KR102463859B1 - Thermoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자 제조시 사용되는 기판과 전극의 변경, 및 도전성 밀봉재 사용에 따라 열적 안정성 및 고온 내구성 강화에 의해 열전 특성이 개선된 열전 소자를 제공한다.The present invention relates to a thermoelectric element and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a thermoelectric element with improved thermoelectric properties by reinforcing thermal stability and high temperature durability according to a change in a substrate and an electrode used in manufacturing the thermoelectric element, and the use of a conductive sealing material. provides

Description

열전 소자 및 그 제조방법{THERMOELECTRIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Thermoelectric element and manufacturing method thereof

본 발명은 열전 소자 제조시 사용되는 기판과 전극의 변경, 및 도전성 밀봉재 사용에 따라 열적 안정성 및 고온 내구성 강화에 의해 열전 특성이 개선된 열전 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device having improved thermoelectric properties by reinforcing thermal stability and high temperature durability according to a change in a substrate and an electrode used in manufacturing the thermoelectric device and the use of a conductive sealing material.

열전 현상은 열과 전기 사이의 가역적인 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이는 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용하는 제벡효과(seebeck effect)로 구분된다. The thermoelectric phenomenon refers to the reversible direct energy conversion between heat and electricity. This is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside the material. The Peltier effect, which is applied to the cooling field by using the temperature difference between both ends formed by the current applied from the outside, and both ends of the material It is classified into the Seebeck effect, which is applied to the power generation field using the electromotive force generated from the temperature difference of

최근 에너지 관련 자원의 원가가 급등하고 환경오염이 심해지는 등의 문제를 해결하기 위하여 열전 소자(thermoelectric element) 및 열전 모듈(thermoelectric module)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들은 폐열발전 등의 열전발전이나 능동 냉각에 적용되고 있다.Recently, in order to solve problems such as an increase in the cost of energy-related resources and severe environmental pollution, research on a thermoelectric element and a thermoelectric module is being actively conducted. These are applied to thermoelectric power generation such as waste heat power generation and active cooling.

일반적으로 열전 소자는 열전 레그, 전극, 및 기판으로 구성되며, 상기 열전 레그로서 N형 반도체와 P형 반도체가 사용된다. 복수의 쌍을 이루는 N형과 P형 반도체를 각각 평면에 배열한 후, 이들을 금속 전극을 이용해 직렬로 연결하여 열전 소자를 구성할 수 있다.In general, a thermoelectric element is composed of a thermoelectric leg, an electrode, and a substrate, and an N-type semiconductor and a P-type semiconductor are used as the thermoelectric leg. After arranging a plurality of pairs of N-type and P-type semiconductors on a plane, respectively, they are connected in series using a metal electrode to form a thermoelectric element.

한편, 종래 DBC (Direct Bonded Cupper) 기판과 금속 재질의 전극을 사용하여 열전 소자를 구성할 경우, 소자의 강도 및 출력 면에서 문제가 있었다. 예를 들면, 세라믹계 DBC(direct bonded cupper) 기판은 고온 영역 (≥ 300℃)에서 크랙 등이 발생하여 열전 소자의 특성 저하가 발생하게 된다. 또한 금속 재질로만 이루어진 열전 소자의 경우, 각 pair 간 높이를 균일하게 제작하는데 한계가 있어 열전소자의 특성이 저하되는 현상이 발생하였다.On the other hand, when a thermoelectric element is constructed using a conventional DBC (Direct Bonded Cupper) substrate and a metal electrode, there is a problem in terms of strength and output of the element. For example, in a ceramic-based direct bonded cupper (DBC) substrate, cracks occur in a high temperature region (≥ 300° C.), and thus the properties of the thermoelectric element are deteriorated. In addition, in the case of a thermoelectric element made of only a metal material, there is a limit to uniformly manufacturing the height between each pair, so the characteristic of the thermoelectric element is deteriorated.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 열전소자에 구비되는 기판과 전극의 변경; 및 도전성 밀봉재 사용을 통해 고온에서의 열적 안정성, 내구성 강화 및 열전특성이 개선된 열전 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. The present invention has been devised in order to solve the above-described problems, and includes: changing a substrate and an electrode provided in a conventional thermoelectric element; and to provide a thermoelectric device having improved thermal stability, durability, and thermoelectric properties at high temperatures through the use of a conductive sealing material, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention may be more clearly explained by the following detailed description and claims.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 일면에 제1절연층이 형성된 도전성 제1기판; 상기 제1기판과 대향 배치되며, 일면에 제2절연층이 형성된 도전성 제2기판; 상기 제1절연층 상에 배치된 제1전극; 상기 제2절연층 상에 배치된 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 복수의 열전 레그; 및 상기 도전성 제1 기판과 상기 도전성 제2 기판의 외주변을 감싸는 도전성 밀봉재를 포함하는 열전 소자를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a conductive first substrate with a first insulating layer formed on one surface; a second conductive substrate facing the first substrate and having a second insulating layer formed on one surface thereof; a first electrode disposed on the first insulating layer; a second electrode disposed on the second insulating layer; a plurality of thermoelectric legs interposed between the first electrode and the second electrode; and a conductive sealing material surrounding outer periphery of the first conductive substrate and the second conductive substrate.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 밀봉재는 상기 도전성 제1 기판 및 도전성 제2 기판 중 적어도 하나와 동일한 재질로 구성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the conductive sealing material may be made of the same material as at least one of the first conductive substrate and the second conductive substrate.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 밀봉재는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 및 스테인레스 중 적어도 하나의 재질로 구성될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the conductive sealing material may be made of at least one of aluminum (Al), an aluminum alloy, and stainless steel.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 제1 기판과 도전성 제2 기판 중 어느 하나는 일면에 당해 기판의 길이방향에 따라 소정 간격으로 이격하여 형성된 복수의 슬릿(Slit)을 구비하는 도전성 기판일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, any one of the first conductive substrate and the second conductive substrate is a conductive substrate having a plurality of slits formed to be spaced apart at a predetermined distance along the longitudinal direction of the substrate on one surface. can

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 제1 기판과 도전성 제2 기판 중 어느 하나는 발열부 기판이고, 다른 하나는 흡열부 기판이며, 상기 복수의 슬릿(slit)을 구비하는 도전성 기판은 발열부 기판에 적용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, any one of the first conductive substrate and the second conductive substrate is a heat-generating substrate, the other is a heat-absorbing substrate, and the conductive substrate having the plurality of slits generates heat. It can be applied to the sub-substrate.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 기판에 구비된 슬릿의 깊이(depth)는 각각 당해 제1 기판 또는 제2 기판의 전체 두께를 기준으로 30 내지 100%일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the depth of the slit provided in the conductive substrate may be 30 to 100% based on the total thickness of the first substrate or the second substrate, respectively.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전성 기판에 구비된 슬릿 깊이가 100%인 경우, 순차적으로 적층된 도전성 기판; 절연층 및 전극의 평면 크기는 서로 동일한 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when the slit depth provided in the conductive substrate is 100%, sequentially stacked conductive substrates; The plane size of the insulating layer and the electrode may be the same as each other.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 절연층과 제2 절연층은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 절연성 수지, 세라믹, 또는 상기 절연성 수지와 세라믹 필러의 혼합물을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the first insulating layer and the second insulating layer may be the same as or different from each other, and may each independently include an insulating resin, a ceramic, or a mixture of the insulating resin and a ceramic filler.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 기판, 제2 기판, 제1 전극, 또는 제2 전극은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first substrate, the second substrate, the first electrode, or the second electrode is the same as or different from each other, and each of aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), At least one metal of nickel (Ni) and cobalt (Co) may be included.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 기판, 제2 기판, 제1 전극, 또는 제2 전극은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the first substrate, the second substrate, the first electrode, or the second electrode is the same as or different from each other, and each independently comprises at least one of copper (Cu) and aluminum (Al). may include

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열전 레그는 Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Half heusler) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나의 열전반도체 물질을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thermoelectric leg is Bi-Te-based, Co-Sb-based, Pb-Te-based, Ge-Tb-based, Si-Ge-based, Sb-Te-based, Sm-Co-based, transition metal It may include at least one thermoelectric semiconductor material selected from silicide-based, Skuttrudite-based, silicide-based, Half-heusler, and combinations thereof.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열전 소자는, 상기 제1 전극과 상기 열전 레그 사이, 및 상기 열전 레그와 상기 제2 전극 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thermoelectric element may include a bonding material disposed between at least one of between the first electrode and the thermoelectric leg and between the thermoelectric leg and the second electrode.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 접합재는, Sn계 솔더, 또는 상기 Sn과, Pb, Al 및 Zn 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 솔더, 또는 상기 제1 솔더;와 Ni, Co, 및 Ag 중 적어도 하나의 금속을 더 포함하는 제2 솔더를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the bonding material is a Sn-based solder, or a first solder including Sn and at least one metal of Pb, Al, and Zn, or the first solder; and Ni, Co, and a second solder further including at least one metal of Ag.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 접합재는, Sn계 솔더; 및 평균 가지상 길이가 5 내지 50 ㎛인 금속 덴드라이트(dendrite)를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the invention, the bonding material, Sn-based solder; and metal dendrites having an average branch length of 5 to 50 μm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전 소자 제조시, 기판과 전극의 재질/구조 변경; 및 도전성 밀봉재 적용을 통해 열전 소자의 고온 특성에 따른 내구성을 강화시켜 최종 제품의 신뢰성 증대 효과를 발휘할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when manufacturing a thermoelectric element, material/structure change of a substrate and an electrode; And by applying a conductive sealing material, the durability according to the high temperature characteristics of the thermoelectric element can be strengthened, thereby increasing the reliability of the final product.

또한 본 발명에서는 개별 전극을 사용함에 따라 열팽창시 중심으로부터 전극의 이동거리를 감소시키고 열응력에 대한 내구성을 높여 열전소자의 특성을 개선할 수 있다. In addition, in the present invention, by using individual electrodes, the characteristics of the thermoelectric element can be improved by reducing the moving distance of the electrode from the center during thermal expansion and increasing durability against thermal stress.

아울러, 금속과 수지층을 이용한 전극 사용으로 인해 내구성을 강화시킬 수 있으며, 특히 탄성 효과를 갖는 수지층(예, 에폭시 수지)이 완충층으로 작용하여 내구성을 상승시킬 수 있다. 그리고, 세라믹 사용을 최소화하여 취성파괴를 최대한 억제할 수 있다. In addition, durability may be enhanced due to the use of an electrode using a metal and a resin layer, and in particular, a resin layer having an elastic effect (eg, an epoxy resin) may act as a buffer layer to increase durability. And, by minimizing the use of ceramics, brittle fracture can be suppressed as much as possible.

나아가, 본 발명에서는 도전성 기판과 동일한 재질의 도전성 밀봉재를 사용함으로써, 열팽창 및 열전달에 보다 유리한 효과를 발휘할 수 있다. Furthermore, in the present invention, by using the conductive sealing material of the same material as the conductive substrate, it is possible to exert a more advantageous effect on thermal expansion and heat transfer.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. The effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 7은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1의 열전 소자를 이용하여 고온 변화에 따른 초기 출력 변화율 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 2 및 비교예 1의 열전 소자를 이용하여 사이클 반복에 따른 출력 변화율 그래프이다.1 is a perspective view showing a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fifth embodiment of the present invention.
7 is a graph showing an initial output change rate according to a high temperature change using the thermoelectric elements of Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. Referring to FIG.
8 is a graph showing an output change rate according to cycle repetition using the thermoelectric elements of Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. Referring to FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이때 본 명세서 전체 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구조를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples It is not limited to an example. In this case, the same reference numerals refer to the same structures throughout this specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of explanation, the thickness of some layers and regions is exaggerated.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 그리고, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, throughout the specification, "on" or "on" means that it includes not only the case where it is located above or below the target part, but also the case where there is another part in the middle, and the direction of gravity must be It does not mean that it is positioned above the reference. And, in the present specification, terms such as “first” and “second” do not indicate any order or importance, but are used to distinguish components from each other.

아울러, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referred to as "planar", it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.

<열전 소자><Thermoelectric element>

본 발명의 열전 소자는 열전 발전 및/또는 냉각용 소자를 모두 포함한다. The thermoelectric element of the present invention includes all elements for thermoelectric power generation and/or cooling.

본 발명의 일 실시형태에 따른 열전 소자는, 서로 대향하는 2개의 도전성 기판; 상기 2개의 도전성 기판의 상부 및 하부에 각각 배치된 도전성 전극 및 열전 재료(열전 레그); 및 상기 열전재료와 도전성 전극 사이에 배치된 접합층을 포함하며, 상기 2개의 도전성 기판의 외주변을 감싸는 도전성 밀봉재를 구비한다. A thermoelectric element according to an embodiment of the present invention includes: two conductive substrates facing each other; a conductive electrode and a thermoelectric material (thermoelectric leg) respectively disposed on the upper and lower portions of the two conductive substrates; and a bonding layer disposed between the thermoelectric material and the conductive electrode, and a conductive sealing material surrounding the outer periphery of the two conductive substrates.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전 소자의 바람직한 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the thermoelectric element according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 소자(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 상기 열전 소자(100)의 단면도이다. 1 is a perspective view schematically illustrating a structure of a thermoelectric element 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric element 100 .

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자(100)는, 도전성 제1기판(11a); 상기 도전성 제1기판(11a)의 일면에 형성된 제1절연 수지층(12a); 상기 제1절연 수지층(12a) 상에 배치된 제1전극(20a); 상기 제1전극(20a)과 대향하여 배치되는 제2전극(20b); 상기 제1전극(20a)과 상기 제2전극(20b) 사이에 개재(介在)된 복수의 열전 레그(30); 및 상기 도전성 제1 기판(11a)과 상기 도전성 제2 기판(11b)의 외주변을 감싸는 도전성 밀봉재(60)를 포함한다. 1 and 2 , a thermoelectric device 100 according to an embodiment of the present invention includes: a conductive first substrate 11a; a first insulating resin layer (12a) formed on one surface of the conductive first substrate (11a); a first electrode 20a disposed on the first insulating resin layer 12a; a second electrode 20b disposed to face the first electrode 20a; a plurality of thermoelectric legs 30 interposed between the first electrode 20a and the second electrode 20b; and a conductive sealing material 60 surrounding the outer periphery of the first conductive substrate 11a and the second conductive substrate 11b.

도전성 제1기판(11a)과 도전성 제2 기판(11b)은 열전 소자(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것이다. 이들은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 각각 당 분야에 공지된 통상의 도전성 금속 재질로 구성될 수 있다. 일례로, 도전성 제1기판(11a)은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 포함할 수 있다. 그 외 니켈, 금, 은, 티타늄 등을 더 포함할 수 있다. 그 크기 또한 다양하게 조절할 수 있다. 바람직하게는 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first conductive substrate 11a and the second conductive substrate 11b generate heat or endothermic reaction when power is applied to the thermoelectric element 100 . These may be the same as or different from each other, and each may be composed of a conventional conductive metal material known in the art. For example, the conductive first substrate 11a may include at least one of aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co). In addition, nickel, gold, silver, titanium, etc. may be further included. Its size can also be adjusted in various ways. Preferably, it may include at least one of copper (Cu) and aluminum (Al).

한편 도전성 기판(11a, 11b) 상에 전극(20a, 20b)이 직접적으로 배치될 경우 전기적으로 도통하게 되므로, 이들 사이에는 전기절연성 물질이 개재(介在)되어야 한다. 이에 따라, 제1 전극(20a)이 배치되는 도전성 제1기판(11a)의 일면 상에 제1절연층(12a)이 형성되며, 제2 전극(20b)이 배치되는 도전성 제2기판(11b)의 일면 상에 제2절연층(12b)이 형성된다. 여기서, 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)은 서로 마주보도록 대향 배치된다.On the other hand, when the electrodes 20a and 20b are directly disposed on the conductive substrates 11a and 11b, they become electrically conductive, so an electrically insulating material must be interposed therebetween. Accordingly, the first insulating layer 12a is formed on one surface of the first conductive substrate 11a on which the first electrode 20a is disposed, and the second conductive substrate 11b on which the second electrode 20b is disposed. A second insulating layer 12b is formed on one surface of Here, the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b are disposed to face each other.

제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 성막이 용이한 전기절연성 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 당 분야에 공지된 통상의 절연성 수지나 세라믹 소재를 각각 단독 사용하거나, 또는 상기 절연성 수지와 세라믹 필러(분말)의 혼합물을 포함할 수 있다.The first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b are the same as or different from each other, and an electrically insulating material that is easy to form a film may be used. For example, a conventional insulating resin or ceramic material known in the art may be used alone, or a mixture of the insulating resin and ceramic filler (powder) may be included.

절연성 수지로는, 당 분야에 공지된 통상의 열경화성 수지(resin) 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고온 영역(≥ 300℃)에서 지속적인 열전 성능을 발휘하기 위해서, 상기 제1절연층(12a)은 유리전이온도(Tg)가 250℃ 이상, 바람직하게는 250 내지 300℃인 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. The insulating resin may include at least one of a conventional thermosetting resin and a thermoplastic resin known in the art. In order to exhibit continuous thermoelectric performance in a high temperature region (≥ 300 °C), the first insulating layer (12a) has a glass transition temperature (Tg) of 250 °C or higher, preferably using a heat-resistant resin of 250 to 300 °C. desirable.

상기 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)으로 사용 가능한 열경화성 수지의 비제한적인 예로는, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 식물성유 변성 페놀수지, 크실렌 수지, 구아나민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 푸란 수지, 폴리이미드 수지, 시아네이트 수지, 말레이미드 수지 및 벤조시클로부텐 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 요소 수지로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Non-limiting examples of thermosetting resins usable as the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b include epoxy resins, polyurethane resins, alkyd resins, phenol resins, melamine resins, silicone resins, urea resins, From the group consisting of vegetable oil-modified phenolic resin, xylene resin, guanamine resin, diallylphthalate resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, furan resin, polyimide resin, cyanate resin, maleimide resin and benzocyclobutene resin It may be one or more selected. Specifically, the thermosetting resin may be at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a silicone resin, a urethane resin, and a urea resin.

에폭시 수지는 당 분야에 공지된 통상적인 에폭시 수지를 제한 없이 사용할 수 있으며, 1분자 내에 할로겐 원소를 비포함하면서, 에폭시기가 2개 이상 존재하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예를 들면, 비스페놀A형/F형/S형 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 다가 페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시, 바이페닐형, 아랄킬(Aralkyl)형, 나프톨(Naphthol)형, 디시클로펜타디엔형 또는 이들의 혼합 형태 등이 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 S 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 코레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변성 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라 페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 등이 있다. 이때 전술한 에폭시 수지를 단독 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수도 있다. 바람직한 일례를 들면, 상기 고내열성 에폭시 수지는, 페놀 노볼락 에폭시 수지 및 다가 페놀형 에폭시 수지 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이다. 여기서, 다가 페놀형 에폭시 수지는 분자 내 평균 에폭시기 수가 2개 이상, 바람직하게는 2~4개인 에폭시 수지를 지칭한다. As the epoxy resin, conventional epoxy resins known in the art may be used without limitation, and it is preferable that two or more epoxy groups are present while not including a halogen element in one molecule. Non-limiting examples of usable epoxy resins include bisphenol A type/F type/S type resin, phenol novolac epoxy resin, polyhydric phenol type epoxy resin, novolak type epoxy resin, alkylphenol novolak type epoxy, biphenyl type, aralkyl type, naphthol type, dicyclopentadiene type, or a mixture thereof. More specific examples include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, anthracene epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, tetramethyl biphenyl type epoxy resin, phenol novolac Type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, bisphenol A novolak type epoxy resin, bisphenol S novolak type epoxy resin, biphenyl novolak type epoxy resin, naphthol novolak type epoxy resin, naphthol phenol coaxial novolak type epoxy resin , naphthol choresol coaxial novolak type epoxy resin, aromatic hydrocarbon formaldehyde resin modified phenol resin type epoxy resin, triphenyl methane type epoxy resin, tetraphenylethane type epoxy resin, dicyclopentadiene phenol addition reaction type epoxy resin, phenol Aral Kill-type epoxy resins, polyfunctional phenol resins, naphthol aralkyl-type epoxy resins, and the like. At this time, the above-mentioned epoxy resin may be used alone or two or more kinds may be mixed. If a preferable example is given, the said high heat-resistant epoxy resin contains at least 1 sort(s) selected from a phenol novolak epoxy resin and a polyhydric phenol type epoxy resin. Here, the polyhydric phenol-type epoxy resin refers to an epoxy resin having an average number of epoxy groups in a molecule of 2 or more, preferably 2 to 4.

또한 사용 가능한 열가소성 수지의 비제한적인 예로는, 올레핀 수지, 아크릴 수지, 고무(rubber) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 구체적인 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리이미드, 테프론(PTFE), 아크릴로니트릴-부타디엔 러버(NBR), 스티렌 부타디엔 러버(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버(ABS), 카르복실-말단화된 부타디엔 아크릴로니트릴 러버(CTBN), 폴리부타디엔(polybutadiene), 스티렌(styrene)-부타디엔(butadiene)-에틸렌 수지(SEBS), 탄소수 1~8의 측쇄사슬을 함유하는 아크릴산(acrylic acid) 및/또는 메타크릴산 (methacrylic acid) 에스테르 수지(아크릴 고무), 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 등이 있다. 전술한 열가소성 수지는, 열경화성 수지인 에폭시 수지와의 반응이 가능한 관능기를 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 아미노기, 카르복실(carboxyl)기, 에폭시기, 수산기, 메톡시기, 및 이소사이아네이트기로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 관능기이다. 이러한 관능기는 에폭시 수지와 강한 결합을 형성하므로, 경화 이후 내열성이 향상되어 바람직하다.In addition, non-limiting examples of the thermoplastic resin that can be used include an olefin resin, an acrylic resin, a rubber, or a mixture thereof. Specific examples include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyimide, Teflon (PTFE), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene-styrene rubber (ABS), carr Voxy-terminated butadiene acrylonitrile rubber (CTBN), polybutadiene, styrene-butadiene-ethylene resin (SEBS), acrylic acid containing a side chain having 1 to 8 carbon atoms ) and/or a methacrylic acid ester resin (acrylic rubber), or a mixture of one or more thereof. It is preferable that the above-mentioned thermoplastic resin contains the functional group which can react with the epoxy resin which is a thermosetting resin. Specifically, it is at least one functional group selected from the group consisting of an amino group, a carboxyl group, an epoxy group, a hydroxyl group, a methoxy group, and an isocyanate group. Since these functional groups form a strong bond with the epoxy resin, heat resistance after curing is improved, which is preferable.

또한 세라믹 소재로는, 당 분야에 공지된 통상의 세라믹 성분을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 세라믹 소재는 후술되는 세라믹 필러의 성분과 동일하거나 또는 상이한 것을 사용할 수 있으며, 그 외 소정의 규격으로 이미 제작된 세라믹 소재를 가공하여 사용할 수도 있다. In addition, as the ceramic material, conventional ceramic components known in the art may be used without limitation. For example, the ceramic material may be the same as or different from the components of the ceramic filler to be described later, and may be used by processing a ceramic material already manufactured to a predetermined standard.

본 발명의 바람직한 일례를 들면, 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 세라믹 필러가 포함된 에폭시 수지층일 수 있다. For a preferred example of the present invention, the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b may be the same as or different from each other, and may each be an epoxy resin layer including a ceramic filler.

종래 Al/Cu 이 직접 접합된 형태의 이종(異種) 금속판을 사용할 경우, 이들 간의 접합 강도가 상대적으로 낮기 때문에 대략 300℃의 온도에서 분리될 가능성이 있다. 이에 비해, 에폭시 수지는 Al, Cu 등의 이종(異種) 금속으로 구성된 금속 적층판(MCCL)을 사용시, 이종 금속 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 에폭시 수지는 절연성 물질이므로, 별도의 절연층 없이 이종 금속 간의 절연 역할을 수행할 수 있다. 아울러, 에폭시 수지는 금속 대비 열팽창이 높기 때문에, Al, Cu 등의 이종 금속 간의 열팽창을 억제시키는 효과를 발휘할 수 있다. In the case of using a conventional Al/Cu type of directly bonded dissimilar metal plate, there is a possibility of separation at a temperature of about 300° C. because the bonding strength between them is relatively low. On the other hand, the epoxy resin can improve the adhesion between the dissimilar metals when using a metal laminate (MCCL) composed of dissimilar metals such as Al and Cu. In addition, since the epoxy resin is an insulating material, it can perform an insulating role between dissimilar metals without a separate insulating layer. In addition, since the epoxy resin has a high thermal expansion compared to the metal, it is possible to exert an effect of suppressing the thermal expansion between dissimilar metals such as Al and Cu.

한편 일반적인 DBC 기판(Directed Bonded Copper, 세라믹 기판)은 세라믹 재료(예, Al2O3) 상에 직접 구리(Cu)가 접합된 형태이다. 이러한 DBC 기판은 고온에서 세라믹(Al2O3)에 크랙이 발생되거나, 또는 Cu/Al2O3 간의 접합력 저하가 초래되므로, 이에 따라 일반적으로 고온(예, 350~400℃)에서 열전레그(n, p형 열전소재)와 전극(Cu) 간의 접합부위가 끊어져 소자 특성이 거의 나오지 않게 된다. Meanwhile, a general DBC substrate (Directed Bonded Copper, ceramic substrate) is a form in which copper (Cu) is directly bonded onto a ceramic material (eg, Al 2 O 3 ). In such a DBC substrate, a crack occurs in the ceramic (Al 2 O 3 ) at high temperature, or a decrease in bonding strength between Cu/Al 2 O 3 occurs, and thus, in general, the thermoelectric leg ( The junction between the n, p-type thermoelectric material) and the electrode (Cu) is broken, so that almost no device characteristics are displayed.

이에 비해, 에폭시 수지는 대략 350~400도℃ 이상의 온도에서 열분해되거나 탄화된다. 이에 따라, Al/에폭시/Cu 로 구성된 금속 적층판(예, MCCL)을 사용할 경우, 고온에서 에폭시 수지와 Cu가 먼저 분리되므로, Cu 전극과 열전 레그는 끊어지지 않고 열전 소자의 특성을 유지할 수 있게 된다. In comparison, the epoxy resin is thermally decomposed or carbonized at a temperature of about 350 to 400 degrees C or higher. Accordingly, when a metal laminate composed of Al/epoxy/Cu (e.g., MCCL) is used, the epoxy resin and Cu are first separated at a high temperature, so the Cu electrode and the thermoelectric leg are not broken and the characteristics of the thermoelectric element can be maintained. .

상기 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)에서, 세라믹 필러는 당 분야에 공지된 통상의 무기 필러를 제한 없이 사용할 수 있으며, 사용 가능한 세라믹 필러의 비제한적인 예로는, 천연 실리카(natural silica), 용융 실리카(Fused silica), 비결정질 실리카(amorphous silica), 결정 실리카(crystalline silica) 등과 같은 실리카류; 보에마이트(boehmite), 알루미나, 탈크(Talc), 구형 유리, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 마그네시아, 클레이, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유, 붕산알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산비스무스, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 질화붕소, 질화규소, 또는 운모(mica) 등이 있다. 전술한 분말을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 알루미늄산화물 등의 금속산화물 형태의 필러를 사용하는 것이다. In the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b, as the ceramic filler, conventional inorganic fillers known in the art may be used without limitation, and non-limiting examples of the usable ceramic filler include natural silica. silicas such as natural silica, fused silica, amorphous silica, and crystalline silica; Boehmite, alumina, talc, spherical glass, calcium carbonate, magnesium carbonate, magnesia, clay, calcium silicate, titanium oxide, antimony oxide, glass fiber, aluminum borate, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate , magnesium titanate, bismuth titanate, barium zirconate, calcium zirconate, boron nitride, silicon nitride, or mica. The above-mentioned powders may be used alone or in combination of two or more. Preferably, a filler in the form of a metal oxide such as aluminum oxide is used.

세라믹 필러의 평균 입경(D50)은 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 분산성을 고려할 때, 평균 입경이 약 0.1 내지 20 ㎛이며, 구체적으로 0.5 내지 15 ㎛인 것이 바람직하다. 또한 평균 입경이 상이한 2종 이상의 세라믹 필러를 혼용할 수도 있다. 상기 세라믹 필러의 형상 역시 특별히 제한되지 않으며, 일례로 구형, 판상형, 침상형, 섬유형, 가지형, 원뿔형, 피라미드형 및 무정형(無定形)으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. The average particle diameter (D 50 ) of the ceramic filler is not particularly limited and may be appropriately adjusted within a range known in the art. Considering the dispersibility, the average particle diameter is about 0.1 to 20 μm, specifically, preferably 0.5 to 15 μm. In addition, two or more types of ceramic fillers having different average particle diameters may be mixed. The shape of the ceramic filler is also not particularly limited, and for example, it may have any one shape selected from the group consisting of a spherical shape, a plate shape, a needle shape, a fiber shape, a branch shape, a cone shape, a pyramid shape, and an amorphous shape.

또한 세라믹 필러는 그대로 에폭시 수지와 혼합하여 사용할 수 있으며, 또는 유기물로 이미 표면처리된 세라믹 필러를 사용할 수도 있다. 이와 같이 유기물로 표면처리된 세라믹 필러를 사용할 경우, 수지와의 상용성이 우수하여 에폭시 수지의 유전특성, 내열성, 가공성 등을 보다 개선할 수 있기 때문이다. 상기 유기물은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야의 레진, 또는 실란 커플링제 등을 사용할 수 있다. 또한 세라믹 필러를 유기물로 표면 처리하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 유기물, 예컨대 비닐기-함유 실란 커플링제가 포함된 용액에 세라믹 필러를 투입한 후 건조시키는 방법을 들 수 있다.In addition, the ceramic filler may be used as it is, mixed with an epoxy resin, or a ceramic filler that has already been surface-treated with an organic material may be used. This is because, when the ceramic filler surface-treated with an organic material is used, it is possible to further improve the dielectric properties, heat resistance, processability, etc. of the epoxy resin due to excellent compatibility with the resin. The organic material is not particularly limited, and a resin or a silane coupling agent in the art may be used. In addition, the method of surface-treating the ceramic filler with an organic material is not particularly limited, and a method of drying the ceramic filler after adding the ceramic filler to a solution containing an organic material, for example, a vinyl group-containing silane coupling agent may be mentioned.

본 발명에서 세라믹 필러의 함량은, 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)의 기계적 물성이나 기타 물성 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 세라믹 필러의 함량은, 당해 제1절연층(12a) 또는 제2절연층(12b)을 구성하는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 0 내지 70 중량부, 구체적으로 5 내지 50 중량부, 보다 구체적으로 10 내지 30 중량부일 수 있다. In the present invention, the content of the ceramic filler may be appropriately adjusted in consideration of the mechanical properties and other properties of the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b. For example, the content of the ceramic filler is 0 to 70 parts by weight, specifically 5 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the epoxy resin constituting the first insulating layer 12a or the second insulating layer 12b, more Specifically, it may be 10 to 30 parts by weight.

전술한 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일례로, 상기 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)의 두께는 각각 10 내지 150 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 120 ㎛일 수 있다. The thickness of the above-described first insulating layer 12a and second insulating layer 12b is not particularly limited and may be appropriately adjusted within a range known in the art. They may be the same or different from each other. For example, each of the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b may have a thickness of 10 to 150 μm, preferably 30 to 120 μm.

상기와 같이 형성된 제1절연층(12a) 상에 제1전극 (20a)이 배치되며, 상기 제1전극(20a)과 대향하는 제2절연층(12b)의 소정 위치 상에 제2전극(20b)이 배치된다. A first electrode 20a is disposed on the first insulating layer 12a formed as described above, and a second electrode 20b is disposed on a predetermined position of the second insulating layer 12b facing the first electrode 20a. ) is placed.

제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 전극으로 사용되는 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 제1전극(20a)과 제2전극(20b)은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 사용할 수 있다. 그 외 니켈, 금, 은, 티타늄 등을 더 포함할 수 있다. 그 크기 또한 다양하게 조절할 수 있다. 바람직하게는 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 구리(Cu) 전극일 수 있다. The material of the first electrode 20a and the second electrode 20b is not particularly limited, and a material used as an electrode in the art may be used without limitation. For example, the first electrode 20a and the second electrode 20b are the same as or different from each other, and each independently aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt. At least one metal of (Co) can be used. In addition, nickel, gold, silver, titanium, etc. may be further included. Its size can also be adjusted in various ways. Preferably, it may include at least one of copper (Cu) and aluminum (Al), and more preferably a copper (Cu) electrode.

상기 제1전극(20a)과 제2전극(20b)은 소정의 형상으로 패턴화될 수 있으며, 그 형상은 특별히 제한되지 않는다. 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)이 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 리프트 오프 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다.The first electrode 20a and the second electrode 20b may be patterned in a predetermined shape, and the shape is not particularly limited. As a method for patterning the first electrode 20a and the second electrode 20b, a conventionally known patterning method may be used without limitation. For example, a lift-off semiconductor process, a deposition method, a photolithography method, etc. may be used.

상기 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b) 사이에 복수의 열전 레그(30)가 개재된다.A plurality of thermoelectric legs 30 are interposed between the first electrode 20a and the second electrode 20b.

도 1을 참조하여 설명하면, 열전 레그(30)는 복수의 P형 열전 레그(30a)와 N형 열전 레그(30b)를 각각 포함하며, 이들이 일방향으로 교번하여 배치된다. 이와 같이 일방향으로 이웃하는 P형 열전 레그(30a) 및 N형 열전 레그(30b)는 그 상면 및 하면이 각각 제1전극(20a) 및 제2전극(20b)과 전기적으로 직렬 연결된다. 이러한 각각의 열전 레그(30a, 30b)는 열전반도체 기재를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the thermoelectric leg 30 includes a plurality of P-type thermoelectric legs 30a and N-type thermoelectric legs 30b, respectively, which are alternately disposed in one direction. As described above, the P-type thermoelectric leg 30a and the N-type thermoelectric leg 30b adjacent in one direction are electrically connected in series with the first electrode 20a and the second electrode 20b, respectively. Each of these thermoelectric legs 30a and 30b includes a thermoelectric semiconductor substrate.

상기 열전 레그(30)에 포함되는 열전반도체는 전기가 인가되면 양단에 온도차가 발생하거나, 또는 그 양단에 온도차가 발생하면 전기가 발생하는 당 업계의 통상적인 재료로 형성될 수 있다. 일례로, 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 열전반도체를 하나 이상 사용할 수 있다. 여기서, 희토류 원소의 예로는 Y, Ce, La 등이 있으며, 상기 전이금속의 예로는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, 및 Re 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 13족 원소의 예로는 B, Al, Ga, 및 In 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 14족 원소의 예로는 C, Si, Ge, Sn, 및 Pb 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 15족 원소의 예로는 P, As, Sb, 및 Bi 중 하나 이상일 수 있고, 상기 16족 원소의 예로는 S, Se, 및 Te 중 하나 이상을 사용할 수 있다. The thermoelectric semiconductor included in the thermoelectric leg 30 may be formed of a conventional material in the art that generates electricity when a temperature difference occurs at both ends when electricity is applied, or when a temperature difference occurs at both ends. For example, one or more thermoelectric semiconductors including at least one element selected from the group consisting of a transition metal, a rare earth element, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, and a group 16 element may be used. Here, examples of rare earth elements include Y, Ce, La, and the like, and examples of transition metals include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, It may be at least one of Zn, Ag, and Re, and examples of the group 13 element may include at least one of B, Al, Ga, and In, and examples of the group 14 element include C, Si, Ge, Sn, and Pb. may be one or more of the group 15 elements, and examples of the group 15 elements may be at least one of P, As, Sb, and Bi, and examples of the group 16 elements may include one or more of S, Se, and Te.

사용 가능한 열전 반도체로는 비스무트(Bi), 텔레륨(Te), 코발트(Co), 사마륨(Sb), 인듐(In), 및 세륨(Ce) 중 적어도 2개 이상을 포함하는 조성으로 이루어진 질 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는, Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Half heusler) 또는 이들의 조합 등이 있다. 구체적인 일례를 들면, Bi-Te계 열전반도체로는 Sb 및 Se가 도펀트로서 사용된 (Bi,Sb)2(Te,Se)3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Co-Sb계 열전반도체로서는 CoSb3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Sb-Te계 열전반도체로서는 AgSbTe2, CuSbTe2를 예시할 수 있고, Pb-Te계 열전반도체로서는 PbTe, (PbTe)mAgSbTe2 등을 예시할 수 있다. 바람직하게는 Bi, Te, Co, Sb, In, Ce 중 적어도 2종 이상의 조성을 갖는 열전 재료일 수 있으며, 보다 바람직하게는 Bi-Te계 또는 CoSb계 열전 재료로 구성될 수 있다.Usable thermoelectric semiconductors include bismuth (Bi), telerium (Te), cobalt (Co), samarium (Sb), indium (In), and cerium (Ce) having a composition containing at least two or more of cerium (Ce). and, non-limiting examples thereof include Bi-Te-based, Co-Sb-based, Pb-Te-based, Ge-Tb-based, Si-Ge-based, Sb-Te-based, Sm-Co-based, transition metal silicide-based, and Suku. Terdite (Skuttrudite)-based, silicide (Silicide)-based, half whistler (Half heusler) or a combination thereof, and the like. As a specific example, as the Bi-Te-based thermoelectric semiconductor, a (Bi,Sb) 2 (Te, Se) 3 thermoelectric semiconductor in which Sb and Se are used as dopants may be exemplified, and as the Co-Sb based thermoelectric semiconductor, CoSb may be exemplified. Three -type thermoelectric semiconductor can be exemplified, and AgSbTe 2 and CuSbTe 2 can be exemplified as the Sb-Te-based thermoelectric semiconductor, and PbTe, (PbTe)mAgSbTe 2 and the like can be exemplified as the Pb-Te-based thermoelectric semiconductor. Preferably, it may be a thermoelectric material having a composition of at least two or more of Bi, Te, Co, Sb, In, and Ce, and more preferably, it may be composed of a Bi-Te-based or CoSb-based thermoelectric material.

상기 열전 반도체는 소정 크기를 갖는 입자일 수 있으며, 예를 들어 평균 입경이 약 0.01 내지 약 100 ㎛의 범위일 수 있다.The thermoelectric semiconductor may be particles having a predetermined size, for example, an average particle diameter may be in the range of about 0.01 to about 100 μm.

이와 같은 열전 반도체는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 열전 반도체는 용융방사 회전법(melt-spining)이나 기상원자화법(gas atomization) 등을 수행한 후 가압소결법을 순차적으로 진행하여 제조될 수 있다. 이러한 P형 열전 레그(30a) 및 N형 열전 레그(30b)를 포함하는 열전 레그(30)는 절단 가공 등의 방법으로 소정의 형상, 일례로 직육면체의 형상으로 형성하여 열전 소자에 적용될 수 있다. Such a thermoelectric semiconductor may be manufactured by various methods, and is not particularly limited. For example, the thermoelectric semiconductor may be manufactured by sequentially performing a pressure sintering method after performing a melt-spining method or a gas atomization method. The thermoelectric leg 30 including the P-type thermoelectric leg 30a and the N-type thermoelectric leg 30b may be formed into a predetermined shape, for example, a rectangular parallelepiped shape by a method such as cutting, and applied to a thermoelectric element.

본 발명에 따른 열전 소자(100)는, 제1전극(20a)과 열전 레그(30) 사이; 및 상기 열전 레그(30)와 제2전극(20b) 사이 중 적어도 하나, 바람직하게는 이들 모두의 사이에 배치되는 접합재(40)를 포함한다. The thermoelectric element 100 according to the present invention includes: between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30 ; and a bonding material 40 disposed between at least one, preferably both, of the thermoelectric leg 30 and the second electrode 20b.

이러한 접합재는 당 분야에 공지된 통상의 접합재 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 Sn계 솔더를 사용할 수 있다. As such a bonding material, conventional bonding material components known in the art may be used without limitation, and Sn-based solder may be used as an example.

일 구체예를 들면, 상기 접합재는 Sn계 솔더; 또는 상기 Sn과, Pb, Al, 및 Zn 중 적어도 하나의 제1금속을 포함하는 Sn계 제1 솔더 조성; 또는 상기 제1 솔더;와 Ni, Co, 및 Ag 중 적어도 하나의 제2금속을 포함하는 Sn계 제2 솔더 조성으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the bonding material is Sn-based solder; or Sn, and a first Sn-based solder composition comprising at least one first metal of Pb, Al, and Zn; Alternatively, the first solder may be formed of a Sn-based second solder composition including a second metal of at least one of Ni, Co, and Ag.

다른 일 구체예를 들면, 상기 접합재는 당 분야에 공지된 통상의 Sn계 솔더에, 덴드라이트(樹枝狀, dendrite) 형상의 금속 분말을 포함하는 것을 사용할 수 있다. In another embodiment, the bonding material may be a conventional Sn-based solder known in the art, including a dendrite-shaped metal powder.

이러한 금속 덴드라이트는 1개의 주축을 구비하고 있으며 당해 주축으로부터 복수의 가지상이 수직 또는 비스듬히 분기해서, 이차원적 또는 삼차원적으로 성장한 형상을 갖는 도전성 금속 입자이다. 이때, 주축이란 복수의 가지가 분기해 있는 기초가 되는 봉상 부분을 나타낸다. 이러한 금속 덴드라이트의 평균 가지상 길이는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 5 내지 50 ㎛이며, 바람직하게는 5 내지 30 ㎛일 수 있다.Such a metal dendrite is a conductive metal particle having a single main axis and having a shape in which a plurality of branched phases branch vertically or obliquely from the main axis and grow two-dimensionally or three-dimensionally. At this time, a main axis|shaft represents the rod-shaped part used as the base from which several branches branch. The average branched length of these metal dendrites is not particularly limited, and may be, for example, 5 to 50 µm, preferably 5 to 30 µm.

일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트에서 주축의 장경(長徑) 길이는, 주축의 총 길이를 의미하는 것으로, 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 또한 상기 금속 덴드라이트에서 복수의 가지상 중 최장 가지상 길이는 5 내지 30 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 25 ㎛일 수 있다. 그리고 주축의 장경에 대한 가지의 개수(가지 개수/장경)는 0.5 내지 10 개/㎛, 구체적으로 1 내지 8 개/㎛일 수 있다. 상기 금속 덴드라이트의 평균 입경(D50)은 덴드라이트의 장경 길이를 포함하는 2차원적 크기를 의미하며, 일례로 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 30㎛ 일 수 있다. 그 외, 덴드라이트의 주축 굵기는 0.3 내지 5.0 ㎛일 수 있다. 상기 금속 덴드라이트는 전술한 구조적 특징을 가짐에 따라 구형의 금속 입자보다 높은 비표면적을 갖게 된다. 본 발명의 다른 일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트는 BET 측정법에 의해 측정된 비표면적이 0.4 내지 3.0 m2/g일 수 있으며, 구체적으로 0.5 내지 2.0 m2/g일 수 있다. 또한 금속 덴드라이트의 겉보기 밀도는 0.5 내지 1.5 g/㎤ 일 수 있으며, 산소 함량은 0.35 % 이하가 적합하다.For example, in the metal dendrite, the length of the major axis of the main axis refers to the total length of the main axis, and may be 5 to 50 µm, specifically 5 to 30 µm. Also, in the metal dendrite, the longest branching length among the plurality of branched phases may be 5 to 30 μm, and specifically, 10 to 25 μm. And the number of branches with respect to the major axis of the main axis (number of branches/long diameter) may be 0.5 to 10 pieces/μm, specifically 1 to 8 pieces/μm. The average particle diameter (D 50 ) of the metal dendrites means a two-dimensional size including the major diameter length of the dendrites, and may be, for example, 5 to 50 μm, specifically 5 to 30 μm. In addition, the main axis thickness of the dendrite may be 0.3 to 5.0 ㎛. The metal dendrite has a higher specific surface area than the spherical metal particles as it has the above-described structural characteristics. For another embodiment of the present invention, the metal dendrite may have a specific surface area measured by BET measurement of 0.4 to 3.0 m 2 /g, specifically 0.5 to 2.0 m 2 /g. In addition, the apparent density of the metal dendrite may be 0.5 to 1.5 g/cm 3 , and an oxygen content of 0.35% or less is suitable.

상기 금속 덴드라이트는 전술한 구조적 특징과 물성을 만족한다면, 사용하고자 하는 금속 재질에 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 일례를 들면, 구리 덴드라이트(Cu dendrite), 은(Ag) 코팅된 구리 덴드라이트(Ag coated Cu dendrite), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히 구리(Cu)는 은(Ag)과 전기 전도도가 유사할 뿐만 아니라 경제적이므로 바람직하다. The metal dendrite is not particularly limited to a metal material to be used as long as the above-described structural characteristics and physical properties are satisfied. As a preferred example, copper dendrite (Cu dendrite), silver (Ag) coated copper dendrite (Ag coated Cu dendrite), or a mixture thereof may be used. In particular, copper (Cu) is preferable because it is economical as well as similar in electrical conductivity to silver (Ag).

본 발명에 따른 접합재에서, 금속 덴드라이트의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 접합재의 총 중량 대비 1 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30 중량%일 수 있다. In the bonding material according to the present invention, the content of the metal dendrite is not particularly limited, and may be included, for example, in an amount of 1 to 40% by weight, preferably 5 to 30% by weight, based on the total weight of the bonding material.

일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트로서 평균 가지상 길이가 5 내지 20 ㎛인 구리 덴드라이트(Cu dendrite)를 사용하는 경우, 이러한 구리 덴드라이트의 함량은 당해 접합재의 총 중량 대비 1 내지 40 중량%, 바람직하게는 5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. For example, when a copper dendrite having an average branch length of 5 to 20 μm is used as the metal dendrite, the content of such copper dendrite is 1 to 40 weight based on the total weight of the bonding material. %, preferably 5 to 30% by weight.

다른 일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트로서 평균 가지상 길이가 5 내지 20㎛, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛의 은(Ag) 코팅된 구리 덴드라이트를 사용하는 경우, 당해 접합재의 총 중량 대비 10 내지 30 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다. In another embodiment, when using a silver (Ag)-coated copper dendrite having an average branch length of 5 to 20 μm, preferably 10 to 30 μm, as the metal dendrite, relative to the total weight of the bonding material It is preferably included in the range of 10 to 30% by weight.

본 발명에서는 접합재 성분으로 금속 덴드라이트를 단독 사용할 수 있으며, 그 외에 다양한 재질, 입경, 및/또는 형상을 갖는 금속 분말을 더 포함하여 접합재 성분으로 혼용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 일례로, 전술한 금속 덴드라이트와, 구형, 침상형, 플레이크상, 무정형 등의 금속 분말을 1종 이상 혼용할 수 있다. In the present invention, metal dendrites may be used alone as a bonding material component, and in addition, metal powders having various materials, particle sizes, and/or shapes are further included and mixed as a bonding material component also falls within the scope of the present invention. For example, one or more types of metal powder such as the above-described metal dendrite and spherical shape, needle shape, flake shape, and amorphous shape may be mixed.

본 발명에 따른 열전 소자(100)는, 상기 도전성 제1 기판(11a)과 상기 도전성 제2 기판(11b)의 외주변을 감싸는 도전성 밀봉재(60)를 포함한다. The thermoelectric element 100 according to the present invention includes a conductive sealing material 60 surrounding the outer periphery of the first conductive substrate 11a and the second conductive substrate 11b.

이러한 도전성 밀봉재(60)는 상기 2개의 도전성 기판(11a, 11b)의 외주변과 이들 사이에 배치된 내장물(예, 1쌍의 전극과 복수의 열전재료) 전체를 둘러싸면서 밀봉 상태를 유지하는 역할을 한다. The conductive sealing material 60 surrounds the outer periphery of the two conductive substrates 11a and 11b and the internals (eg, a pair of electrodes and a plurality of thermoelectric materials) disposed between them while maintaining a sealed state. play a role

상기 밀봉재(60)는 열전소자를 실링하여 밀봉할 수 있다면, 이의 구성 및 구조 등에 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 도전성을 가지면서 연성을 갖는 당 분야에 공지된 통상의 금속 또는 이의 합금(alloy) 재질을 사용할 수 있으며, 구체적으로 도전성 제1 기판 및 도전성 제2 기판 중 적어도 하나와 동일한 재질로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 밀봉재(60)는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(예, SUS), 스테인레스(예, STS304) 또는 이들의 조합 등의 재질로 구성될 수 있다. As long as the sealing material 60 can seal and seal the thermoelectric element, its configuration and structure are not particularly limited. As an example, a conventional metal or an alloy material thereof known in the art having conductivity and ductility may be used, and specifically, it may be composed of the same material as at least one of the conductive first substrate and the conductive second substrate. can More specifically, the sealing material 60 may be made of a material such as aluminum (Al), an aluminum alloy (eg, SUS), stainless (eg, STS304), or a combination thereof.

전술한 구성의 열전소자를 적절히 둘러싸 밀봉할 수 있다면, 상기 도전성 밀봉재(60)의 두께나 크기는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 도전성 밀봉재(60)의 두께는 0.1 내지 3T일 수 있으며, 구체적으로 0.3 내지 1.0T일 수 있다. 또한 도전성 밀봉재(60)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 밀봉재 형상을 가질 수 있다. 일례로, 파우치(pouch) 또는 소정의 케이스 형상일 수 있다. 이러한 파우치나 케이스 내부에 제작된 열전소자를 투입한 후, 상기 투입구를 별도의 접착제, 접합재 등을 사용하거나 또는 필요에 따라 열이나 압력을 가하여 밀봉할 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상의 도전성 금속 호일 등을 사용하여 열전소자를 감싼 후 밀봉하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. The thickness or size of the conductive sealing material 60 is not particularly limited as long as it can properly enclose and seal the thermoelectric element having the above-described configuration, and may be appropriately adjusted within a range known in the art. For example, the thickness of the conductive sealing material 60 may be 0.1 to 3T, specifically 0.3 to 1.0T. In addition, the shape of the conductive sealing material 60 is not particularly limited, and may have a shape of a sealing material known in the art. For example, it may be in the shape of a pouch or a predetermined case. After inserting the manufactured thermoelectric element into the pouch or case, the inlet may be sealed by using a separate adhesive, bonding material, or the like, or by applying heat or pressure as needed. However, it is not particularly limited thereto, and sealing the thermoelectric element using a conventional conductive metal foil or the like known in the art also falls within the scope of the present invention.

선택적으로, 본 발명의 열전 소자(100)는 상기 제1 전극(20a)과 열전 레그(30) 사이; 및 상기 열전 레그(30)와 제2 전극(20b) 사이에 배치되는 확산방지층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 확산방지층은 당 분야에 공지된 통상의 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 탄탈늄(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Optionally, the thermoelectric element 100 of the present invention may be disposed between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30; and a diffusion barrier layer (not shown) disposed between the thermoelectric leg 30 and the second electrode 20b. Such a diffusion barrier layer can be used without limitation, a conventional component known in the art, for example, tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), and includes at least one selected from the group consisting of titanium (Ti) can do.

본 발명에 일 실시예에 따른 열전 소자(100)에서, 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20b)은 전력 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다. 외부에서 DC 전압을 인가했을 때 p형 열전 레그(30a)의 정공과 n형 열전 레그(30b)의 전자가 이동함으로써 열전 레그 양단에서 발열과 흡열이 일어날 수 있다.In the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention, the first electrode 20a and the second electrode 20b may be electrically connected to a power supply source. When a DC voltage is applied from the outside, the holes of the p-type thermoelectric leg 30a and the electrons of the n-type thermoelectric leg 30b move, thereby generating heat and endothermic heat at both ends of the thermoelectric leg.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 소자(100)에서, 제1전극(20a) 및 제2 전극(20b) 중 적어도 하나는 열 공급원에 노출될 수 있다. 외부 열 공급원에 의하여 열을 공급받으면 전자와 정공이 이동하면서 열전소자에 전류의 흐름이 생겨 발전(發電)을 일으킬 수 있다.In the thermoelectric element 100 according to another embodiment of the present invention, at least one of the first electrode 20a and the second electrode 20b may be exposed to a heat source. When heat is supplied by an external heat source, electrons and holes move and current flows in the thermoelectric element to generate electricity.

전술한 제1 실시예에 따른 열전소자는 당 분야에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로 통상의 수지 부착 금속박 및/또는 금속 적층판(예, MCCL)을 이용하여 제조될 수 있다.The thermoelectric element according to the above-described first embodiment may be manufactured according to a method known in the art. For example, it may be manufactured using a conventional resin-attached metal foil and/or a metal laminate (eg, MCCL).

상기 제1 실시예에 따른 열전 소자를 제조하는 방법의 일 실시예를 들면, (a) 절연층의 양면에 금속층이 구비된 금속적층판 2개를 준비하는 단계; (b) 상기 2개의 금속적층판의 일면에 배치된 금속층을 각각 식각하여 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1전극과 제2전극이 서로 대향하도록 배치한 후, 이들 사이에 복수의 열전 레그를 배치하고 상기 접합재를 이용하여 접합하여 열전소자를 제조하는 단계; 및 (d) 도전성 밀봉재를 이용하여 상기 제조된 열전소자의 외주변을 감싸고 실링하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다. For an embodiment of the method for manufacturing the thermoelectric element according to the first embodiment, the method includes the steps of: (a) preparing two metal laminates having metal layers on both sides of an insulating layer; (b) forming a first electrode and a second electrode by etching each of the metal layers disposed on one surface of the two metal laminated plates; (c) manufacturing a thermoelectric element by disposing the first electrode and the second electrode to face each other, arranging a plurality of thermoelectric legs between them and bonding them using the bonding material; and (d) wrapping and sealing the outer periphery of the manufactured thermoelectric element using a conductive sealing material.

열전 소자의 기판으로 사용될 금속 적층판을 준비한다. 이러한 금속적층판으로는, 절연층을 중심으로 하여 이의 양면에 금속층이 각각 적층된 형태를 제한 없이 사용할 수 있다. 여기서, 2개의 금속층은 서로 동일하거나 또는 상이한 금속 성분으로 구성될 수 있다. 일례로, 2개의 금속층 재질로는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종 이상의 금속일 수 있다. 일 구체예를 들면, Cu 및 Al 중 적어도 1종의 금속을 사용하여 소정의 크기(예, 1.5 X 3.5 크기)에 맞게 금형 등을 이용하여 제조한 후 기판의 패턴에 맞게 정렬시켜 준비한다.A metal laminate to be used as a substrate for a thermoelectric element is prepared. As such a metal laminated board, a form in which metal layers are respectively laminated on both sides of the insulating layer as the center can be used without limitation. Here, the two metal layers may be composed of the same or different metal components. For example, the material of the two metal layers may be at least one of aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co). In one embodiment, at least one metal of Cu and Al is prepared using a mold to fit a predetermined size (eg, 1.5 X 3.5 size), and then aligned according to the pattern of the substrate.

상기 금속적층판의 양면에 배치된 금속층(예, 제1금속층, 제2금속층) 중 어느 하나는 도전성 제1기판으로 사용되며, 다른 하나는 식각을 통해 소정의 형태로 패턴화된 제1전극을 형성하게 된다. 이때 식각법은 당 분야에 공지된 에칭법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 물리적 식각, 화학적 식각 또는 이들 모두를 조합하여 적용할 수 있다.One of the metal layers (eg, the first metal layer and the second metal layer) disposed on both sides of the metal laminate is used as a conductive first substrate, and the other is etched to form a patterned first electrode in a predetermined shape. will do In this case, the etching method may be used without limitation, an etching method known in the art, for example, physical etching, chemical etching, or a combination thereof may be applied.

또한 열전 재료를 이용하여 열전레그를 제조하는 방법은 당 분야에 공지된 방법을 사용할 수 있다. 일례를 들면, Bi-Te계 또는 CoSb계 열전재료를 RSP를 이용하여 용융시킨 후 리본 제작 또는 원료 분말 배합 후 열처리 등의 소성을 통해 1차적으로 상(phase)을 형성한다. 이후 핫 프레스(Hot press) 및 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering) 등을 통해 소결하여 소결체를 형성한 후, 목적 두께에 맞게 슬라이싱을 진행하고, 최종 두께에 맞게 랩핑(lapping)을 진행하여 소재의 높이를 1/100 이내로 조절한다. 단차가 제어된 열전 소재의 표면에 Co, Ni, Cr, 및 W 등의 표면 코팅을 진행한 후, 최종적으로 재료의 크기에 맞게 다이싱(dicing)을 실시하여 열전 레그가 제조된다. In addition, as a method of manufacturing a thermoelectric leg using a thermoelectric material, a method known in the art may be used. For example, a Bi-Te-based or CoSb-based thermoelectric material is melted using RSP, and then a phase is formed primarily through sintering such as a heat treatment after preparing a ribbon or mixing raw material powder. After that, a sintered body is formed by sintering through hot press and spark plasma sintering, and then slicing is performed according to the target thickness, and lapping is performed to match the final thickness to the height of the material. to within 1/100. After surface coating of Co, Ni, Cr, and W, etc. is performed on the surface of the thermoelectric material whose step is controlled, dicing is finally performed according to the size of the material to manufacture the thermoelectric leg.

패턴화된 제1 전극과 제2 전극 사이에 준비된 복수의 열전 레그(30)를 배치하고 접합재를 이용하여 접합한다. 이러한 접합재로는, Sn계 솔더; Sn계 솔더에 전술한 제1 금속, 제2 금속이 첨가된 Sn계 솔더를 사용하거나, 또는 상기 Sn계 솔더와 금속 덴드라이트(dendrite)가 소정의 혼합비로 포함된 Sn계 솔더 페이스트를 적용할 수 있다.A plurality of prepared thermoelectric legs 30 are disposed between the patterned first electrode and the second electrode, and bonded using a bonding material. Examples of such a bonding material include Sn-based solder; The Sn-based solder in which the above-described first and second metals are added to the Sn-based solder may be used, or a Sn-based solder paste including the Sn-based solder and a metal dendrite in a predetermined mixing ratio may be applied. have.

상기 접합 단계의 구체적인 일례를 들면, 제1전극(20a)의 패턴에 맞게 접합재 페이스트를 일정 두께로 도포하고, 그 위에 n형 및 p형의 열전 레그를 배열한다. 이후 반대쪽인 대향전극(제2전극)의 경우 접합재만 도포한 상태에서 기존에 제작되어 있는 n형 및 p형 열전 레그가 배열된 부분에 배치한 후 접합하여 최종 구성을 완료한다. 이어서, 300 내지 500℃로 열처리하여 최종 접합한 후 전선을 연결하여 열전 소자의 제작을 완료한다.As a specific example of the bonding step, a bonding material paste is applied to a predetermined thickness according to the pattern of the first electrode 20a, and n-type and p-type thermoelectric legs are arranged thereon. After that, in the case of the opposite electrode (second electrode), the final configuration is completed by placing the n-type and p-type thermoelectric legs that have been previously manufactured in a state in which only the bonding material is applied, and then bonding them together. Then, after heat treatment at 300 to 500 ° C. and final bonding, the wires are connected to complete the manufacture of the thermoelectric element.

이후 도전성 밀봉재를 이용하여 제작된 열전 소자를 감싸고, 필요에 따라 당 분야에 공지된 접착제, 접합재 등을 사용하거나 또는 열이나 압력을 가하여 밀봉을 완료한다. Thereafter, the manufactured thermoelectric element is wrapped using a conductive sealing material, and if necessary, an adhesive, a bonding material, or the like known in the art is used, or heat or pressure is applied to complete sealing.

전술한 열전 레그 및/또는 이를 포함하는 열전 소자는 열전냉각시스템, 열전발전시스템, 및/또는 박막형 센서에 구비되어, 냉각, 발전 및 박막형 센서 중 적어도 하나의 용도에 적용될 수 있다. The above-described thermoelectric leg and/or a thermoelectric element including the same may be provided in a thermoelectric cooling system, a thermoelectric power generation system, and/or a thin-film sensor, and may be applied to at least one of cooling, power generation, and thin-film sensor.

일례로 이러한 열전발전 시스템은 온도차를 이용하여 발전을 일으키는 통상의 시스템을 의미하며, 일례로 폐열로, 차량용 열전발전 시스템, 태양광 열전발전 시스템 등을 들 수 있다. 또한 열전냉각 시스템은 마이크로 냉각시스템, 범용냉각기기, 공조기, 폐열 발전 시스템 등을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 박막형 센서는 박막형 열전소자 등과 같이 미소전력을 이용한 센서 분야를 모두 포함하는 것이다. For example, such a thermoelectric power generation system refers to a conventional system that generates power using a temperature difference, and for example, a waste heat furnace, a thermoelectric power generation system for a vehicle, a solar thermoelectric power generation system, and the like. In addition, the thermoelectric cooling system may include, but is not limited to, a micro cooling system, a general-purpose cooling device, an air conditioner, a waste heat power generation system, and the like. In addition, the thin-film sensor includes all sensor fields using micro-power, such as a thin-film thermoelectric element.

상기 열전발전 시스템, 열전냉각 시스템, 및/또는 박막형 센서 분야의 각 구성 및 제조방법에 대해서는 당 분야에 공지되어 있는 바, 본 명세서에서는 구체적인 기재를 생략한다. 또한 본 발명에서는 동일한 도면 부호로 표시되더라도, 이들은 서로 상이한 구성을 가질 수 있다. Each configuration and manufacturing method in the field of the thermoelectric power generation system, the thermoelectric cooling system, and/or the thin film type sensor is known in the art, and detailed description thereof is omitted herein. Also, in the present invention, even though they are denoted by the same reference numerals, they may have different configurations from each other.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자(200)의 단면을 간략히 도시한 단면도이다. 도 3에서 도 1~2와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section of the thermoelectric element 200 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals as those of FIGS. 1 and 2 indicate the same members.

이하 도 3에 대한 설명에서는 도 1~2와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 소자(200)는, 2개의 도전성 금속 기판을 사용하는 도 1-2와 비교하여, 이중 하나의 도전성 기판으로서 일면에 절연층이 형성되고, 타면에 복수의 슬릿(slit)이 구비된 도전성 금속 기판을 사용한다. Hereinafter, in the description of FIG. 3 , content overlapping with FIGS. 1 and 2 will not be described again, and only differences will be described. Referring to FIG. 3 , in the thermoelectric device 200 according to the second embodiment of the present invention, an insulating layer is formed on one surface as one conductive substrate as compared with FIGS. 1-2 using two conductive metal substrates. and a conductive metal substrate provided with a plurality of slits on the other surface is used.

즉, 종래 전기절연성 세라믹계 기판(예, DBC)을 사용하거나 금속계 기판을 이용하여 열전 소자를 제작하는 경우, 소재 간의 열팽창계수의 차이에 의해 소자가 나타내는 출력 특성이 저하되는 현상이 일어나게 된다. 특히 금속계 기판을 사용할 경우, 열전 소자의 온도 상승에 따른 금속 재질의 급속한 열팽창으로 인해 열전 레그의 박리 및 열전소자의 출력특성 소실 등의 문제가 초래될 수 있다.That is, when a conventional electrically insulating ceramic-based substrate (eg, DBC) or a metal-based substrate is used to fabricate a thermoelectric element, the output characteristic of the element is deteriorated due to a difference in thermal expansion coefficient between materials. In particular, when a metal-based substrate is used, problems such as separation of the thermoelectric leg and loss of output characteristics of the thermoelectric element may occur due to the rapid thermal expansion of the metal material according to the temperature increase of the thermoelectric element.

이에 비해, 본 발명의 제2 실시예에서는 2개의 도전성 기판 중 하나의 기판으로서 일면에 절연층이 형성되고, 타면에 복수의 슬릿(slit)이 구비된 도전성 금속 기판을 채용함으로써, 열전 소자의 온도 상승에 따른 금속 재질의 급속한 열팽창, 열전 레그의 박리, 및 열전소자의 출력특성 소실 등을 해결하고, 열전 소자의 출력특성 저하를 개선할 수 있다. In contrast, in the second embodiment of the present invention, as one of the two conductive substrates, an insulating layer is formed on one surface and a conductive metal substrate provided with a plurality of slits on the other surface is adopted. It is possible to solve the rapid thermal expansion of the metal material according to the rise, peeling of the thermoelectric leg, loss of output characteristics of the thermoelectric element, and the like, and improve the deterioration of the output characteristic of the thermoelectric element.

구체적으로 도 3의 제 2 실시예에 따른 열전 소자(200)는, 일면에 제1절연층(12a)이 형성된 도전성 제1기판(11a); 상기 도전성 제1기판(11a)과 대향 배치되고, 일면에 제2절연층(12b)이 형성되고, 타면에 복수의 슬릿(50)이 구비된 도전성 제2기판(11b); 상기 제1절연층(12a) 상에 배치된 제1전극(20a); 상기 제2절연층(12b) 상에 배치된 제2전극(20b); 상기 제1전극(20a)과 상기 제2전극(20b) 사이에 개재(介在)된 복수의 열전 레그(30); 상기 제1 전극(20a)과 상기 열전 레그(30) 사이와, 상기 열전 레그(30)와 상기 제2 전극(20b) 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재(40); 및 상기 도전성 제1 기판(11a)과 상기 도전성 제2 기판(11b)의 외주변을 감싸는 도전성 밀봉재(60)를 포함한다.Specifically, the thermoelectric element 200 according to the second embodiment of FIG. 3 includes a conductive first substrate 11a having a first insulating layer 12a formed on one surface thereof; a second conductive substrate 11b disposed opposite to the conductive first substrate 11a, a second insulating layer 12b formed on one surface, and a plurality of slits 50 on the other surface; a first electrode 20a disposed on the first insulating layer 12a; a second electrode 20b disposed on the second insulating layer 12b; a plurality of thermoelectric legs 30 interposed between the first electrode 20a and the second electrode 20b; a bonding material 40 disposed between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30 and between the thermoelectric leg 30 and the second electrode 20b; and a conductive sealing material 60 surrounding the outer periphery of the first conductive substrate 11a and the second conductive substrate 11b.

본 발명에서는 금속계 기판을 사용함에 따른 열전 소자의 온도 상승, 금속 재질의 급속한 열팽창, 열전 레그의 박리 및 열전소자의 출력특성 소실을 해결하고자, 2개의 도전성 기판 중 하나로서, 제2절연층(12b)이 비(非)형성된 타면 상에 소정 간격으로 이격된 복수의 슬릿(slit, 50)이 구비된 도전성 기판을 사용한다. 특히 본 발명에서 Bi-Te계 또는 Co-Sb계 열전 레그를 사용할 경우, 고온 사용 온도대를 갖기 때문에 발전 출력을 높일 수 있으며, 고온 하중에 따른 내구성 강화와 우수한 열적 안정성을 발휘하여 최종 제품의 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 이에 따라, 복수의 슬릿(slit)이 구비되는 도전성 기판은, 열팽창시 유연성 부여 효과를 발휘하기 위해서 발열부(hot side)에 배치되는 기판인 것이 바람직하다.In the present invention, in order to solve the temperature rise of the thermoelectric element, rapid thermal expansion of the metal material, peeling of the thermoelectric leg and loss of output characteristics of the thermoelectric element due to the use of a metal-based substrate, as one of the two conductive substrates, the second insulating layer 12b ) uses a conductive substrate provided with a plurality of slits (slits, 50) spaced apart at a predetermined interval on the other surface on which is not formed. In particular, when using a Bi-Te- or Co-Sb-based thermoelectric leg in the present invention, the power generation output can be increased because it has a high-temperature operating temperature range. can have reliability. Accordingly, the conductive substrate provided with a plurality of slits is preferably a substrate disposed on the hot side in order to exhibit a flexibility imparting effect during thermal expansion.

본 발명에서는 금속 재질 기판의 열팽창 특성을 고려하여, 슬릿(50)의 개수나 크기를 적절히 조절하여 형성할 수 있다. 상기 제2도전성 기판(11b) 상에 형성되는 슬릿(50)의 개수는 특별히 제한되지 않으며, 기판의 크기에 따라 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 2개 이상의 복수 개일 수 있으며, 구체적으로 2 내지 수십 개, 보다 구체적으로 2 내지 10개 내외일 수 있다.In the present invention, in consideration of the thermal expansion characteristics of the metal substrate, the number or size of the slits 50 may be appropriately adjusted to form the slits 50 . The number of slits 50 formed on the second conductive substrate 11b is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the size of the substrate. As an example, there may be a plurality of two or more, specifically 2 to several tens, more specifically, may be 2 to 10 or so.

또한 복수의 슬릿(50) 중 어느 하나의 슬릿과, 이에 인접하는 다른 슬릿 사이에는 소정의 이격 거리가 형성된다. 이러한 복수의 슬릿(50) 간의 이격 거리는 특별히 제한되지 않으며, 금속 재질 기판의 열팽창 특성을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일 구현예를 들면, 복수의 슬릿(50) 간의 이격거리는 후술되는 제1전극(20a) 또는 제2전극(20b)의 평면에 대응하는 크기와 같거나 또는 이보다 큰 것일 수 있으며, 바람직하게는 한쌍의 P형 열전 레그(30a)와 N형 열전 레그(30b)를 포함하여 단위 셀을 형성하는 크기에 대응될 수 있다. 일례로, 1.35 내지 1.45 mm일 수 있다. In addition, a predetermined separation distance is formed between any one of the plurality of slits 50 and the other slit adjacent thereto. The separation distance between the plurality of slits 50 is not particularly limited, and may be appropriately adjusted in consideration of the thermal expansion characteristics of the metal substrate. For example, the distance between the plurality of slits 50 may be the same as or larger than the size corresponding to the plane of the first electrode 20a or the second electrode 20b to be described later, preferably a pair The P-type thermoelectric leg 30a and the N-type thermoelectric leg 30b may correspond to the size forming the unit cell. For example, it may be 1.35 to 1.45 mm.

구체적으로, 복수의 슬릿(50)은, 제1 방향(예, 기판의 길이방향)을 따라 형성되는 슬릿 너비; 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향을 따라 형성되는 슬릿 길이; 및 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 직교하며, 상기 도전성 제1-2 기판(11a, 11b)에 수직한 방향(예, 기판의 두께 방향)을 따라 형성되는 슬릿 깊이를 갖는다. 특히, 복수의 슬릿(50)은 실질적으로 동일한 슬릿 깊이(depth)를 갖는다. 이러한 슬릿의 깊이는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 각각 당해 도전성 제1기판(11a) 또는 도전성 제2기판(11b)의 전체 두께를 기준으로 30% 내지 100%일 수 있으며, 구체적으로 50% 내지 100%, 보다 구체적으로 70% 내지 100%일 수 있다. 또한 상부에서 바라볼 때, 슬릿의 길이는 상기 도전성 제2기판 (11b)의 길이방향(제1방향)과 수직한 방향(제2방향)의 길이와 동일할 수 있으며, 슬릿의 너비는 도전성 제1-2기판(11a, 11b)의 길이방향(제1방향)에 따른 전체 길이를 기준으로 대략 7 내지 10%일 수 있다. Specifically, the plurality of slits 50 may include a slit width formed along a first direction (eg, a longitudinal direction of the substrate); a slit length formed along a second direction crossing the first direction; and a slit depth that is perpendicular to the first and second directions and is formed along a direction (eg, a thickness direction of the substrate) perpendicular to the first and second conductive substrates 11a and 11b. In particular, the plurality of slits 50 have substantially the same slit depth. The depth of the slit is not particularly limited, and for example, may be 30% to 100% based on the total thickness of the first conductive substrate 11a or the second conductive substrate 11b, and specifically 50% to 100%, respectively. %, more specifically 70% to 100%. Also, when viewed from the top, the length of the slit may be the same as the length of the second conductive substrate 11b in the longitudinal direction (first direction) and perpendicular to the length (second direction), and the width of the slit may be the same as the length of the conductive second substrate 11b. It may be approximately 7 to 10% based on the total length in the longitudinal direction (first direction) of the 1-2 substrates 11a and 11b.

일례로, 가로×세로×두께가 40.5 × 40.5 × 0.7 (mm)인 도전성 제1기판을 사용시, 슬릿의 깊이는 0.49 내지 0.63 mm이며, 슬릿 너비는 3.0 내지 4.0 mm이고, 슬릿 길이는 40.5 mm의 크기를 가질 수 있다. 다른 일례로, 가로×세로×두께가 40.5 × 40.5 × 1.5 (mm)인 도전성 제1기판을 사용시, 슬릿의 깊이는 1.05 내지 1.35 mm 이며, 슬릿 너비는 3.0 내지 4.0 mm 이고, 슬릿 길이는 40.5 mm의 크기를 가질 수 있다. 그러나 전술한 수치에 특별히 한정되지 않으며, 사용하고자 하는 기판의 크기에 따라 적절히 변형 및 조절 가능하다. For example, when using a conductive first substrate having a width × length × thickness of 40.5 × 40.5 × 0.7 (mm), the slit depth is 0.49 to 0.63 mm, the slit width is 3.0 to 4.0 mm, and the slit length is 40.5 mm. can have size. As another example, when using a conductive first substrate having a width × length × thickness of 40.5 × 40.5 × 1.5 (mm), the slit depth is 1.05 to 1.35 mm, the slit width is 3.0 to 4.0 mm, and the slit length is 40.5 mm can have the size of However, it is not particularly limited to the above-mentioned values, and can be appropriately deformed and adjusted according to the size of the substrate to be used.

복수의 슬릿(50)은 수평 단면 형상을 볼 때, 복수의 음각 패턴이 규칙적으로 배치되는 구조를 갖는다. 이러한 음각 패턴의 수평 단면 형상은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 사각형, 원형, 타원형, 스트라이프형, 마름모형 및 다각형 중 어느 하나일 수 있다. 그 외, 다양한 패턴 형상을 적용할 수 있다. The plurality of slits 50 have a structure in which a plurality of intaglio patterns are regularly arranged when viewing a horizontal cross-sectional shape. The horizontal cross-sectional shape of the engraved pattern is not particularly limited, and may be, for example, any one of a rectangle, a circle, an oval, a stripe, a rhombus, and a polygon. In addition, various pattern shapes can be applied.

상기 복수의 슬릿(50)은, 제2 절연층(12b)이 비형성되는 도전성 제2기판(11b)의 일면 상에 형성되되, 바람직하게는 도전성 제2기판(11b)의 제2 절연층(12b) 상에 배치되는 제2전극(20b)을 중심으로 상호 대칭을 이루도록 형성된다. 구체적으로, 제2전극(20b)의 중심을 지나는 제1방향선(예, 제2전극의 장축 길이방향)을 기준으로 좌우대칭 또는 중심대칭(centrosymmetrically) 구조를 갖도록 배치될 수 있다.The plurality of slits 50 are formed on one surface of the conductive second substrate 11b on which the second insulating layer 12b is not formed, preferably a second insulating layer ( 12b) is formed to be symmetrical with respect to the second electrode 20b disposed thereon. Specifically, the second electrode 20b may be disposed to have a left-right or centrosymmetrically structure based on a first direction line passing through the center of the second electrode 20b (eg, a longitudinal direction of a long axis of the second electrode).

그 외, 도 3의 제2 실시예(200)에 따른 열전소자에서 각 구성 요소의 재료와 구조 등에 대한 설명은 도 1~2의 제1 실시예에 따른 열전 소자(100)의 설명이 그대로 적용될 수 있다. In addition, the description of the material and structure of each component in the thermoelectric element according to the second embodiment 200 of FIG. 3 is the same as the description of the thermoelectric element 100 according to the first embodiment of FIGS. 1 and 2 . can

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자(300)의 단면을 간략히 도시한 단면도이다. 도 4에서 도 1~3과 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section of the thermoelectric element 300 according to the third embodiment of the present invention. In Fig. 4, the same reference numerals as in Figs. 1 to 3 denote the same members.

이하 도 4에 대한 설명에서는 도 1~3과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다. 도 4을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 소자(300)는, 복수의 슬릿(50)이 구비된 도전성 제2기판(11b)을 상부기판으로 사용하는 도 3의 실시예와 달리, 복수의 슬릿(50)이 구비된 도전성 제1기판(11a)을 하부 기판으로 사용한다. Hereinafter, in the description of FIG. 4, content overlapping with FIGS. 1 to 3 will not be described again, and only differences will be described. Referring to FIG. 4 , the thermoelectric element 300 according to the third embodiment of the present invention is similar to the embodiment of FIG. 3 using a conductive second substrate 11b provided with a plurality of slits 50 as an upper substrate. Alternatively, the conductive first substrate 11a provided with the plurality of slits 50 is used as the lower substrate.

구체적으로, 도전성 제1기판(11a)은 일면에 제1절연층(12b)이 형성되고, 제1전극(20a)이 배치되지 않는 타면 상에 소정의 간격으로 이격된 복수의 슬릿(50)이 구비된다. 이러한 도전성 제1기판(11a)은 열팽창시 유연성 부여 효과를 발휘하기 위해서 발열부(hot side) 기판인 것이 바람직하다.Specifically, the conductive first substrate 11a has a first insulating layer 12b formed on one surface, and a plurality of slits 50 spaced apart from each other at a predetermined interval on the other surface on which the first electrode 20a is not disposed. provided The conductive first substrate 11a is preferably a hot side substrate in order to exert a flexibility imparting effect upon thermal expansion.

그 외, 도 4의 실시예에서 각 구성 요소의 재료와 구조 등에 대한 설명은 도 3의 제2 실시예에 따른 열전 소자(200)의 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다. In addition, since the description of the thermoelectric element 200 according to the second embodiment of FIG. 3 may be applied as it is for the description of the material and structure of each component in the embodiment of FIG. 4 , an individual description thereof will be omitted.

본 발명의 제2 내지 제3 실시예에 따른 열전소자(200, 300)는 당 분야에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있으며, 일례로 통상의 수지 부착 금속박 및/또는 금속 적층판을 이용하여 제조될 수 있으며, 바람직하게는 동박적층판(CCL, copper clad laminate)일 수 있다. The thermoelectric elements 200 and 300 according to the second to third embodiments of the present invention may be manufactured according to methods known in the art, for example, to be manufactured using a conventional resin-attached metal foil and/or metal laminate. It may be, preferably, a copper clad laminate (CCL, copper clad laminate).

상기 제2-3 실시예에 따른 열전 소자(200, 300)를 제조하는 방법의 일 실시예를 들면, (a) 절연층의 양면에 금속층이 구비된 금속적층판 2개를 준비하는 단계; (b) 상기 2개의 금속적층판의 일면에 배치된 금속층을 각각 식각하여 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1전극과 제2전극이 서로 대향하도록 배치한 후, 이들 사이에 복수의 열전 레그를 배치하고 상기 접합재를 이용하여 접합하여 열전 소자를 제작하는 단계; 및 (d) 상기 2개의 금속적층판 중 어느 하나의 금속적층판 타면 상에, 상기 제1전극 또는 제2전극의 평면에 대응되는 크기를 같거나 또는 보다 큰 간격으로 이격하여 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 단계; 및 (e) 도전성 밀봉재를 이용하여 상기 제조된 열전 소자의 외주변을 감싸고 실링하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다. As an embodiment of the method for manufacturing the thermoelectric elements 200 and 300 according to the 2-3rd embodiment, the method includes the steps of: (a) preparing two metal laminates having metal layers on both sides of an insulating layer; (b) forming a first electrode and a second electrode by etching each of the metal layers disposed on one surface of the two metal laminated plates; (c) arranging the first electrode and the second electrode to face each other, arranging a plurality of thermoelectric legs between them, and bonding them using the bonding material to fabricate a thermoelectric element; and (d) on the other surface of any one of the two metal laminates, a plurality of slits are spaced apart by the same or larger intervals corresponding to the plane of the first electrode or the second electrode. forming; and (e) enclosing and sealing the outer periphery of the manufactured thermoelectric element using a conductive sealing material.

전술한 제조방법에서, 2개의 금속적층판 중 하나의 금속적층판의 일면 상에 복수의 슬릿(slit)을 형성한다. 이때 복수의 슬릿(slit)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 레이저 커팅, 기계적 펀칭, 또는 절단 휠 등을 사용할 수 있다. In the above-described manufacturing method, a plurality of slits are formed on one surface of one of the two metal laminates. In this case, a method of forming the plurality of slits is not particularly limited, and methods known in the art may be used without limitation. For example, laser cutting, mechanical punching, or a cut-off wheel may be used.

여기서, 복수의 슬릿 간의 이격거리는, 전술한 제1전극(또는 제2전극)의 평면에 대응하는 크기와 같거나 보다 크게 조절할 수 있다. 구체적인 일례를 들면, 복수의 슬릿은, 한 쌍의 P형 및 N형 열전 레그가 접속되어 하나의 열전소자(예, 단위 셀)가 완성될 수 있는 다수의 열전소자 단위영역(미도시)이 가로 및 세로 방향을 따라 구획된 구조일 수 있고, 각 단위영역을 구획하는 경계부에는 소잉라인이 형성될 수 있다 Here, the distance between the plurality of slits may be adjusted to be equal to or greater than the size corresponding to the plane of the aforementioned first electrode (or second electrode). For a specific example, in the plurality of slits, a plurality of thermoelectric element unit regions (not shown) in which a pair of P-type and N-type thermoelectric legs are connected to complete one thermoelectric element (eg, a unit cell) are horizontal. and a structure partitioned in a vertical direction, and a sawing line may be formed at a boundary portion partitioning each unit area.

이어서, 패턴화된 제1전극과 제2전극 상에 복수의 열전 레그를 배치하고, 접합재를 이용하여 접합한 후 도전성 밀봉재를 이용하여 최종 열전소자를 제조하는 방법은, 전술한 제1 내지 2 실시예와 동일하므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다.Next, the method of disposing a plurality of thermoelectric legs on the patterned first and second electrodes, bonding them using a bonding material, and manufacturing a final thermoelectric device using a conductive sealing material is performed according to the first and second methods described above. Since it is the same as the example, an individual description thereof will be omitted.

한편 본 발명의 제2 내지 제3 실시예에서는, 금속적층판을 이용하여 열전 소자를 제조하는 방법을 구체적으로 설명하고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 당 분야의 공지된 금속판 위에 에폭시 수지 등의 절연 수지를 도포한 후, 도포된 절연층 상에 소정의 전극 패턴을 구성한 후 열처리하여 고착화된 것을 도전성 기판으로 사용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.Meanwhile, in the second to third embodiments of the present invention, a method for manufacturing a thermoelectric element using a metal laminate is described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and after coating an insulating resin such as an epoxy resin on a metal plate known in the art, configuring a predetermined electrode pattern on the applied insulating layer, and then heat-treating the fixed electrode as a conductive substrate. belongs to the category of

한편 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자(400)의 단면을 간략히 도시한 단면도이다. 도 5에서 도 1~4와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Meanwhile, FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section of the thermoelectric element 400 according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 5 , the same reference numerals as those of FIGS. 1 to 4 indicate the same members.

이하 도 5에 대한 설명에서는 도 1~4와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다. 도 5을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 소자(400)는, 소정의 슬릿 깊이(depth)를 갖는 복수의 슬릿(50)이 구비된 도전성 기판(11a, 11b)을 사용하는 도 3-4의 실시예와 달리, 복수의 슬릿(50)이 구비되되, 슬릿의 깊이(depth)가 100%인 도전성 제2기판(11b)을 상부기판으로 사용한다. Hereinafter, in the description of FIG. 5 , content overlapping with FIGS. 1 to 4 will not be described again, and only differences will be described. Referring to FIG. 5 , the thermoelectric element 400 according to the fourth embodiment of the present invention uses conductive substrates 11a and 11b provided with a plurality of slits 50 having a predetermined slit depth. Unlike the embodiment of FIGS. 3-4 , a plurality of slits 50 are provided, and a conductive second substrate 11b having a depth of 100% of the slits is used as the upper substrate.

구체적으로 도전성 제2 기판(11b)은, 당해 기판의 일면 상에 제2 절연층(12b) 및 제2 전극(20b)이 각각 순차적으로 적층되는 구조를 가지되, 평면 상에서 도전성 제2 기판(11b), 제2 절연층(12b) 및 제2 전극(20b)은 실질적으로 동일한 크기를 갖도록 조절한다. 이러한 도전성 제2 기판(11b)은 열팽창시 유연성 부여 효과를 발휘하기 위해서 발열부(hot side) 기판인 것이 바람직하다. Specifically, the second conductive substrate 11b has a structure in which a second insulating layer 12b and a second electrode 20b are sequentially stacked on one surface of the substrate, respectively, and the conductive second substrate 11b is formed on a plane surface. ), the second insulating layer 12b and the second electrode 20b are adjusted to have substantially the same size. The conductive second substrate 11b is preferably a hot side substrate in order to exert a flexibility imparting effect upon thermal expansion.

상기 도전성 제2 기판(11b)의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당 분야에 공지된 전극의 평면 크기 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. The size of the second conductive substrate 11b is not particularly limited, and may be appropriately adjusted, for example, within a plane size range of an electrode known in the art.

여기서, 복수의 슬릿(50) 간의 이격 거리, 슬릿 너비, 슬릿의 단면 형상 등은 특별히 제한되지 않으며, 금속 재질 기판의 열팽창 특성을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 도 3~4의 제2~3 실시예에 따른 슬릿(50)의 구성과 동일하거나 일부 상이할 수 있다. Here, the separation distance between the plurality of slits 50, the slit width, the cross-sectional shape of the slits, etc. are not particularly limited, and may be appropriately adjusted in consideration of the thermal expansion characteristics of the metallic substrate. For example, the configuration of the slit 50 according to the second to third embodiments of FIGS. 3 to 4 may be the same as or partially different from that of the slit 50 .

그 외, 도 5의 실시예에서 각 구성 요소의 재료와 구조 등에 대한 설명은 도 3-4의 제2-3 실시예에 따른 열전 소자(200, 300)의 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다. In addition, since the description of the material and structure of each component in the embodiment of FIG. 5 may be applied as it is, the description of the thermoelectric elements 200 and 300 according to the second and third embodiments of FIGS. 3-4 can be applied. Individual descriptions are omitted.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 소자(500)의 단면을 간략히 도시한 단면도이다. 도 6에서 도 1~5와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section of a thermoelectric element 500 according to a fifth embodiment of the present invention. In Fig. 6, the same reference numerals as in Figs. 1 to 5 denote the same members.

이하 도 6에 대한 설명에서는 도 1~5와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 소자(500)는, 복수의 슬릿이 구비되되, 상기 슬릿의 깊이(depth)가 100%인 도전성 제2 기판(11b)을 상부기판으로 사용하는 도 5의 실시예와 달리, 슬릿 깊이(depth)가 100%인 도전성 제1 기판(11a)을 하부기판으로 사용한다. Hereinafter, in the description of FIG. 6 , content overlapping with FIGS. 1 to 5 will not be described again, and only differences will be described. Referring to FIG. 6 , in the thermoelectric device 500 according to the fifth embodiment of the present invention, a plurality of slits are provided, and a conductive second substrate 11b having a depth of 100% of the slits is formed as an upper substrate. 5, the conductive first substrate 11a having a slit depth of 100% is used as the lower substrate.

그 외, 도 6의 실시예에서 각 구성 요소의 재료와 구조 등에 대한 설명은 도 5의 제4 실시예에 따른 열전 소자(400)의 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 이에 대한 개별적인 설명은 생략한다. In addition, since the description of the thermoelectric element 400 according to the fourth embodiment of FIG. 5 may be applied as it is for the description of the material and structure of each component in the embodiment of FIG. 6 , an individual description thereof will be omitted.

본 발명의 제4 내지 제5 실시예에 따른 열전소자(400, 500)는 당 분야에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있으며, 일례로 통상의 수지 부착 금속박 및/또는 금속 적층판을 이용하여 제조될 수 있다. The thermoelectric elements 400 and 500 according to the fourth to fifth embodiments of the present invention may be manufactured according to methods known in the art, for example, to be manufactured using a conventional resin-attached metal foil and/or a metal laminate. can

상기 제4-5 실시예에 따른 열전 소자(400, 500)를 제조하는 방법의 일 실시예를 들면, (a) 절연층의 양면에 금속층이 구비된 금속적층판 2개를 준비하는 단계; (b) 상기 2개의 금속적층판의 일면에 배치된 금속층을 각각 식각하여 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; (c) 상기 제1전극과 제2전극이 서로 대향하도록 배치한 후, 이들 사이에 복수의 열전 레그를 배치하고 상기 접합재를 이용하여 접합하여 열전 소자를 제작하는 단계; 및 (d) 상기 2개의 금속적층판 중 어느 하나의 금속적층판 타면을 당해 전극의 평면 크기와 동일한 크기로 타발 또는 절단하는 단계; 및 (e) 도전성 밀봉재를 이용하여 상기 제조된 열전 소자의 외주변을 감싸고 실링하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. As an embodiment of the method for manufacturing the thermoelectric elements 400 and 500 according to the 4-5 embodiment, the steps of: (a) preparing two metal laminates having metal layers on both sides of the insulating layer; (b) forming a first electrode and a second electrode by etching each of the metal layers disposed on one surface of the two metal laminated plates; (c) arranging the first electrode and the second electrode to face each other, arranging a plurality of thermoelectric legs between them, and bonding them using the bonding material to fabricate a thermoelectric element; and (d) punching or cutting the other surface of any one of the two metal laminates to have the same size as the plane size of the electrode; and (e) wrapping and sealing the outer periphery of the manufactured thermoelectric element using a conductive sealing material.

전술한 제5 실시예에 따른 열전 소자(500)의 제조방법에서는, 2개의 금속적층판 중 하나에 복수의 슬릿(slit)을 형성하되, 전극(20a, 20b)의 평면 크기와 동일한 크기를 갖도록 금속적층판을 두께 방향에 따라 절단한다(slit depth = 100%). 이때 금속적층판 중 하나를 분할하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 타발, 레이저 커팅, 기계적 펀칭, 또는 절단 휠 등을 사용할 수 있다. In the method of manufacturing the thermoelectric element 500 according to the above-described fifth embodiment, a plurality of slits are formed in one of the two metal laminates, but the metal to have the same size as the planar size of the electrodes 20a and 20b. The laminate is cut along the thickness direction (slit depth = 100%). In this case, a method of dividing one of the metal laminates is not particularly limited, and methods known in the art may be used without limitation. For example, punching, laser cutting, mechanical punching, or a cut-off wheel may be used.

또한 본 발명에서는 2개의 금속 적층판을 사용하는 방법 이외에, 당 분야에 공지된 금속판 위에 에폭시 수지 등의 절연 수지를 도포하고, 도포된 절연층 상에 소정의 전극 패턴을 구성한 후 열처리하여 고착화된 것을 도전성 기판으로 사용하여 열전소자를 제작할 수도 있다. In addition, in the present invention, in addition to the method of using two metal laminates, an insulating resin such as an epoxy resin is applied on a metal plate known in the art, a predetermined electrode pattern is formed on the applied insulating layer, and then heat-treated to fix the conductive conductive material. A thermoelectric element can also be manufactured by using it as a substrate.

상기 제4-5 실시예에 따른 열전 소자(400, 500)를 제조하는 방법의 다른 일 실시예를 들면, (a) 절연층의 양면에 금속층이 구비된 제1 금속적층판을 준비하는 단계; (b) 상기 제1 금속적층판의 일면에 배치된 금속층을 각각 식각하여 제1 전극을 형성하는 단계; (c) 제2 금속판의 일면 상에 절연층과 전극 패턴을 순차적으로 형성한 후, 타발 또는 절단을 통해 소정의 크기로 분할된 복수의 도전성 제2기판을 제조하는 단계; 및 (d) 제1 전극 상에 복수의 열전레그를 배치하고 접합재를 이용하여 접합하는 단계; (e) 복수의 제2 도전성 기판의 일면에 접합재를 도포한 후 상기 단계 (d)의 열전레그의 타면과 각각 접합하여 열전소자를 제작하는 단계; 및 (f) 도전성 밀봉재를 이용하여 상기 제조된 열전 소자의 외주변을 감싸고 실링하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. In another embodiment of the method for manufacturing the thermoelectric elements 400 and 500 according to the 4-5 embodiment, the method includes the steps of: (a) preparing a first metal laminate having metal layers on both surfaces of an insulating layer; (b) forming a first electrode by etching each of the metal layers disposed on one surface of the first metal laminate; (c) sequentially forming an insulating layer and an electrode pattern on one surface of a second metal plate, and then manufacturing a plurality of conductive second substrates divided into predetermined sizes through punching or cutting; and (d) disposing a plurality of thermoelectric legs on the first electrode and bonding them using a bonding material; (e) applying a bonding material to one surface of the plurality of second conductive substrates and then bonding the other surfaces of the thermoelectric legs of step (d) to fabricate a thermoelectric element; and (f) wrapping and sealing the outer periphery of the manufactured thermoelectric element using a conductive sealing material.

전술한 제조방법에서는, 당 분야에 공지된 통상의 금속판 상에 절연층과 소정의 전극 패턴을 순차적으로 구성한 것을 도전성 제2 기판을 사용하고, 이러한 도전성 제2 기판을 소정의 크기(예, 전극 크기)에 맞게 금형이나 타발 등을 이용하여 전극 패턴에 맞게 분할한 후, 분할된 도전성 제2 기판 단위체를 정렬시켜 준비한다.In the above-described manufacturing method, a conductive second substrate is used in which an insulating layer and a predetermined electrode pattern are sequentially formed on a conventional metal plate known in the art, and the conductive second substrate is formed with a predetermined size (eg, electrode size). ) according to the electrode pattern using a mold or punching, and then prepare by aligning the divided conductive second substrate unit.

상기와 같이 분할된 복수의 도전성 제2 기판 단위체는, 접합재만 도포된 상태에서 기존에 제작된 n형, p형이 배열된 열전 레그의 다른 일측에 배치된 후 접합함으로써 최종 열전소자를 제조할 수 있다. The plurality of conductive second substrate units divided as described above are disposed on the other side of the thermoelectric leg in which the n-type and p-type are arranged in the state where only the bonding material is applied, and the final thermoelectric element can be manufactured by bonding. have.

이후 도전성 밀봉재를 이용하여 제작된 열전 소자를 감싸고, 필요에 따라 당 분야에 공지된 접착제, 접합재을 사용하거나 또는 열이나 압력을 가하여 밀봉을 완료한다. Thereafter, the manufactured thermoelectric element is wrapped using a conductive sealing material, and if necessary, an adhesive or bonding material known in the art is used, or heat or pressure is applied to complete sealing.

한편 도 3 내지 6에서는 복수의 슬릿(50)이 각각 도전성 제1 기판(11a)과 도전성 제2 기판(11b) 중 어느 하나에 형성된 실시예를 구체적으로 예시하고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 도전성 기판(11a, 11b) 모두에 형성되거나, 상기 도전성 기판(11a, 11b)의 단면 및/또는 양면에 형성되는 실시예 역시 본 발명의 범주에 속한다. Meanwhile, FIGS. 3 to 6 specifically exemplify an embodiment in which the plurality of slits 50 are formed on any one of the first conductive substrate 11a and the second conductive substrate 11b, respectively. However, the present invention is not limited thereto, and embodiments formed on both of the conductive substrates 11a and 11b or on one side and/or both surfaces of the conductive substrates 11a and 11b also fall within the scope of the present invention.

또한 도전성 금속 기판을 채용하는 도 1 내지 6에서는 제1절연층(12a)과 제2절연층(12b)이 각각 단일층으로 형성된 실시예를 구체적으로 예시하고 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 절연층(12a, 12b)의 개수, 형상, 크기는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 절연층(12a, 12b)의 구성은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형태와 크기를 갖도록 자유롭게 변형 가능하다. 또한 상기 절연층(12a, 12b)은 전기 절연성을 유지하는 범위 내에서, 당 분야에 공지된 통상의 무기계 필러 및/또는 유기계 필러를 더 포함할 수 있다. Also, FIGS. 1 to 6 employing a conductive metal substrate specifically exemplify an embodiment in which the first insulating layer 12a and the second insulating layer 12b are each formed as a single layer. However, the present invention is not limited thereto, and the number, shape, and size of the insulating layers 12a and 12b are not particularly limited. That is, the configuration of the insulating layers 12a and 12b is not particularly limited, and can be freely modified to have various shapes and sizes. In addition, the insulating layers 12a and 12b may further include conventional inorganic fillers and/or organic fillers known in the art within the range of maintaining electrical insulation.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples only illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1] 밀봉 열전소자의 제조[Example 1] Manufacturing of sealed thermoelectric element

Al 기판 (두께: 대략 0.7 mm) 위에 에폭시 수지가 도포되고 그 위에 Cu 전극이 배치된 기판(제1 금속적층판)을 이용하였다. 상기 Cu 전극 상에 접합재를 도포하고, 그 위에 열전 레그를 배치하였다. An epoxy resin was applied on an Al substrate (thickness: about 0.7 mm) and a substrate (a first metal laminated plate) having a Cu electrode disposed thereon was used. A bonding material was applied on the Cu electrode, and a thermoelectric leg was placed thereon.

타발 또는 슬릿으로 분할된 제2 금속적층판에 접합재를 도포한 후 상기 열전 레그의 타면과 접합하고, 열처리 설비를 이용하여 약 300도에서 열처리하여 열전소자를 제작하였다. After applying a bonding material to the second metal laminate divided by punching or slits, it was bonded to the other surface of the thermoelectric leg, and heat-treated at about 300 degrees using a heat treatment facility to manufacture a thermoelectric element.

이후 약 0.5T의 알루미늄 호일(Al foil)로 열전소자를 감싼 후, 별도의 열이나 접합재의 접합 등을 통해 테두리를 실링하여 밀봉된 열전 소자를 제조하였다. 제조된 실시예 1의 열전소자의 구조는 하기 도 5와 같다. After wrapping the thermoelectric element with about 0.5T of aluminum foil, a sealed thermoelectric element was manufactured by sealing the edge through separate heat or bonding of a bonding material. The structure of the manufactured thermoelectric element of Example 1 is shown in FIG. 5 below.

[실시예 2] 열전소자의 제조[Example 2] Preparation of thermoelectric element

0.5T의 알루미늄 호일 대신 약 0.5T의 스테인레스 호일(STS304 foil)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 열전소자를 제조하였다. 제조된 실시예 2의 열전소자의 구조는 하기 도 5와 같다. A thermoelectric element was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.5T of stainless foil (STS304 foil) was used instead of 0.5T of aluminum foil. The structure of the manufactured thermoelectric element of Example 2 is shown in FIG. 5 below.

[비교예 1] 열전소자의 제조[Comparative Example 1] Preparation of thermoelectric element

상용 DBC 기판 (Ferrotec社, 200 pair DBC)을 이용하여 접합재를 도포한 후, 그 위에 열전 소재를 올린 후, 반대쪽 전극을 동일한 DBC 전극을 이용하여 배열한 후에 열처리 설비를 이용하여 약 300℃에서 열처리하여 비교예 1의 열전 소자를 제작하였다. 이때, 적용된 기판 및 전극을 제외하고, 나머지 재료와 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.After applying a bonding material using a commercial DBC substrate (Ferrotec, 200 pair DBC), placing a thermoelectric material on it, arranging the opposite electrode using the same DBC electrode, and then heat treatment at about 300°C using a heat treatment facility Thus, the thermoelectric element of Comparative Example 1 was manufactured. At this time, except for the applied substrate and electrode, the remaining materials and processes were performed in the same manner as in Example 1.

[비교예 2] 열전소자의 제조[Comparative Example 2] Preparation of thermoelectric element

0.5T의 도전성 알루미늄 호일 대신 약 0.5T의 절연성 알루미나(세라믹, Al2O3)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 비교예 2의 열전소자를 제조하였다. 이때 알루미나의 특성상 상하면을 제외한 전체 측면은 실리콘을 이용하여 마감하였다.A thermoelectric device of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.5T of insulating alumina (ceramic, Al 2 O 3 ) was used instead of 0.5T of conductive aluminum foil. At this time, due to the nature of alumina, all sides except the top and bottom were finished using silicon.

[실험예 1] 열전소자의 온도별 출력 평가[Experimental Example 1] Evaluation of output by temperature of thermoelectric element

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 소자(크기: 40×40×3t)에 대하여, 출력평가 설비를 이용하여 고온부 온도 변화에 따른 초기 출력의 변화 결과를 평가하였다. For each device (size: 40×40×3t) manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the result of the change in the initial output according to the temperature change of the high temperature part was evaluated using an output evaluation facility.

구체적으로, 소자의 초기 출력 평가는 제조된 각 열전소자를 이용하여 출력 평가 설비에 장착한 후 약 60 kgf의 하중을 인가하였으며, 이후 저온 냉각부 온도를 30℃로 유지시키고, 고온부 온도를 115℃에서 350℃까지 변화시키면서 수회 반복하여 실시하였다. 이들의 결과는 각 3회 평균값을 도식화하여 도 7에 나타내었다.Specifically, in the initial output evaluation of the device, a load of about 60 kgf was applied after mounting in the output evaluation facility using each manufactured thermoelectric element, and then maintaining the low-temperature cooling unit temperature at 30°C and the high-temperature unit temperature at 115°C. It was repeated several times while changing from to 350 °C. These results are shown in FIG. 7 by plotting the average value of each three times.

실험 결과, 비교예 1~2 및 실시예 1~2의 열전소자는 고온부 온도에 따른 열전소자의 초기출력 특성이 대등하게 발휘된다는 것을 알 수 있었다(하기 도 7 참조). As a result of the experiment, it was found that the thermoelectric elements of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 exhibit the same initial output characteristics according to the temperature of the high temperature part (see FIG. 7 below).

[실험예 2] 열전 소자의 출력 변화율 평가[Experimental Example 2] Evaluation of output change rate of thermoelectric element

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 소자(크기: 40×40×3t)에 대하여, 출력평가 설비를 이용하여 반복에 따른 출력 변화 결과를 평가하였다. For each device (size: 40×40×3t) manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, output change results according to repetition were evaluated using an output evaluation facility.

구체적으로, 소자의 출력 평가는 제조된 각 열전소자를 이용하여 출력 평가 설비에 장착한 후 약 60 kgf의 하중을 인가하였으며, 이후 고온부 온도를 300℃, 저온 냉각부 온도를 30℃로 유지시킨 후, 수 회 반복하여 실시하였다. 이들의 결과는 각 3회 평균값을 도식화하여 도 8에 나타내었다.Specifically, in the output evaluation of the device, a load of about 60 kgf was applied after mounting in the output evaluation facility using each manufactured thermoelectric element, and after maintaining the high temperature part temperature at 300 °C and the low temperature cooling part temperature at 30 °C. , was repeated several times. These results are shown in FIG. 8 by plotting the average value of each three times.

실험 결과, 비교예 1의 열전소자는 4회 이상부터 소자의 출력 특성이 급격히 저하되는 양상을 보였으며, 절연성 밀봉재를 사용하는 비교예 2의 열전소자는 8회 이상부터 소자의 출력 특성이 급격히 저하되었다. 이에 비해, 실시예 1~2의 열전 소자는 20회를 반복하더라도 소자의 출력 변화율이 지속적으로 유지되는 것을 알 수 있었다(하기 도 8 참조). As a result of the experiment, in the thermoelectric element of Comparative Example 1, the output characteristics of the element rapidly decreased after 4 or more cycles, and in the thermoelectric element of Comparative Example 2 using an insulating sealing material, the output characteristics of the element rapidly decreased after 8 or more times. became In contrast, in the thermoelectric elements of Examples 1 and 2, it was found that the output change rate of the elements was continuously maintained even after 20 repetitions (refer to FIG. 8 below).

[실험예 3] 열전소자의 고온에 따른 저항평가[Experimental Example 3] Resistance evaluation according to high temperature of thermoelectric element

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 열전 소자의 특성을 하기와 같이 평가하였다. The properties of the thermoelectric devices prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated as follows.

구체적으로, 각 기판을 사용하여 제작된 열전 소자의 단위저항을 4probe 설비를 이용하여 고유 저항을 각각 측정하여 그 결과를 고온 평가 전 소자 저항으로 기재하였다. 또한, 고온 평가가 진행된 각 열전 소자의 단위 저항을 4probe 설비를 이용하여 소자 고유 저항을 측정하였으며, 그 결과를 고온 평가 후 소자 저항으로 기재하여 하기 표 1에 나타내었다.Specifically, the unit resistance of the thermoelectric element manufactured using each substrate was measured using a 4 probe facility, and the result was described as the element resistance before high-temperature evaluation. In addition, the unit resistance of each thermoelectric element subjected to high temperature evaluation was measured using a 4 probe facility, and the result was described as the device resistance after high temperature evaluation and is shown in Table 1 below.

횟수number 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 고온 평가 전
소자 저항
(ΩI)Before high temperature evaluation
element resistance
(Ω I ) 1One 1.9251.925 1.9331.933 1.9111.911 1.9251.925 22 1.9341.934 1.9291.929 1.9231.923 1.9211.921 33 1.9191.919 1.9241.924 1.9281.928 1.9231.923 평균값medium 1.9261.926 1.9291.929 1.9211.921 1.9231.923 고온 평가 후 소자 저항
(ΩF)Device resistance after high temperature evaluation
(Ω F ) 1One 1.9561.956 1.9551.955 6.0566.056 10.10210.102 22 1.9351.935 1.9511.951 8.0028.002 9.8569.856 33 1.9251.925 1.9321.932 4.5564.556 10.02510.025 평균값medium 1.9391.939 1.9461.946 6.2056.205 9.99499.94 고온 평가 후 소자 저항 변화량 (ΔΩ)Device resistance change after high temperature evaluation (ΔΩ) ΩF - ΩI Ω F - Ω I 0.6790.679 0.0170.017 4.2844.284 8.0718.071 고온 평가 후 소자 저항 변화율 (%)Device resistance change rate after high temperature evaluation (%) (ΩF - ΩI)/ΩI×100(Ω F - Ω I )/Ω I ×100 35.335.3 0.870.87 223.01223.01 419.71419.71

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1 및 2의 열전소자는 실시예 1~2의 소자와 비교하여 고온 평가 전 저항 특성이 유사한 반면, 고온 평가 후 저항은 2배 이상 급격히 증가하였음을 보여주었다. 특히 절연성 밀봉재를 사용한 비교예 2의 열전소자는 고온 평가 후 저항이 4배 이상 증가하였음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, the thermoelectric devices of Comparative Examples 1 and 2 showed that the resistance characteristics before high temperature evaluation were similar compared to the devices of Examples 1 and 2, whereas the resistance after high temperature evaluation was increased by more than 2 times. . In particular, it was confirmed that the thermoelectric element of Comparative Example 2 using an insulating sealing material had a resistance increase of 4 times or more after high-temperature evaluation.

이에 비해, 실시예 1~2의 열전소자는 고온 평가 전과 후 모두 유사한 수치를 보여주어 균일한 저항값을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 균일한 저항값은 출력값 [출력 = (OCV)^2/4R]에 많은 영향을 주지 않을 것으로 추정된다.In contrast, the thermoelectric devices of Examples 1 and 2 showed similar values before and after high temperature evaluation, indicating that they exhibited uniform resistance values. It is estimated that such a uniform resistance value does not have much influence on the output value [output = (OCV)^2/4R].

이에 따라, 본 발명에 따른 열전 소자는 전극과 기판의 변경, 및 밀봉재 사용에 따라 열적 안정성 및 내구성이 강화되어, 열전 특성이 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. Accordingly, it was confirmed that the thermoelectric device according to the present invention has improved thermal stability and durability according to the change of the electrode and the substrate and the use of the sealing material, thereby improving the thermoelectric properties.

100, 200, 300, 400, 500: 열전 소자
11: 제1기판, 제2 기판
11a: 도전성 제1 기판
12a: 제1 절연층
20a: 제1전극
30: 열전 레그
30a: P형 열전 레그
30b: N형 열전 레그
20b: 제2전극
11b: 도전성 제2기판
12b: 제2 절연층
40: 접합재
50: 슬릿
60: 도전성 밀봉재100, 200, 300, 400, 500: thermoelectric element
11: first substrate, second substrate
11a: conductive first substrate
12a: first insulating layer
20a: first electrode
30: thermoelectric leg
30a: P-type thermoelectric leg
30b: N-type thermoelectric leg
20b: second electrode
11b: conductive second substrate
12b: second insulating layer
40: bonding material
50: slit
60: conductive sealing material

Claims (14)

일면에 제1절연층이 형성된 도전성 제1기판;
상기 제1기판과 대향 배치되며, 일면에 제2절연층이 형성된 도전성 제2기판;
상기 제1절연층 상에 배치된 제1전극;
상기 제2절연층 상에 배치된 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 복수의 열전 레그; 및
상기 도전성 제1 기판과 상기 도전성 제2 기판의 외주변; 및 이들 사이에 배치된 내장물 전체를 감싸는 도전성 밀봉재;를 포함하며,
상기 도전성 밀봉재는, 도전성과 연성을 가지는 파우치(pouch) 또는 케이스 형상을 가지며,
상기 도전성 제1 기판 및 상기 도전성 제2 기판 중 적어도 하나와 동일한 재질로 구성되는, 열전 소자.
a conductive first substrate having a first insulating layer formed on one surface thereof;
a second conductive substrate facing the first substrate and having a second insulating layer formed on one surface thereof;
a first electrode disposed on the first insulating layer;
a second electrode disposed on the second insulating layer;
a plurality of thermoelectric legs interposed between the first electrode and the second electrode; and
outer periphery of the first conductive substrate and the second conductive substrate; and a conductive sealing material enclosing the entire internal body disposed therebetween; and
The conductive sealing material has a pouch or case shape having conductivity and ductility,
and a thermoelectric element made of the same material as at least one of the first conductive substrate and the second conductive substrate.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 도전성 밀봉재는 알루미늄(Al), 및 알루미늄 합금 중 적어도 하나의 재질로 구성되는 열전 소자. According to claim 1,
The conductive sealing material is a thermoelectric element composed of at least one of aluminum (Al) and an aluminum alloy. 제1항에 있어서,
상기 도전성 제1 기판과 도전성 제2 기판 중 어느 하나는 일면에 당해 기판의 길이방향에 따라 소정 간격으로 이격하여 형성된 복수의 슬릿(Slit)을 구비하는 도전성 기판인, 열전 소자.According to claim 1,
Any one of the first conductive substrate and the second conductive substrate is a conductive substrate having on one surface a plurality of slits formed to be spaced apart from each other at predetermined intervals along the longitudinal direction of the substrate, the thermoelectric element. 제4항에 있어서,
상기 도전성 제1 기판과 도전성 제2 기판 중 어느 하나는 발열부 기판이고, 다른 하나는 흡열부 기판이며,
상기 복수의 슬릿(slit)을 구비하는 도전성 기판은 발열부 기판에 적용되는 열전 소자. 5. The method of claim 4,
One of the first conductive substrate and the second conductive substrate is a heat-generating substrate, and the other is a heat-absorbing substrate,
The conductive substrate having the plurality of slits is a thermoelectric element applied to a heating part substrate. 제4항에 있어서,
상기 슬릿의 깊이(depth)는 각각 당해 제1 기판 또는 제2 기판의 전체 두께를 기준으로 30 내지 100%인 열전 소자.5. The method of claim 4,
The slit depth is 30 to 100% based on the total thickness of the first substrate or the second substrate, respectively. 제6항에 있어서,
상기 도전성 기판에 구비된 슬릿 깊이가 100%인 경우, 도전성 기판, 절연층 및 전극의 평면 크기는 서로 동일한 것인 열전 소자. 7. The method of claim 6,
When the slit depth provided in the conductive substrate is 100%, the planar sizes of the conductive substrate, the insulating layer, and the electrode are the same. 제1항에 있어서,
상기 제1 절연층과 제2 절연층은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 절연성 수지, 세라믹, 또는 상기 절연성 수지와 세라믹 필러의 혼합물을 포함하는 열전 소자. According to claim 1,
The first insulating layer and the second insulating layer are the same as or different from each other, and each independently includes an insulating resin, a ceramic, or a mixture of the insulating resin and a ceramic filler. 제1항에 있어서,
상기 제1 기판, 제2 기판, 제1 전극, 또는 제2 전극은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The first substrate, the second substrate, the first electrode, or the second electrode are the same as or different from each other, and each of aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co) ) A thermoelectric element comprising at least one metal. 제1항에 있어서,
상기 제1 기판, 제2 기판, 제1 전극, 또는 제2 전극은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소자. According to claim 1,
The first substrate, the second substrate, the first electrode, or the second electrode is the same as or different from each other, and each independently includes at least one of copper (Cu) and aluminum (Al). 제1항에 있어서,
상기 열전 레그는 Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Half heusler) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나의 열전반도체 물질을 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The thermoelectric leg is Bi-Te-based, Co-Sb-based, Pb-Te-based, Ge-Tb-based, Si-Ge-based, Sb-Te-based, Sm-Co-based, transition metal silicide-based, Skuttrudite (Skuttrudite). )-based, a silicide-based thermoelectric device comprising at least one thermoelectric semiconductor material selected from, half-heusler, and combinations thereof. 제1항에 있어서,
상기 열전 소자는, 상기 제1 전극과 상기 열전 레그 사이, 및 상기 열전 레그와 상기 제2 전극 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재를 포함하는 열전 소자. According to claim 1,
The thermoelectric element includes a bonding material disposed between at least one of between the first electrode and the thermoelectric leg and between the thermoelectric leg and the second electrode. 제12항에 있어서,
상기 접합재는,
Sn계 솔더; 또는 상기 Sn과, Pb, Al 및 Zn 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 솔더, 또는
상기 제1 솔더;와 Ni, Co, 및 Ag 중 적어도 하나의 금속을 더 포함하는 제2 솔더를 포함하는 열전 소자. 13. The method of claim 12,
The bonding material is
Sn-based solder; Or the Sn and the first solder comprising at least one metal of Pb, Al, and Zn, or
The thermoelectric device comprising: the first solder; and a second solder further comprising at least one of Ni, Co, and Ag. 제12항에 있어서,
상기 접합재는, Sn계 솔더; 및 평균 가지상 길이가 5 내지 50 ㎛인 금속 덴드라이트(dendrite)를 포함하는 열전 소자. 13. The method of claim 12,
The bonding material, Sn-based solder; and a metal dendrite having an average branch length of 5 to 50 μm.
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