 열의 이동과 함께 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함으로써 지벡 효과에 의해 기전력이 발생하게 된다.
전자냉각모듈은 열응답 감도가 높고 국부적으로 선택적 냉각이 가능하며 작동부분이 없어 구조가 간단한 장점이 있어, 광통신용 LD 모듈, 고출력 파워 트랜지스터, 적외선 감지소자 및 CCD 등 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며, 공업용, 민생용 항온조나 과학용, 의료용 항온유지 장치에 응용되고 있다. 열전발전은 온도차만 부여하면 발전이 가능하여 이용 열원의 선택범위가 넓으며 구조가 간단하고 소음이 없어, 군사용 전원장치를 비롯한 특수소형 전원장치를 비롯하여 산업폐열을 이용한 열전발전기, 자동차 폐열을 이용한 열전발전기 및 인체 열을 이용한 에너지 하비스팅용 미세 열전발전기 등으로 경제적 용도가 크게 증대하고 있다.
도 1에 종래 기술에 의한 열전모듈(10)의 종단면 모식도를 나타내었다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 열전모듈(10)의 상면과 하면에는 각기 상부기판(11)과 하부기판(11)이 구비되어 있으며 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)의 사이에는 다수의 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)가 구비된다. 상기 상부기판(11)을 통해 힛 소스의 열이 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)로 전달되며, 상기 하부기판(11)을 통해 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)로부터 열이 힛 싱크로 방출된다.
상기 상기기판(11)과 하부기판(11) 사이에 구비되는 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)들은 일반적으로 육면체 형상의 일정한 크기를 갖는 요소로서 p형 열전소자(15)들과 n형 열전소자(16)들이 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결된 구조를 갖도록 상기 상부기판(11)과 하부기판(16)에 구비한 전극층(13)에 교번하여 접합된다.
상기 상부기판(11)과 하부기판(11)에는 p형 열전소자(15)들과 n형 열전소자(16)들을 교번 배치하여 납땜하기 위한 전극층(13)이 구비된다. 상기 전극층(13)은 니켈 코팅한 구리로 구비하는 것이 일반적이다.
상부기판(11)과 하부기판(11)에 상기 전극층(13)을 형성하는 방법으로는 기판(11)에 전극접합층(12)을 형성한 후 상기 전극접합층(12)에 전극층(13)을 접합하는 방법이 일반적으로 사용되고 있으며, DBC(Direct Bonded Copper)법을 사용하여 알루미나 기판(11)에 구리 전극(13)을 직접 접합하는 방법도 사용되고 있다. 상기 전극접합층(12)은 일반적으로 금속페이스트, 솔더 또는 접착제를 사용하여 구비된다. 상기 전극접합층(12)을 사용하여 상부기판(11)과 하부기판(11)에 접합된 전극층(13)의 표면에는 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)를 전극층(13)에 접합하기 위한 솔더층(14)이 구비된다.
상기 솔더층(14)을 녹여 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)를 전극층(13)에 접합시 열전소자(15,16)가 솔더층(14)의 땜납에 오염되는 것을 방지하기 위해 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)의 위 면과 아래 면에 베리어(barrier)층(17)을 구비한 후, 상기 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)를 전극층(13)에 교번하여 배치하고 전극층(13)에 구비된 솔더층(14)을 용융시켜 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16)를 전극층(13)에 납땜함으로써 기존 기술에 의한 열전모듈(10)이 구성된다.
그러나 상기와 같이 구성되는 기존 기술에 의한 열전모듈(10)은 다음과 같은 문제점이 있다. 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)은 전기절연을 위해 알루미나와 같은 세라믹을 사용하는데, 알루미나와 같은 세라믹은 열전도도가 낮기 때문에 이들을 사용하여 구비한 상부기판(11)을 통한 힛 소스로부터 열전소자(15,16)로의 열전달과 하부기판(11)을 통한 열전소자(15,16)로부터 힛 싱크로의 열방출이 효율적으로 이루어지지 않기 때문에 열전모듈(10)의 성능이 낮은 문제점이 있다.
열전모듈(10)의 최대발전출력 P o 는 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112014003472117-pat00001
(수학식 1)
상기 수학식 1에서 m은 열전모듈(10)을 구성하는 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16) 쌍(p-n 열전소자 쌍)의 개수, 는 p형 열전소자(15)와 n형 열전소자(16) 1쌍의 지벡계수의 합, R은 열전모듈(10)의 내부저항이며 T는 열전소자(15,16)의 고온단과 저온단 사이의 온도차이다. 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 열전모듈(10)의 최대발전출력 P o 는 열전소자(15,16)의 고온단과 저온단 사이의 온도차 T의 제곱에 비례한다.
기존 기술에 의한 열전모듈(10)에서는 알루미나와 같은 세라믹 소재로 형성한 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)의 낮은 열전도도로 인해 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)의 열저항이 크기 때문에 p형과 n형 열전소자(15,16)의 양단에서 실제로 발생하는 온도차 T가 열전모듈(10)의 고온단과 저온단에 가해주는 온도차에 비해 크게 저하하여 열전모듈(10)의 성능이 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 기존 기술에 의한 열전모듈(10)에서는 전극접합층(12)을 구비하기 위한 공정이 필요하여 열전모듈(10)의 제조원가가 높아지는 문제점이 있다. 이와 더불어 열전모듈(10)을 발전용이나 냉각용으로 반복하여 사용함에 따라 세라믹인 기판(11)과 금속인 전극층(13)의 열팽창계수의 차이에 기인한 전극접합층(12)의 파단에 의해 전극층(13)이 기판(11)에서 박리될 수 있어 열전모듈(10)의 성능과 신뢰도 및 수명이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존 열전모듈의 낮은 열전도도를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 열전모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 더불어 제조공정의 경제성을 향상시키고 모듈의 내구성도 증가시킬 수 있는 새로운 구조의 열전모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 열전모듈은, 상부기판과 하부기판의 전극에 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 p형 열전소자 및 n형 열전소자가 교번 배열하여 접합되어 있는 열전모듈에 있어서,
상기 상부기판 또는 상기 하부기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되며, 상기 기판의 일부가 연통된 비아홀이나 상기 기판의 일부에 형성된 비아홈에 형성되고 상기 p형 열전소자 및 상기 n형 열전소자가 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되는 써멀비아전극을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 상부기판과 상기 하부기판이 모두 써멀비아전극이 구비된 기판으로 이루어질 수도 있으며, 상기 상부기판 또는 상기 하부기판 중 하나가 써멀비아전극이 구비된 기판으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 상부기판과 상기 하부기판은 같은 소재를 사용하여 이루어지거나 또는 서로 다른 소재를 사용하여 이루어질 수도 있다.
써멀비아전극이 형성되는 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
써멀비아전극이 형성되는 기판은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 써멀비아전극은 기판의 비아홀 또는 비아홈에 적어도 하나 이상이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 써멀비아전극은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 써멀비아전극과 상기 p형 열전소자 상기 n형 열전소자는 소자접합층을 통하여 접합되는 것이 바람직하며, 상기 소자접합층은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하여 이루어질 수 있다. 이때, 상기 솔더는 주석(Sn)에 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스(Bi), 인듐(In), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 납(Pb), 금(Au) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 써멀비아전극은 비아접착층을 개재하여 기판에 형성될 수 있으며, 상기 비아접착층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 열전모듈에서는 써멀비아전극이 형성된 기판에 추가로 절연층이 형성될 수 있다. 상기 절연층은 페릴렌(Pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어거나, SiO2 , Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 p형 열전소자는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2 +m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어질 수 있다.
상기 n형 열전소자는 n형 Bi2(Te,Se)3, Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2 +m, FeSi2, CoSi, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어질 수 있다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열전모듈 제조방법은, (a) 기판에 비아홀 또는 비아홈을 형성하고 상기 비아홀 또는 상기 비아홈에 써멀비아전극을 형성하는 단계; (b) 상기 써멀비아전극이 형성된 기판을 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로 하고, 상부 기판 및 하부 기판의 써멀비아전극 또는 일반 전극에 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 교번 배열하여 접합시켜 열전모듈을 구성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 상부기판과 상기 하부기판이 모두 써멀비아전극이 구비된 기판으로 이루어질 수도 있으며, 상기 상부기판 또는 상기 하부기판 중 하나가 써멀비아전극이 구비된 기판으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 상부기판과 상기 하부기판은 같은 소재를 사용하여 이루어지거나 또는 서로 다른 소재를 사용하여 이루어질 수도 있다.
써멀비아전극이 형성되는 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
써멀비아전극이 형성되는 기판은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 (a) 단계에서, 상기 기판에 적어도 하나 이상의 비아홀을 형성하고 상기 비아홀에 상기 써멀비아전극을 형성하는 할 수 있으며, 또한 상기 기판에 적어도 하나 이상의 비아홈을 형성하고 상기 비아홈에 상기 써멀비아전극을 형성하는 것도 가능하다.
이때, 상기 비아홀 또는 상기 비아홈은 레이저 가공, Deep RIE, 이온밀링, 이온에칭, 드릴 가공, 습식에칭, 펀칭 중의 어느 하나를 사용하거나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하여 형성될 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 세라믹 그린쉬트에 적어도 하나 이상의 비아홀 또는 비아홈을 형성한 후 이를 소결하여 비아홀을 갖는 세라믹 기판을 제조하고 상기 비아홀에 상기 써멀비아전극을 형성할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 몰드에 써멀비아전극으로 사용할 금속들을 배열한 후 고분자 용액을 장입하고 응고시켜 써멀비아전극이 구비된 고분자 기판을 형성하는 것도 가능하며, 또한, 고분자를 B-stage 큐어링한 후 이에 써멀비아전극용 금속들을 배열삽입하고 C-stage 큐어링 함으로써 써멀비아전극이 구비된 고분자 기판을 형성하는 것도 가능하다.
상기 써멀비아전극은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 써멀비아전극은 전기도금, 무전해도금, 진공증착, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나를 사용하거나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하여 형성될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 열전모듈 제조방법은, 상기 써멀비아전극 표면에 p형 열전소자와 n형 열전소자를 접합하기 위한 소자접합층을 형성하는 단계가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 소자접합층은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하여 이루어질 수 있다. 이때, 상기 솔더는 주석(Sn)에 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스(Bi), 인듐(In), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 납(Pb), 금(Au) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어지는 것을 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 적어도 하나 이상의 비아홀 또는 비아홈이 형성된 기판에서 상기 비아홀 또는 상기 비아홈 둘레에 비아접착층을 형성한 후 상기 비아홀 또는 상기 비아홈에 써멀비아전극을 형성할 수 있다. 상기 비아접착층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 단일층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.
삭제
상기 본 발명에 따른 열전모듈 제조방법은 써멀비아전극이 형성된 기판에 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 절연층은 페릴렌(Pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연층은 SiO2, Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
상기 p형 열전소자는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2 +m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어질 수 있다.
상기 n형 열전소자는 n형 Bi2(Te,Se)3, Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2 +m, FeSi2, CoSi, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의해 기판의 비아홀 또는 비아홈에 형성된 써멀비아전극을 구비하고 상기 써멀비아전극에 열전소자들을 접합하여 열전모듈을 구성함으로써 열전도도가 우수한 금속으로 구비한 써멀비아전극을 통해 힛 소스(heat source)로부터 열전소자로의 열전달과 열전소자로부터 힛 싱크(heat sink)로의 열방출을 극대화 함으로써 열전모듈의 성능 향상이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의해 써멀비아전극을 p형과 n형 열전소자 사이의 전극으로 사용하게 됨으로써 열전모듈의 제조원가를 낮출 수 있으며 성능과 신뢰도 및 수명의 향상이 가능하게 된다.
도 1은 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 개략적인 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)으로 구성된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도
도 4 및 도 5는 본 발명에 의해 써멀비아전극 열전모듈(20)을 제조하는 방법을 나타내는 공정 흐름도. (a) 비아 홀(31) 또는 비아홈(32)을 구비한 기판(21)의 개략적인 단면도, (b) 비아 홀(31) 또는 비아홈(32)을 구비한 기판(21)의 개략적인 조감도, (c) 써멀비아전극(22)을 형성한 기판(21)의 개략적인 단면도, (d) 써멀비아전극(22)을 형성한 기판(21)의 개략적인 조감도, (e) 써멀비아전극(22)에 소자접합층(23)을 구비한 기판(21)의 개략적인 단면도, (f) 베리어(barrier)층(26)을 구비한 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)의 개략적인 단면도.
도 6(a)는 기존 기술에 의한 열전모듈(10)에서 열전모듈(10)의 양단간의 온도차와 열전소자(15,16)의 양단간의 온도차의 관계를 나타내는 모식도.
도 6(b)는 본 발명에 따른 써멀비아전극 열전모듈(20)에서 써멀비아전극 열전모듈(20) 양단간의 온도차와 열전소자(24,25) 양단간의 온도차의 관계를 나타내는 모식도.
도 7는 본 발명에 따라 써멀비아전극(22)과 절연층(51)을 구비한 기판(21)으로 구성된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명에 따라 기판(21)의 써멀비아전극(22)에 베리어층(26)을 구비하지 않은 열전소자(24,25)를 접합하여 구성한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도.
도 9은 본 발명에 의해 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)을 제조하는 또 다른 방법을 나타내는 공정 흐름도. (a) 비아접착층(71)이 형성된 비아 홀(31)을 구비한 기판(21)의 개략적인 단면도, (b) 비아접착층(71)이 형성된 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(22)의 개략적인 단면도.
도 10은 본 발명에 따라 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)으로 구성된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도.
도 11는 본 발명에 따라 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)과 절연층(51)을 구비한 기판(21)으로 구성된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도.
도 12은 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 개략적인 기판(11) 단면도.
도 13은 본 발명에 따라 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)과 기존 기술에 의한 기판(11)을 함께 사용하여 구성한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도.
이하에서는, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 열전모듈(20)의 상부기판(21)과 하부기판(21) 모두 또는 이 둘 중의 하나에 써멀비아전극(22)을 구비하고 상기 써멀비아전극(22)에 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 접합함으로써 열전도도가 우수한 새로운 구조의 열전모듈을 제공한다.
기존의 열전모듈은 알루미나와 같은 세라믹 소재로 형성한 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)의 낮은 열전도도로 인해 상기 상부기판(11)과 하부기판(11)의 열저항이 크기 때문에 p형과 n형 열전소자(15,16)의 양단에서 실제로 발생하는 온도차 T가 열전모듈(10)의 고온단과 저온단에 가해주는 온도차에 비해 크게 저하하여 열전모듈(10)의 성능이 낮아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기판의 일부를 연통하는 비아홀에 전극을 형성하고 이 전극을 통해 p형과 n형 열전소자를 접합시킴으로써, 이렇게 형성된 전극을 통해 힛 소스(heat source)로부터 열전소자로의 열전달과 열전소자로부터 힛 싱크(heat sink)로의 열방출이 이루어져 성능이 크게 개선된 열전모듈을 제공하게 된다. 또한, 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 전극접합층(12)과 전극층(13)이 불필요하게 되어 제조원가가 낮으며 또한 성능과 신뢰도 및 수명이 향상된 열전모듈(20)을 제공할 수 있다.
발명자는 이렇게 기판의 일부를 연통하는 비아홀에 형성되어 기판과 일체를 이루는 새로운 개념의 전극을 "써멀비아전극(thermal-via electrode)"이라고 명명하고자 한다. 본 발명에서 써멀비아전극은 세라믹 또는 고분자 기판에 전극접합층을 통해 접합된 전극과는 구별되는 용어로써, 기판의 일부를 연통하는 비아홀에 형성되거나 기판의 일부에 형성된 비아홈에 형성되어 기판과 일체로 이루어지는 전극을 통칭하여 정의한다. 따라서, 본 발명에서 써멀비아전극은 세라믹 기판에 접합된 기존의 전극과는 달리 기판의 일부에 형성되어 기판과 일체를 이루는 것이라면 모두 이에 포함될 수 있을 것이다.
써멀비아전극(22)은 가장 바람직하게는 도 2에서와 같이 기판을 연통하는 적어도 하나 이상의 비아홀에 형성될 수도 있으나, 도 3에서와 같이 기판의 일부에 형성된 비아홈에 형성될 수도 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)으로 구성된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 써멀비아전극(22)은 기판을 연통하는 비아홀에 형성되어 기판(21)과 일체를 이루며, 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)이 상부기판 및 하부기판으로 사용된다. 써멀비아전극(22)에 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 p형 열전소자(24) 및 n형 열전소자(25)가 교번 배열하여 소자접합층(23)을 통하여 접합되어 있다. 접합시 솔더에 의한 오염을 방지하기 위해 열전소자(24, 25)의 위 면과 아래 면에는 베리어층(26)이 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 열전모듈(20)은 기존의 세라믹 기판보다 열전도도가 높은 써멀비아전극(22)을 통해 힛 소스(heat source)로부터 열전소자로의 열전달과 열전소자로부터 힛 싱크(heat sink)로의 열방출이 이루어져 열저항을 크게 줄일 수 있게 되어 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 써멀비아전극(22)은 기판(21)을 완전히 연통하지 않고 기판(21)의 비아홈에 형성될 수도 있다. 이러한 열전모듈(20)에서도 세라믹 기판 자체를 상부기판 및 하부기판으로 사용하는 기존의 열전모듈(10)에 비해 열저항을 크게 줄일 수 있어 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 써머비아전극을 구비한 열전모듈의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
<실시예 1>
본 발명에 의한 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)을 이용한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 제조방법의 일실시예는 다음과 같이 구성된다.
먼저, 도 4(a)의 단면도와 도 4(b)의 조감도에 도시한 바와 같이 두께 1 mm, 크기 40 mm x 40 mm의 알루미나 기판(21)에 레이저 가공을 이용하여 2 mm x 5 mm 크기의 네모난 형상의 비아 홀(31)들을 1 mm 간격으로 형성하였다.
상기와 같이 네모난 형상의 비아 홀(31)들을 형성한 알루미나 기판(21)을 구리 테잎에 부착하고 이들을 구리 도금액 내에 장입하였다. Current source meter를 사용하여 알루미나 기판(21)을 부착한 구리 테입에 도금전류를 인가하여 알루미나 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들을 구리 도금으로 채워 써멀비아전극(22)들을 형성한 후, 구리 테잎을 떼어내어 도 4(c)의 단면도와 도 4(d)의 조감도에 도시한 바와 같은 구리 써멀비아전극(22)들이 구비된 알루미나 기판(21)을 형성하였다.
상기와 같이 알루미나 기판(21)에 구비된 써멀비아전극(22)의 표면에 스크린프린팅법으로 솔더 페이스트를 도포하여 도 4(e)의 단면도에 도시한 바와 같이 써멀비아전극(22)에 소자접합층(23)을 구비하였다.
p형 (Bi0.25Sb0.75)2Te3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 도 4(f)의 단면도에 도시한 바와 같이 베리어(barrier)층(26)을 구비한 p형 열전소자(24)들을 구비하였으며, n형 Bi2(Te0.95Se0.05)3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 도 4(f)의 단면도에 도시한 바와 같이 베리어층(26)을 구비한 n형 열전소자(25)들을 구비하였다.
본 실시예에서는 소자접합층(23)으로 솔더를 사용하여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합시 솔더반응을 조절하고 솔더에 의한 열전소자(24,25)의 오염을 방지하기 위해 열전소자(24,25)의 위 면과 아래 면에 베리어층(26)을 구비하였다.
상기 구리 써멀비아전극(22)들이 구비된 알루미나 상부기판(21)과 하부기판(21)의 써멀비아전극(22)들에 베리어층(26)이 구비된 p형 열전소자(24)들과 n형 열전소자(25)들을 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 교번 배열한 후, 상기 소자접합층(23)으로 구비한 솔더를 녹여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합시켜 도 2에 도시한 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)을 형성하는 것이 가능하였다.
표 1에 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성을 비교하였다. 표 1에 나타낸 발전특성을 측정하기 위해 각기 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)을 전기저항 발열체로 가열하는 고온단과 냉각수를 순환시켜 15℃의 일정한 온도로 유지하는 저온단 사이에 장입한 후 열전모듈(10,20)의 양단간의 온도차 T에 따른 발전출력을 측정하였다. 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 의해 제공방법이 간단하면서도 성능이 40% 정도 향상된 열전모듈(20)을 제공할 수 있다.
기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성 비교
고온단 온도
(℃)		 저온단 온도
(℃)		 온도차 T
(℃)		 발전 출력(W)
기존기술에
의한 열전모듈		 본 실시예에
의한 열전모듈
120 15 105 1.7 2.4
150 15 135 2.8 3.8
200 15 185 4.4 6.1
기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 양단간에 동일한 온도차 T를 인가하였을 때 각 열전모듈 내에서 위치에 따른 온도 변화를 각기 도 6(a)와 도 6(b)에 도식적으로 나타내었다. 기존 기술에 의한 열전모듈(10)에서는 열전도도가 낮은 기판(11)의 큰 열저항에 의해 도 6(a)에 도시한 바와 같이 실제 열전소자(15,16)에 작용하는 온도차 T가 열전모듈(10)의 양단간에 인가한 온도차 T에 비해 크게 작아지게 된다. 반면에 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)에서는 열전도도가 높은 써멀비아전극(22)을 통해 열전소자로(24,25)로 열전달이 이루어지기 때문에 실제 열전소자(24,25)에 작용하는 온도차 T가 열전모듈(20)의 양단간에 인가한 온도차 T와 거의 같아지게 된다.
즉 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 양단간에 동일한 온도차 T를 인가하여도 기존 기술에 의한 열전모듈(10)에 비해 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)에서 훨씬 큰 온도차 T가 열전소자(24,25)에 작용하게 된다. 수학식 1에서와 같이 열전모듈(10,20)의 성능은 열전소자(15,16,24,25)에 작용하는 온도차 T의 제곱에 비례하기 때문에, 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)에서 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 비교하여 열전성능이 크게 향상되는 것이 가능하다.
본 실시예와 더불어, 본 발명에서는 도 7에 도시한 바와 같이 써멀비아전극 열전모듈(20)의 위 면과 아래 면에 절연층(51)을 구비하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 상기 절연층(51)은 페릴렌(Parylene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어질 수도 있다.
바람직하게는, 상기 절연층(51)은 SiO2 , Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 소결된 알루미나 기판(21)에 레이저 가공을 하여 써멀비아전극(22)을 형성할 비아 홀(31)을 형성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 소결하기 전의 세라믹 그린쉬트에 레이저 가공이나 펀칭과 같은 방법으로 비아 홀(31)을 형성한 후 이를 소결하여 비아 홀(31)이 구비된 세라믹 기판(21)을 구성하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 기판(21)을 레이저 가공을 하여 써멀비아전극(22)을 형성할 비아 홀(31)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 레이저 가공, Deep RIE, 이온밀링, 이온에칭, 드릴 가공, 습식에칭을 사용하여 기판(21)에 써멀비아전극(22)을 형성할 비아 홀(31)을 구비하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 구리(Cu)를 사용하여 써멀비아전극(22)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나의 금속 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 써멀비아전극(22)을 구비하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 전기도금법을 사용하여 써멀비아전극(22)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 써멀비아전극(22)의 형성에 전기도금, 무전해도금, 진공증착, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 포함하여 어떠한 박막형성법이나 코팅법의 사용도 가능하다.
본 실시예에서는 무전해 Ni을 사용하여 베리어(barrier)층(26)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 상기 베리어층(26)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나의 금속 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 무전해 도금으로 베리어층(26)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 전기도금, 무전해도금, 진공증착, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 포함하여 어떠한 박막형성법이나 코팅법을 사용하여 베리어층(26)을 구비하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 동일한 재질의 상부기판(21)과 하부기판(21)을 사용하여 상기 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다. 이와 같이 본 발명에서는 동일한 재질의 상부기판(21)과 하부기판(21)을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하는 것이 가능하며, 이와 더불어 본 발명에서는 서로 다른 재질의 상부기판(21)과 하부기판(21)을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 소자접합층(23)으로 솔더를 사용하여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합시켜 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 소자접합층(23)으로 전도성접착제를 사용하여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합하는 것이 가능하다. 상기 소자접합층(23)으로 전도성접착제를 사용하여 구성한 써멀비아전극 열전모듈(20)에서는 도 8에 도시한 바와 같이 베리어층(26)을 구비하지 않은 열전소자(24,25)들을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성할 수도 있다.
<실시예 2>
본 실시예에서는 기판(21)을 완전히 연통하지 않고 기판(21)의 비아홈에 써멀비아전극(22)을 형성한다.
먼저, 도 5(a)의 단면도와 도 5(b)의 조감도에 도시한 바와 같이 두께 1 mm, 크기 40 mm x 40 mm의 알루미나 기판(21)에 레이저 가공을 이용하여 1.5 mm x 5 mm 크기의 네모난 형상의 비아 홈(32)들을 1 mm 간격으로 형성하였다.
상기와 같이 네모난 형상의 비아 홈(32)들을 형성한 알루미나 기판(21)을 구리 테잎에 부착하고 이들을 구리 도금액 내에 장입하였다. Current source meter를 사용하여 알루미나 기판(21)을 부착한 구리 테입에 도금전류를 인가하여 알루미나 기판(21)에 구비된 비아 홈(32)들을 구리 도금으로 채워 써멀비아전극(22)들을 형성한 후, 구리 테잎을 떼어내어 도 5(c)의 단면도와 도 5(d)의 조감도에 도시한 바와 같은 구리 써멀비아전극(22)들이 구비된 알루미나 기판(21)을 형성하였다.
상기와 같이 알루미나 기판(21)에 구비된 써멀비아전극(22)의 표면에 스크린프린팅법으로 솔더 페이스트를 도포하여 도 5(e)의 단면도에 도시한 바와 같이 써멀비아전극(22)에 소자접합층(23)을 구비하였다.
p형 (Bi0 .25Sb0 .75)2Te3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 도 5(f)의 단면도에 도시한 바와 같이 베리어(barrier)층(26)을 구비한 p형 열전소자(24)들을 구비하였으며, n형 Bi2(Te0 .95Se0 .05)3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 도 5(f)의 단면도에 도시한 바와 같이 베리어층(26)을 구비한 n형 열전소자(25)들을 구비하였다.
본 실시예에서는 소자접합층(23)으로 솔더를 사용하여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합시 솔더반응을 조절하고 솔더에 의한 열전소자(24,25)의 오염을 방지하기 위해 열전소자(24,25)의 위 면과 아래 면에 베리어층(26)을 구비하였다.
상기 구리 써멀비아전극(22)들이 구비된 알루미나 상부기판(21)과 하부기판(21)의 써멀비아전극(22)들에 베리어층(26)이 구비된 p형 열전소자(24)들과 n형 열전소자(25)들을 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 교번 배열한 후, 상기 소자접합층(23)으로 구비한 솔더를 녹여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 써멀비아전극(22)에 접합시켜 도 3에 도시한 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)을 형성하는 것이 가능하였다.
본 실시예에 따라 제조된 열전모듈(22)과 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 발전특성 비교한 결과, 표 1과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 본 실시예에 따른 열전모듈(20)에서도 세라믹 기판 자체를 상부기판 및 하부기판으로 사용하는 기존의 열전모듈(10)에 비해 열저항을 크게 줄일 수 있어 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
<실시예 3>
본 발명의 또 다른 실시예를 도 4(a)와 도 9을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 두께 1 mm, 크기 40 mm x 40 mm의 알루미나 기판(21)에 레이저 가공을 이용하여 2 mm x 5 mm 크기의 네모난 형상의 비아 홀(31)들을 1 mm 간격으로 형성하였다.
상기와 같은 비아 홀(31)들이 형성된 알루미나 기판(21)에 메탈 마스크를 부착하고 0.1 m 두께의 Ti와 1 m 두께의 Cu를 순차적으로 스퍼터링한 후 메탈 마스크를 떼어냄으로써 도 9(a)에 도시한 바와 같이 알루미나 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들의 내면에 Ti/Cu로 이루어진 비아접착층(71)을 형성하였다. 비아 홀(31)의 내면에 상기 비아접착층(71)을 구비함으로써 기판(21)과 써멀비아전극(22) 사이의 접착력을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기와 같이 비아접착층(71)을 갖는 비아 홀(31)들이 구비된 알루미나 기판(21)을 구리 테잎에 부착하고 이들을 구리 도금액 내에 장입하였다. Current source meter를 사용하여 알루미나 기판(21)을 부착한 구리 테입에 도금전류를 인가하여 알루미나 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들을 구리 도금으로 채워 써멀비아전극(22)들을 형성한 후 구리 테잎을 떼어내어, 도 9(b)에 도시한 바와 같이 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)이 구비된 알루미나 기판(21)을 형성하였다.
상기 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)들이 구비된 알루미나 기판(21)을 사용하여 실시예 1과 같은 공정으로 도 10에 도시한 바와 같은 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다.
이와 더불어 본 실시예에서는 써멀비아전극(22)이 노출된 열전모듈(20)의 위 면과 아래 면에 1 m 두께의 페릴린 코팅으로 절연층(51)을 구비하여 도 11에 도시한 바와 같은 절연층(51)이 구비된 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다.
도 10에 도시한 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)이 구비된 써멀비아전극 열전모듈(20)과 도 11에 도시한 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22) 및 절연층(51)이 구비된 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성을 측정하였으며, 이를 기존 기술에 의한 열전모듈(10)에서 측정한 발전특성과 비교하여 표 2에 나타내었다.
기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성 비교
고온단 온도
(℃)		 저온단 온도
(℃)		 온도차 T
(℃)		 발전 출력(W)
기존기술에
의한 열전모듈		 본 실시예에
의한 열전모듈
120 15 105 1.7 2.4
150 15 135 2.8 3.9
200 15 185 4.4 6.0
실시예 1의 써멀비아전극 열전모듈(20)과 마찬가지로 본 실시예에 의해 제공방법이 간단하면서도 성능이 40% 정도 향상된 써멀비아전극 열전모듈(20)을 제공할 수 있다.
본 실시예에 의해 비아접착층(71)을 구비함으로써 열전성능의 향상과 더불어 기판(21)과 써멀비아전극(22) 사이의 접착력이 향상된 써멀비아전극 열전모듈(20)을 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 의해 절연층(51)을 구비함으로써 열전성능의 향상과 더불어 써멀비아전극(22)간의 절연특성이 향상된 써멀비아전극 열전모듈(20)을 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에서는 비아접착층(71)을 Ti/Cu 다층박막을 이용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 비아접착층(61)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속을 조합하여 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 비아접착층(71)을 Ti/Cu 다층박막을 스퍼터링하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 전기도금, 무전해도금, 진공증착, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 포함하여 어떠한 박막형성법이나 코팅법을 사용하여 비아접착층(61)을 구비하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 절연층(51)을 페릴렌 코팅을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 절연층(51)은 페릴렌(Parylene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어지는 것이 가능하다.
또한 본 발명에서는 상기 절연층(51)은 SiO2 , Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것이 가능하다.
<실시예 4>
도 4(a)에 도시한 바와 같이 두께 1 mm, 크기 40 mm x 40 mm의 에폭시 기판(21)에 레이저 가공을 이용하여 2 mm x 5 mm 크기의 네모난 형상의 비아 홀(31)들을 1 mm 간격으로 형성하였다.
상기와 같은 비아 홀(31)들이 형성된 에폭시 기판(21)에 메탈 마스크를 부착하고 0.1m 두께의 Ti와 1 m 두께의 Cu를 순차적으로 스퍼터링한 후 메탈 마스크를 떼어내어 도 9(a)에 도시한 바와 같이 에폭시 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들의 내면에 Ti/Cu로 이루어진 비아접착층(71)을 형성하였다.
상기 비아접착층(71)을 갖는 비아 홀(31)들이 구비된 에폭시 기판(21)을 구리 테잎에 부착하고 이들을 구리 도금액 내에 장입하였다. Current source meter를 사용하여 에폭시 기판(21)을 부착한 구리 테입에 도금전류를 인가하여 에폭시 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들을 구리 도금으로 채워 써멀비아전극(22)들을 형성한 후, 구리 테잎을 떼어내어 도 9(b)에 도시한 바와 같은 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)들이 구비된 에폭시 기판(21)을 형성하였다.
상기 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)들이 구비된 에폭시 기판(21)을 사용하여 실시예 1과 같은 공정으로 도 10에 도시한 바와 같은 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다.
이와 더불어 본 실시예에서는 써멀비아전극(22)이 노출된 열전모듈(20)의 위 면과 아래 면에 1 m 두께의 페릴린 코팅으로 절연층(51)을 구비하여 도 11에 도시한 바와 같은 절연층(51)이 구비된 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다.
표 3에 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성을 비교하였다. 본 발명에 의해 성능이 40% 우수한 열전모듈을 제공할 수 있다.
써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)의 재질로 알루미나를 사용한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 성능을 나타낸 표 1과 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)의 재질로 에폭시를 사용한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 성능을 나타낸 표 3의 비교에서 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 성능이 기판(21) 소재에 의해 변하지 않는다는 것을 보여주고 있다. 즉, 본 발명에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)에서는 힛 소스에서 열전소자(24,25)로의 열전달과 열전소자(24,25)에서 힛 싱크로의 열방출이 기판(21) 소재보다 열전도도가 훨씬 우수한 써멀비아전극(22)을 통해 이루어지기 때문에 써멀비아전극 열전모듈(20)의 성능이 기판(21) 소재에 의존하지 않게 된다. 따라서 본 발명에서는 기존 기술에 의한 열전모듈(10)의 알루미나 기판(11)보다 가격이 훨씬 저렴한 에폭시와 같은 고분자 소재를 기판(21)으로 사용함으로써 열전모듈의 제조원가를 낮추는 것이 가능하게 된다.
기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성 비교
고온단 온도
(℃)		 저온단 온도
(℃)		 온도차 T
(℃)		 발전 출력(W)
기존기술에
의한 열전모듈		 본 실시예에
의한 열전모듈
120 15 105 1.7 2.4
150 15 135 2.8 3.8
200 15 185 4.4 6.1
본 실시예에서는 에폭시 기판(21)에 레이저 가공으로 비아 홀(31)들을 형성한 후, 상기 비아 홀(31)들을 구리 전기도금으로 채워서 써멀비아전극(22)들을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 써멀비아전극(22)으로 사용할 금속 조각들을 몰드 내에 배열한 후 고분자 용액을 장입하고 응고시킴으로써 써멀비아전극(22)이 구비된 고분자 기판(21)을 제조하는 것이 가능하다.
이와 더불어 본 발명에서는 에폭시와 같은 고분자를 B-stage 큐어링한 후 이에 써멀비아전극(22)용 금속 칩을 배열삽입하고 C-stage 큐어링함으로써 써멀비아전극(22)이 구비된 고분자 기판(21)을 제조하는 것이 가능하다.
<실시예 5>
도 4(a)에 도시한 바와 같이 두께 1 mm, 크기 40 mm x 40 mm의 에폭시 기판(21)에 레이저 가공을 이용하여 2 mm x 5 mm 크기의 네모난 형상의 비아 홀(31)들을 1 mm 간격으로 형성하였다.
상기와 같은 비아 홀(31)들이 형성된 에폭시 기판(21)에 메탈 마스크를 부착하고 0.1m 두께의 Ti와 1 m 두께의 Cu를 순차적으로 스퍼터링한 후 메탈 마스크를 떼어내어 도 9(a)에 도시한 바와 같이 에폭시 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들의 내면에 Ti/Cu로 이루어진 비아접착층(71)을 형성하였다.
상기 비아접착층(71)을 갖는 비아 홀(31)들이 구비된 에폭시 기판(21)을 구리 테잎에 부착하고 이들을 구리 도금액 내에 장입하였다. Current source meter를 사용하여 에폭시 기판(21)을 부착한 구리 테입에 도금전류를 인가하여 에폭시 기판(21)에 구비된 비아 홀(31)들을 구리 도금으로 채워 써멀비아전극(22)들을 형성한 후, 구리 테잎을 떼어내어 도 9(b)에 도시한 바와 같은 비아접착층(71)을 갖는 써멀비아전극(22)이 구비된 에폭시 기판(21)을 형성하였다.
상기와 같이 에폭시 기판(21)에 구비된 써멀비아전극(22)의 표면에 스크린프린팅법으로 솔더 페이스트를 도포하여 소자접합층(23)을 구비하였다. 본 실시예에서는 상기 써멀비아(22)가 구비된 에폭시 기판(21)을 열전모듈(20)의 상부기판으로 사용하였으며 도 1에 도시되어 있는 기존 기술에 의한 전극층(13)이 구비된 알루미나 기판(11)을 하부기판으로 사용하였다.
기존 기술에 의한 전극층(13)이 구비된 알루미나 기판(11)을 형성하기 위해 알루미나 기판(11)에 텅스텐 페이스트를 스크린프린팅하고 소결한 후 니켈을 코팅하여 전극접합층(12)을 형성하였다. 상기 전극접합층(12)에 니켈을 코팅한 구리 전극으로 구성된 전극층(13)을 솔더를 사용하여 접합시킨 후 상기 전극층(13)의 표면에 솔더를 스크린프린팅하여 소자접합층(14)을 형성하여, 도 12에 도시한 바와 같은 기존의 전극층(13)이 구비된 기판(11)을 구비하였다.
p형 (Bi0 .25Sb0 .75)2Te3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 베리어(barrier)층(26)을 구비한 p형 열전소자(24)들을 구비하였으며, n형 Bi2(Te0.95Se0.05)3 가압소결체를 크기 2 mm x 2 mm, 높이 3 mm로 절단하고 위 면과 아래 면에 Ni을 2 m 두께로 무전해 도금하여 베리어층(26)을 구비한 n형 열전소자(25)들을 구비하였다.
상기 써멀비아(22)들이 구비된 에폭시 상부기판(21)의 써멀비아전극(22)과 기존의 전극층(13)이 구비된 알루미나 하부기판(11)의 전극층(13)에 p형 열전소자(24)들과 n형 열전소자(25)들을 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 교번 배열한 후 상기 써멀비아전극(22)의 소자접합층(23)으로 구비한 솔더 및 기존의 전극층(13)에 소자접합층(14)으로 구비한 솔더를 녹여 p형 열전소자(24)와 n형 열전소자(25)를 상부기판(21)의 써멀비아전극(22)과 하부기판(11)의 기존 전극층(13)에 접합하여, 도 13에 도시한 바와 같이 상부기판과 하부기판 중의 하나만 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)을 사용한 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다.
표 4에 기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성을 비교하였다. 본 실시예에 의해 상부기판만 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하여도 열전모듈의 성능 향상이 가능하다.
기존 기술에 의한 열전모듈(10)과 본 실시예에 의한 써멀비아전극 열전모듈(20)의 발전특성 비교
고온단 온도
(℃)		 저온단 온도
(℃)		 온도차 T
(℃)		 발전 출력(W)
기존기술에
의한 열전모듈		 본 실시예에
의한 열전모듈
120 15 105 1.7 2.0
150 15 135 2.8 3.3
200 15 185 4.4 5.2
본 실시예에서는 상부기판으로 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)을 사용하고 하부기판으로는 기존 기술에 의한 전극층(13)이 기판(11)을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 상부기판으로 기존 기술에 의한 기판(11)을 사용하고 하부기판으로 써멀비아전극(22)을 구비한 기판(21)을 사용하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)과 기존 기술에 의한 기판(11)을 서로 다른 소재로 구비하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 써멀비아전극(22)이 구비된 기판(21)과 기존 기술에 의한 기판(11)을 같은 소재로 구비하여 써멀비아전극 열전모듈(20)을 구성하는 것도 가능하다.
10. 기존 기술에 의한 열전 모듈
11. 기존 기술에 의한 기판 12. 전극접합층
13. 전극층 14. 소자접합층
15. p형 열전소자 16. n형 열전소자
17. 베리어(barrier)층
20. 써멀비아전극 열전모듈
21. 기판 22. 써멀비아전극
23. 소자접합층 24. p형 열전소자
25. n형 열전소자 26. 베리어(barrier)층
31. 비아홀 32. 비아홈
51. 절연층
71. 비아접합층

Claims (46)

  1. 상부기판과 하부기판의 전극에 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 p형 열전소자 및 n형 열전소자가 교번 배열하여 접합되어 있는 열전모듈에 있어서,
    상기 상부기판 또는 상기 하부기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되며, 상기 기판의 일부가 연통된 비아홀에 형성되고 상기 p형 열전소자 및 상기 n형 열전소자가 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되는 써멀비아전극
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    써멀비아전극이 형성되는 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    써멀비아전극이 형성되는 기판은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 상기 기판에 적어도 하나 이상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 상기 p형 열전소자와 상기 n형 열전소자와 소자접합층을 통하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 소자접합층은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 솔더는 주석(Sn)에 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스(Bi), 인듐(In), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 납(Pb), 금(Au) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 비아접착층을 개재하여 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 비아접착층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 써멀비아전극이 형성된 기판에 추가로 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층은 페릴렌(Pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 p형 열전소자는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 n형 열전소자는 n형 Bi2(Te,Se)3, Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2+m, FeSi2, CoSi, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
  21. (a) 기판에 비아홀을 형성하고 상기 비아홀에 써멀비아전극을 형성하는 단계;
    (b) 상기 써멀비아전극이 형성된 기판을 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로 하고, 상부 기판 및 하부 기판의 써멀비아전극 또는 일반 전극에 전기적으로는 직렬연결되고 열적으로는 병렬연결되도록 p형 열전소자 및 n형 열전소자를 교번 배열하여 접합시켜 열전모듈을 구성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제 21항에 있어서,
    써멀비아전극이 형성되는 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 세라믹을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  27. 제 21항에 있어서,
    써멀비아전극이 형성되는 기판은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 고분자를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제 21항에 있어서,
    상기 비아홀은 레이저 가공, Deep RIE, 이온밀링, 이온에칭, 드릴 가공, 습식에칭, 펀칭 중의 어느 하나를 사용하거나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  31. 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    세라믹 그린쉬트에 적어도 하나 이상의 비아홀을 형성한 후 이를 소결하여 비아홀을 갖는 세라믹 기판을 제조하고 상기 비아홀에 상기 써멀비아전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  32. 삭제
  33. 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    몰드에 써멀비아전극으로 사용할 금속들을 배열한 후 고분자 용액을 장입하고 응고시켜 써멀비아전극이 구비된 고분자 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  34. 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    고분자를 B-stage 큐어링한 후 이에 써멀비아전극용 금속들을 배열삽입하고 C-stage 큐어링 함으로써 써멀비아전극이 구비된 고분자 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  35. 제 21항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  36. 제 21항에 있어서,
    상기 써멀비아전극은 전기도금, 무전해도금, 진공증착, 스퍼터링, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나를 사용하거나 또는 둘 이상을 조합하여 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  37. 제 21항에 있어서,
    상기 써멀비아전극 표면에 p형 열전소자와 n형 열전소자를 접합하기 위한 소자접합층을 형성하는 단계;
    가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 소자접합층은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 솔더는 주석(Sn)에 은(Ag), 구리(Cu), 비스무스(Bi), 인듐(In), 아연(Zn), 안티몬(Sb), 납(Pb), 금(Au) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  40. 제 21항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    적어도 하나 이상의 비아홀이 형성된 기판에서 상기 비아홀 둘레에 비아접착층을 형성한 후 상기 비아홀에 써멀비아전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 비아접착층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 철(Fe), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성의 금속으로 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  42. 제 21항에 있어서,
    써멀비아전극이 형성된 기판에 절연층을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 절연층은 페릴렌(Pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2 , Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, Si 중에서 적어도 어느 하나를 포함한 세라믹 코팅을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  45. 제 21항에 있어서,
    상기 p형 열전소자는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  46. 제 21항에 있어서,
    상기 n형 열전소자는 n형 Bi2(Te,Se)3, Bi2Te3, (Bi,Sb)2Te3, SiGe, (Pb,Ge)Te, PbTe, skutterudite, AgPbmSbTe2+m, FeSi2, CoSi, Mg2Si 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 벌크, 나노컴포지트, 박막, 슈퍼레티스(superlattice), 나노튜브, 양자점 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
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