KR20100116748A - Thermoelectric module and manufacturing method of it - Google Patents

Thermoelectric module and manufacturing method of it Download PDF

Info

Publication number
KR20100116748A
KR20100116748A KR1020090035318A KR20090035318A KR20100116748A KR 20100116748 A KR20100116748 A KR 20100116748A KR 1020090035318 A KR1020090035318 A KR 1020090035318A KR 20090035318 A KR20090035318 A KR 20090035318A KR 20100116748 A KR20100116748 A KR 20100116748A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
type semiconductor
electrode
forming
powder
thermoelectric
Prior art date
Application number
KR1020090035318A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101195122B1 (en
Inventor
하국현
이길근
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020090035318A priority Critical patent/KR101195122B1/en
Publication of KR20100116748A publication Critical patent/KR20100116748A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101195122B1 publication Critical patent/KR101195122B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

PURPOSE: A thermoelectric module and a manufacturing thereof are provided to improve the heat conducting performance as the density of P-type semiconductor and the N-type semiconductor is increased. CONSTITUTION: A top substrate(110) and a bottom substrate(120) forming the top and bottom surfaces emit or absorb the heat. An electrode(130) is provided on one surface of the top substrate and the bottom substrate to guide the flow of the power. The peltier powder forms a P-type semiconductor(140) and a N-type semiconductor(150).

Description

열전모듈 및 이의 제조방법 {Thermoelectric module and Manufacturing method of it} Thermoelectric module and its manufacturing method {Thermoelectric module and Manufacturing method of it}

도 1 은 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a thermoelectric module according to the prior art.

도 2 는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the thermoelectric module according to the present invention.

도 3a 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도.Figure 3a is a flow chart showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 3b 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 일 단계인 분말제조단계를 상세히 나타낸 순서도.Figure 3b is a flow chart showing in detail the powder manufacturing step of one step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 일실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도.Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal appearance changed in accordance with an embodiment of the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 5a 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 분말제조단계에 따라 제조된 열전분말을 나타낸 확대 사진.Figure 5a is an enlarged photograph showing the thermoelectric powder prepared according to the powder manufacturing step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 5b 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 분말제조단계에 따라 제조된 열전분말의 열전 성능을 나타낸 그래프.Figure 5b is a graph showing the thermoelectric performance of the thermoelectric powder prepared according to the powder manufacturing step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 6 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 전극형성단계 완료시 모습을 보인 평면도.Figure 6 is a plan view showing the state of completion of the electrode forming step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 7 은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시예 완료시 모습을 보인 평면도.Figure 7 is a plan view showing the appearance when one embodiment of the semiconductor forming step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 8 은 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 다른 실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도.Figure 8 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal appearance changed according to another embodiment of the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

도 9 는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시예 완료시 모습을 보인 평면도.Figure 9 is a plan view showing the appearance when one embodiment of the semiconductor forming step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100. 열전모듈 110. 상부기판100. Thermoelectric Module 110. Upper Board

120. 하부기판 130. 전극120. Lower substrate 130. Electrode

132. 상부전극 134. 하부전극132. Upper electrode 134. Lower electrode

140. P형반도체 150. N형반도체140.P type semiconductor 150.N type semiconductor

S100. 분말제조단계 S110. 방전준비과정S100. Powder production step S110. Discharge Preparation Process

S120. 아크발생과정 S130. 가스주입과정S120. Arc generation process S130. Gas injection process

S140. 가스순환과정 S150. 분말포집과정S140. Gas circulation process S150. Powder Collection Process

S200. 수소환원단계 S300. 페이스트단계S200. Hydrogen reduction step S300. Paste Step

S400. 전극형성단계 S500. 반도체형성단계S400. Electrode formation step S500. Semiconductor Formation Step

S600. 모듈형성단계S600. Module formation stage

본 발명은 열전모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 P형반도체 및 N형반도체가 나노분말로 소결 성형되어 열전성능이 향상되도록 한 열전 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a thermoelectric module and a method for manufacturing the P-type semiconductor and the N-type semiconductor sintered into a nano powder to improve the thermoelectric performance.

열전모듈은 크게 제백(Seeback) 효과를 이용한 발전이나, 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 냉각의 두 가지 응용처가 있다.Thermoelectric modules have two main applications: power generation using Seeback effect or cooling using Peltier effect.

제백 효과는 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 폐열발전이나 체온을 이용한 소형전자소자(예컨대, 시계)의 전원, 방사능 반감 열을 이용한 우주 탐사선의 전원 등으로 쓰이고 있다.The Seebeck effect occurs when electromotive force occurs when the temperature difference between both ends is used, and it is used as a power source for small electronic devices (eg, clocks) using waste heat generation or body temperature, and a space probe using radiation half-heat.

반대로 양단에 전류를 흘리면 전하를 따라 열이 이동하여 한쪽은 냉각이 되고 다른 쪽은 가열이 되는 현상을 펠티어효과라 하는데, 이를 이용하면 기계적 동작이 없는 순전히 전자만을 이용한 냉각장치를 만들 수 있다.On the contrary, when the current flows through both ends, the heat moves along the charge, so that one side is cooled and the other side is heated, which is called the Peltier effect.

이러한 열전모듈을 이용한 냉각은 전체적인 냉각효율로 보았을 때에는 기존의 컴프레셔 타입의 냉각기에 비해 많이 떨어지나 상대적으로 기계적인 소음이 없고 온도 제어가 아주 정확하며, 반응 응답 시간이 짧아져 그리 낮지 않은 냉온(섭씨 5~10도) 유지나 소형의 냉장고에서는 비교적 높은 냉각효율을 가지므로 많이 이용되고 있다.Cooling using the thermoelectric module is much lower than the conventional compressor type cooler in terms of overall cooling efficiency, but has relatively low mechanical noise, very accurate temperature control, and short response response time. 10 ° C.) It is widely used in oil or small refrigerators because of its relatively high cooling efficiency.

이하 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration of a thermoelectric module according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 종래 기술에 의한 열전모듈의 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.1 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of a thermoelectric module according to the prior art.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 열전모듈(10)의 상/하면에는 상부기판(11) 및 하부기판(12)이 구비된다. 상기 상부기판(11) 및 하부기판(12)은 열을 방출 또 는 흡열하는 역할을 수행하는 것으로, 일정 거리만큼 상/하로 이격된 상태로 유지된다.As shown in the figure, an upper substrate 11 and a lower substrate 12 are provided on the upper and lower surfaces of the thermoelectric module 10. The upper substrate 11 and the lower substrate 12 serves to release or endotherm heat, and are maintained at a distance up and down by a predetermined distance.

상기 상부기판(11)과 하부기판(12) 사이에는 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 구비된다. 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)는 열전소재를 수 ㎛ 크기로 분쇄한 후 소결 성형한 것으로, 상기 상부기판(15)과 하부기판(16) 사이에 교번하여 배치된다.An N-type semiconductor 15 and a P-type semiconductor 16 are provided between the upper substrate 11 and the lower substrate 12. The N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16 are sintered and molded after pulverizing the thermoelectric material into several μm in size, and are alternately disposed between the upper substrate 15 and the lower substrate 16.

상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)와 상부기판(11) 사이에는 연결도선(17)이 구비된다. 상기 연결도선(17)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 연결되도록 하는 구성이다.A connecting lead 17 is provided between the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16 and the upper substrate 11. The connecting lead 17 is configured to connect the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16.

상기 연결도선(17)의 하측에는 금속층(25)이 구비된다. 상기 금속층(25)은 연결도선(17)으로부터 이동하는 원자가 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 금속층(25)은 니켈로 형성되며, 인 또는 붕소를 소량 함유하게 된다.The metal layer 25 is provided below the connection lead 17. The metal layer 25 is to prevent the atoms moving from the connecting wire 17 to the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16, the metal layer 25 is formed of nickel, phosphorus or It will contain a small amount of boron.

즉, 상기 금속층(25)은 열전특성의 저하를 차단하여 안정화될 수 있도록 하는 것으로, 상기 금속층(25)은 연결도선에 코팅 처리된다.That is, the metal layer 25 is to be stabilized by blocking the degradation of the thermoelectric properties, the metal layer 25 is coated on the connection lead.

상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16) 사이에는 장벽층(27)이 구비된다. 상기 장벽층(27)은 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)가 아래에서 설명할 납땜층(26)으로부터 오염되는 것을 방지하기 위함이다.A barrier layer 27 is provided between the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16. The barrier layer 27 is for preventing the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16 from being contaminated from the solder layer 26 to be described below.

상기 금속층(25)과 장벽층(27) 사이에는 납땜층(26)이 구비된다. 상기 납땜층(26)은 금속층(25)과 장벽층(27)이 서로 접착된 상태를 유지하도록 하는 구성이 다.A soldering layer 26 is provided between the metal layer 25 and the barrier layer 27. The solder layer 26 is configured to maintain the metal layer 25 and the barrier layer 27 bonded to each other.

상기 납땜층(26) 중 하측에 위치한 납땜층(26)의 하면에는 N접점(20) 및 P접점(21)이 각각 구비된다.N contacts 20 and P contacts 21 are provided on the bottom surface of the solder layer 26 located below the solder layer 26, respectively.

상기 N접점(20)과, P접점(21)은 서로 이격된 상태로 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)의 하면에 부착된 것으로, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)에 전원을 공급하는 역할을 수행한다.The N contact 20 and the P contact 21 are attached to the lower surface of the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16 while being spaced apart from each other, and the N-type semiconductor 15 and the P-type. It serves to supply power to the semiconductor 16.

한편, 대한민국 특허청 등록특허 제0795374호에는 "가열 냉각용 및 발전용 박막형 열전모듈 제조방법"이 게시되어 있다.On the other hand, the Republic of Korea Patent Office Patent No. 0795374 "The method of manufacturing a thin film type thermoelectric module for heating cooling and power generation" is published.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 열전모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional thermoelectric module configured as described above has the following problems.

즉, 상기 N형반도체(15) 및 P형반도체(16)는 열전소재를 분쇄한 후 소결 공정에 의해 형성되며, 분쇄된 열전분말의 크기는 수 ㎛의 크기를 가진다.That is, the N-type semiconductor 15 and the P-type semiconductor 16 are formed by a sintering process after grinding the thermoelectric material, the size of the pulverized thermal powder has a size of several ㎛.

따라서, 열전분말의 크기가 불균일하여 소결 성형시 밀도가 낮아지게 되므로 열전성능이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that the thermoelectric performance is lowered because the density of the thermoelectric powder is non-uniform and the density is lowered during sintering molding.

또한, 열전소재의 분쇄는 일반적으로 기계적인 힘을 가해 진행되므로 열전분말이 미세한 크기를 가지도록 하기 위해서는 분쇄공정에 소요되는 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.In addition, since the grinding of the thermoelectric material is generally performed by applying a mechanical force, there is a problem that the time required for the grinding process is increased in order to have a fine size of the thermoelectric powder.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, P형반도체 및 N형반도체가 나노분말로 소결 성형되어 열전성능이 향상되도록 한 열전모듈을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric module in which P-type semiconductors and N-type semiconductors are sintered and molded into nanopowders to improve thermoelectric performance.

본 발명의 다른 목적은, 플라즈마아크를 이용하여 기화시킨 다음 포집하여 나노 크기의 열전분말이 형성되도록 함으로써 분말제작시 소요되는 시간이 감소되도록 한 열전모듈 제조방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thermoelectric module in which the time required for powder production is reduced by vaporizing and then collecting the plasma arc to form nano-sized thermoelectric powder.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전모듈은, 상/하면을 형성하며 발열 또는 흡열하는 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부기판 및 하부기판의 일면에 구비되어 공급된 전원의 흐름을 안내하는 전극과, 상기 전극 사이에 이격된 다수 P형반도체 및 N형반도체를 포함하여 구성되며, 상기 P형반도체 및 N형반도체를 형성하는 열전분말은 플라즈마아크 방전에 의해 형성됨을 특징으로 한다.The thermoelectric module according to the present invention for achieving the object as described above, the upper substrate and the lower substrate to form the upper / lower surface to generate heat or endotherm, and the flow of power provided on one surface of the upper substrate and the lower substrate supplied And a plurality of P-type semiconductors and N-type semiconductors spaced between the electrodes, wherein the thermal star powder forming the P-type semiconductors and the N-type semiconductors is formed by plasma arc discharge. .

상기 열전분말은 150㎚ 미만의 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.The thermal powder is characterized in that it has a size of less than 150nm.

상기 P형반도체 및 N형반도체는 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 소결하여 형성한 것임을 특징으로 한다.The P-type semiconductor and the N-type semiconductor are characterized in that formed by sintering a paste (mixe) mixed with the thermal starch powder and the organic solvent.

본 발명에 의한 열전모듈 제조방법은, 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와, 상기 상부전극과 하부전극 중 어느 하나의 일면에 P형반도체와 N형반도체를 형성하는 반도체형성단계와, 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며, 상기 반도체형성단계는, 나노 크기의 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 스크린프린팅하여 상기 P형반도 체 및 N형반도체를 형성하는 과정임을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, an electrode forming step of forming an upper electrode or a lower electrode on one surface of an upper substrate or a lower substrate forming an upper / lower surface appearance of a thermoelectric module, and any one of the upper electrode and the lower electrode A semiconductor forming step of forming a P-type semiconductor and an N-type semiconductor on one surface of the, and comprises a module forming step of forming a thermoelectric module by bonding the upper substrate and the lower substrate, the semiconductor forming step, the nano-sized It is characterized in that the process of forming the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by screen printing a paste (heate) mixed with the thermal powder and the organic solvent.

또한, 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와, 상기 상부전극과 하부전극의 일면에 P형반도체와 N형반도체 중 하나를 각각 형성하는 반도체형성단계와, 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며, 상기 반도체형성단계는, 나노 크기의 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 스크린프린팅하여 상기 P형반도체 및 N형반도체를 형성하는 과정임을 특징으로 한다.In addition, an electrode forming step of forming an upper electrode or a lower electrode on one surface of the upper substrate or the lower substrate forming the upper / lower surface of the thermoelectric module, and the P-type semiconductor and the N-type semiconductor on one surface of the upper electrode and the lower electrode And a module forming step of forming a thermoelectric module by bonding the upper substrate and the lower substrate to each other, wherein the semiconductor forming step comprises mixing nano-sized thermopowder powder and an organic solvent. It characterized in that the process of forming a P-type semiconductor and an N-type semiconductor by screen printing a paste (paste).

상기 전극형성단계는, 상기 상부기판 하면에 상부전극을 형성하는 과정과,The electrode forming step may include forming an upper electrode on a lower surface of the upper substrate;

상기 하부기판 상면에 하부전극을 형성하는 과정으로 이루어지며, 상기 상부전극과 하부전극은 일부가 서로 겹쳐지는 위치에 형성됨을 특징으로 한다.The lower electrode is formed on the upper surface of the lower substrate, and the upper electrode and the lower electrode are characterized in that the portion is formed at a position overlapping each other.

상기 모듈형성단계는, 상기 상부기판과 하부기판을 형틀 내부에 장입하여 가열 가압함으로써 소결하는 과정임을 특징으로 한다.The module forming step may be a process of sintering by charging the upper substrate and the lower substrate into a mold and heating and pressing.

상기 전극형성단계 이전에는, P형반도체 및 N형반도체를 구성하게 될 열전분말을 제조하는 분말제조단계와, 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계와, 상기 수소환원단계를 거친 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화 하는 페이스트단계가 구성됨을 특징으로 한다.Before the electrode forming step, a powder manufacturing step of preparing a thermal starch powder that will constitute a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, a hydrogen reduction step of hydrogen reduction of the thermal starch powder, and a thermal starch powder undergoing the hydrogen reduction step is an organic solvent. And a paste step of forming a paste by mixing with the paste.

상기 분말제조단계는, 열전소재를 플라즈마방전기의 조업챔버에 장입한 다음 열전소재 주위를 진공 분위기로 조성하는 방전준비과정과, 상기 조업챔버에 아르곤을 주입하여 플라즈마아크를 발생시키는 아크발생과정과, 상기 조업챔버 내부에 수 소, 산소, 불활성 기체 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합기체를 주입하는 가스주입과정과, 상기 가스주입과정에서 주입된 기체가 열전분말이 포집되는 포집챔버 및 조업챔버를 순환하도록 하는 가스순환과정과, 상기 기체가 순환하는 동안 상기 포집챔버 내부에서 기화된 열전소재가 포집되는 분말포집과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The powder manufacturing step may include a discharge preparation process of charging a thermoelectric material into an operation chamber of a plasma discharger and then forming a vacuum atmosphere around the thermoelectric material, and generating an arc to inject plasma into the operation chamber to generate a plasma arc; A gas injection process for injecting any one or two or more mixed gases of hydrogen, oxygen, an inert gas into the operation chamber, and the gas injected in the gas injection process circulates the capture chamber and the operation chamber in which the heat starch powder is collected; And a powder collecting process in which the vaporized thermoelectric material is collected in the collecting chamber while the gas is circulated.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다양한 크기 및 형상 구현이 가능하며 두께가 얇아지는 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration, it is possible to implement a variety of sizes and shapes, there is an advantage that the thickness is thin.

이하에서는 본 발명에 의한 열전모듈의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration of a thermoelectric module according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2에는 본 발명에 의한 열전모듈의 내부 구성을 보인 종단면도가 도시되어 있다.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the internal configuration of the thermoelectric module according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열전모듈(100)은 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 의해 상/하면 외관이 형성된다. 상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것으로 열전도성이 좋고 일정 강도 이상을 가진 재질로 형성된다.As shown in the figure, the thermoelectric module 100 according to the present invention is formed on the upper and lower surfaces by the upper substrate 110 and the lower substrate 120. The upper substrate 110 and the lower substrate 120 are formed of a material having thermal conductivity and a certain strength or more as it generates heat or endothermic reaction when power is applied to the thermoelectric module 100.

상기 상부기판(110)의 하면과 하부기판(120)의 상면에는 전극(130)이 구비된다. 상기 전극(130)은 열전모듈(100)에 전원이 인가될 때 이러한 전원의 흐름을 안내하는 것으로, 상기 상부기판(110)의 하면과 접촉하는 상부전극(132)과, 상기 하부기판(120)의 상면과 접촉하는 하부전극(134)을 포함하여 구성된다.Electrodes 130 are provided on the lower surface of the upper substrate 110 and the upper surface of the lower substrate 120. The electrode 130 guides the flow of the power when power is applied to the thermoelectric module 100, and the upper electrode 132 and the lower substrate 120 contacting the lower surface of the upper substrate 110. It comprises a lower electrode 134 in contact with the upper surface of the.

상기 상부전극(132) 및 하부전극(134)은 열전모듈(100)에 공급되는 전원의 손실을 최소화하기 위하여 전기전도성이 높은 재질로 형성된다. 보다 상세하게는 은(Ag)이나 구리(Cu)등 전도성이 우수한 소재로 형성됨이 바람직하다.The upper electrode 132 and the lower electrode 134 are formed of a material having high electrical conductivity in order to minimize the loss of power supplied to the thermoelectric module 100. More specifically, it is preferable to be formed of a material having excellent conductivity such as silver (Ag) or copper (Cu).

그리고, 상기 상부전극(132)과 하부전극(134)의 일면에는 아래에서 설명하게 될 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 각각 한 개씩 이격되도록 구비된다.In addition, one surface of each of the upper electrode 132 and the lower electrode 134 is provided so that the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 will be spaced one by one.

보다 상세하게는 상기 상부전극(132)의 하면 좌측에는 P형반도체(140)가 구비되며, 상기 P형반도체(140)로 부터 우측으로 이격된 곳에는 N형반도체(150)가 구비된다.In more detail, a P-type semiconductor 140 is provided on the left side of the lower surface of the upper electrode 132, and an N-type semiconductor 150 is provided at a position spaced to the right from the P-type semiconductor 140.

그리고, 상기 하부전극(134)의 상면 좌측에는 N형반도체(150)가 구비되며, 상기 N형반도체(150)로부터 우측으로 이격된 곳에는 P형반도체(140)가 구비된다.An N-type semiconductor 150 is provided on the left side of the upper surface of the lower electrode 134, and a P-type semiconductor 140 is provided at a position spaced to the right from the N-type semiconductor 150.

따라서, 상기 상부기판(110) 및 하부기판(120)에 전원이 공급되면 상부기판(110)과 하부기판(120)은 서로 교차되게 연결되어 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 전기적으로 직렬을 이룰 수 있도록 한다.Accordingly, when power is supplied to the upper substrate 110 and the lower substrate 120, the upper substrate 110 and the lower substrate 120 are connected to each other so that the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are connected to each other. Allows electrical series.

상기 상부전극(132)과 하부전극(134) 사이에는 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 구비된다. 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 열전 특성을 가지는 열전분말과 유기용제가 혼합되어 형성된 페이스트(paste)를 소결하여 형성된 것으로, 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 구성하는 열전분말의 재질은 일반적인 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.The P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are provided between the upper electrode 132 and the lower electrode 134. The P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are formed by sintering a paste formed by mixing a thermoelectric powder and an organic solvent having thermoelectric properties. The P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor ( Since the material of the thermal star powder constituting 150 is a general configuration, a detailed description thereof will be omitted.

그리고, 상기 열전분말은 열전소재를 플라즈마 아크로 방전하여 150㎚ 이하의 크기의 분말 상태로 된 것으로, 플라즈마 아크 방전을 통해 분말로 가공된 열전분말은 P형반도체 및 N형반도체의 밀도를 높여 열전성능을 향상시키기 위함이다.In addition, the thermoelectric powder is a powder of a size of 150 nm or less by discharging the thermoelectric material with a plasma arc, and the thermoelectric powder processed into powder through plasma arc discharge increases the density of P-type semiconductors and N-type semiconductors, thereby increasing thermoelectric performance. To improve the quality.

이하 상기와 같이 구성되는 열전모듈(100)을 제조하는 일실시예의 방법을 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the thermoelectric module 100 configured as described above will be described with reference to FIGS. 3 to 7.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 일실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 분말제조단계에 따라 제조된 열전분말을 나타낸 확대 사진 및 열전 성능을 보인 그래프이다. 3A and 3B are flowcharts illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, and FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an internal view of the thermoelectric module manufacturing method according to an embodiment of the present invention. In the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention is an enlarged photograph and a thermoelectric performance showing the thermoelectric powder prepared according to the powder manufacturing step.

그리고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 전극형성단계, 반도체형성단계가 각각 완료시 모습을 보인 평면도이다.6 and 7 are plan views showing a state in which an electrode forming step and a semiconductor forming step are completed in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, respectively.

먼저, 상기 상부기판(110)과 하부기판(120)을 준비한 다음 상기 P형반도체(140) 및 N형반도체(150) 그리고 전극(130)에 사용되어질 열전소재를 미세하게 분말 상태로 만드는 과정이다.First, a process of preparing the upper substrate 110 and the lower substrate 120 and then finely powdering the thermoelectric material to be used for the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 and the electrode 130. .

즉, 상기 열전소재는 플라즈마 아크 방전을 통해 150㎚ 이하의 입자크기를 가지도록 분말화된다.That is, the thermoelectric material is powdered to have a particle size of 150 nm or less through plasma arc discharge.

그리고, 상기 분말제조단계에서 분말화 된 열전분말은 아래에서 설명하게 될 전극형성단계(S400) 및 반도체형성단계(S500)를 위한 준비과정이다.In addition, the thermal powder powdered in the powder manufacturing step is a preparation process for the electrode forming step (S400) and the semiconductor forming step (S500) to be described below.

한편, 상기 분말제조단계에서 열전분말을 형성하기 위한 과정을 살펴보면, 먼저 상기 열전분말을 형성하기 위한 모재가 될 열전소재를 플라즈마방전기의 조업챔버(미도시)에 장입한 다음 플라즈마방전기의 (+)전극에 연결하고, (-)전극에는 전극봉을 연결한 다음 열전소재 주위를 진공 분위기로 조성하는 방전준비과 정(S110)을 실시하게 된다.On the other hand, when looking at the process for forming the thermal powder in the powder manufacturing step, first the thermoelectric material to be the base material for forming the thermal powder is charged in the operation chamber (not shown) of the plasma discharger and then (+) The electrode is connected to the electrode, and the electrode is connected to the (-) electrode, and then the discharge preparation process S110 is performed to create a vacuum atmosphere around the thermoelectric material.

이후 상기 조업챔버에 아르곤(Ar)을 주입하여 플라즈마아크를 발생시키는 아크발생과정(S120)이 진행된다. 이때 상기 열전소재는 금속증기 상태로 기화하게 된다.Thereafter, an arc generation process (S120) is performed in which argon (Ar) is injected into the operation chamber to generate a plasma arc. At this time, the thermoelectric material is vaporized in a metal vapor state.

이런 상태에서 상기 조업챔버 내부에는 수소(H2), 산소(O2), 불활성 기체 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합기체를 주입하게 된다.(가스주입과정(S130))In this state, the mixed gas of any one or two or more of hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), and an inert gas is injected into the operation chamber (gas injection process S130).

상기 가스주입과정(S130)이 진행됨에 따라 조업챔버 내부에서 기화된 열전소재는 일정 방향으로 유동하게 되며, 나노분말을 포집하기 위한 포집챔버(미도시)로 안내된다.As the gas injection process (S130) proceeds, the thermoelectric material vaporized in the operation chamber flows in a predetermined direction, and is guided to a capture chamber (not shown) for collecting nanopowders.

그리고, 상기 포집챔버로 유동한 기체는 조업챔버를 경유하여 다시 포집챔버로 유입되는 가스순환과정(S140)이 진행된다.Then, the gas flowing into the capture chamber is a gas circulation process (S140) is introduced into the capture chamber via the operation chamber again.

이와 동시에 상기 포집챔버 내부로 유입된 기화된 열전소재는 포집챔버 내부에서 나노크기의 열전분말로 응축되어 포집되는 분말포집과정(S150)이 실시된다.At the same time, the vaporized thermoelectric material introduced into the collecting chamber is condensed into nano-sized thermoelectric powder inside the collecting chamber and collected in a powder collecting process (S150).

따라서, 본 발명에서 플라즈마 아크 방전을 통해 얻어진 열전분말은 도 5a에 사진과 같이 방전하여 150㎚ 미만의 크기를 가지게 되며, 도 5b의 그래프와 같이 일반적인 볼밀 가공에 의해 얻어진 열전분말과 비교할 때 열전성능이 향상된 것을 알 수 있다.Therefore, the thermoelectric powder obtained through the plasma arc discharge in the present invention has a size of less than 150nm by discharging as shown in the photo in Figure 5a, the thermoelectric performance when compared to the thermal powder obtained by the general ball mill processing as shown in the graph of Figure 5b It can be seen that this improvement.

이후 상기 분말제조단계(S100)에서 만들어진 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계(S200)가 실시된다. 상기 수소환원단계(S200)는 열전분말의 열전성능을 향 상시키기 위한 과정이다.Thereafter, a hydrogen reduction step (S200) of hydrogen-reducing the heat starch powder produced in the powder production step (S100) is performed. The hydrogen reduction step (S200) is a process for improving the thermoelectric performance of the thermal starch powder.

그런 다음 수소환원단계(S200)를 거쳐 열전성능이 향상된 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste)화 하는 페이스트단계(S300)가 진행된다.Then, the paste reduction step S300 is performed to paste the mixture by mixing the thermoelectric powder having improved thermoelectric performance with an organic solvent through a hydrogen reduction step S200.

상기 유기용제는 열전모듈(100)의 제조시 사용되는 열전 분말의 소성 온도 이하에서 완전 제거가 가능한 물질을 사용하였으며, 열전 분말과 유기용제는 분말의 부피 비율이 50%-95% 가 되도록 하였다. 이러한 이유는 분말의 비가 이보다 낮으면 소결 후 내부에 많은 기공을 남기게 되고, 너무 높으면 페이스트의 유동이 나빠져서 프린팅이 용이하지 않기 때문이다.The organic solvent used was a material that can be completely removed below the firing temperature of the thermoelectric powder used in the manufacturing of the thermoelectric module 100, the thermoelectric powder and the organic solvent to the volume ratio of the powder 50% -95%. This is because if the ratio of the powder is lower than this, many pores are left inside after sintering, and if the ratio is too high, the flow of the paste becomes bad and printing is not easy.

이후 상기 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask,미도시) 또는 메탈메쉬(Metal Mash,미도시)를 안착시킨 다음, 볼밀 가공된 은이나 동과 같은 금속 분말을 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)로 통과시켜 전극(130)을 형성하는 전극형성단계(S400)가 진행된다.Then, a metal mask (not shown) or metal mesh (not shown) prepared in advance on one surface of the upper substrate 110 or the lower substrate 120, and then, such as ball milled silver or copper An electrode forming step (S400) of forming the electrode 130 by passing the metal powder through a metal mask or a metal mesh is performed.

즉, 상기 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)에는 상기 전극(130)이 형성되어질 위치에 미세한 구멍이 천공 형성되도록 하고, 이러한 미세 구멍을 통해 상기 은이나 동과 같은 금속 분말이 통과하도록 함으로써 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 상부전극(132) 또는 하부전극(134)이 스크린프린팅되도록 하는 과정이다.That is, fine holes are formed in the metal mask or the metal mesh at the position where the electrode 130 is to be formed, and metal powder such as silver or copper passes through the fine holes. By doing so, the upper electrode 132 or the lower electrode 134 is screen printed on one surface of the upper substrate 110 or the lower substrate 120.

따라서, 상기 은이나 동과 같은 금속 분말은 스크린프린팅된 후에 상부기판(110) 또는 하부기판(120)으로부터 분리되지 않고 부착된 상태를 유지할 수 있도록, 유기용제와 혼합된 페이스트 상태로 적용되어야 함이 바람직하다.Therefore, the metal powder such as silver or copper should be applied in a paste state mixed with an organic solvent so that the metal powder, such as silver or copper, can remain attached without being separated from the upper substrate 110 or the lower substrate 120 after screen printing. desirable.

그리고, 상기 전극형성단계(S400)가 완료된 상부전극(132) 또는 하부전극(134)은 도 4에서 볼 때 맨 위 도면과 같은 종단면을 나타내며, 도 6과 같이 등간격으로 이격된 상태가 된다.In addition, the upper electrode 132 or the lower electrode 134 in which the electrode forming step S400 is completed shows a longitudinal section as shown in the top view as shown in FIG. 4, and is spaced at equal intervals as shown in FIG. 6.

이후 상기 상부전극(132) 하면 또는 하부전극(134) 상면(본 발명의 실시예에서는 하부전극(134) 상면이 적용됨)에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 형성하는 반도체형성단계(S500)가 실시된다.Thereafter, a semiconductor is formed to form the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 on the lower surface of the upper electrode 132 or the upper surface of the lower electrode 134 (in the embodiment of the present invention, the upper surface of the lower electrode 134 is applied). Step S500 is performed.

즉, 상기 반도체형성단계(S500)는 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 하부전극(134) 상면에 각각 이격된 상태로 동시에 형성되도록 하는 것으로, 상기 전극형성단계(S400)와 마찬가지로 스크린프린팅에 의해 진행된다.That is, the semiconductor forming step (S500) is such that the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are formed at the same time while being spaced apart from each other on the upper surface of the lower electrode 134, and the electrode forming step (S400) Similarly, it is done by screen printing.

보다 상세하게는, 상기 하부전극(134) 상면에 전극(130)의 형성을 위해 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)를 안착시키고, 이러한 메탈마스크 또는 메탈메쉬를 상기 페이스트가 통과하도록 함으로써 하부전극(134) 상면에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)를 형성하는 과정이다.In more detail, a metal mask or a metal mesh prepared in advance for forming the electrode 130 is seated on the lower electrode 134, and the paste is attached to the metal mask or metal mesh. By passing through it, the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are formed on the upper surface of the lower electrode 134.

따라서, 상기 반도체형성단계(S500)에서 사용되는 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)에는 P반도체 및 N형반도체(150)가 형성되어질 위치에 미세한 구멍이 천공 형성되어야 함은 자명하다.Therefore, it is obvious that a fine hole must be formed in a position where the P semiconductor and the N-type semiconductor 150 are to be formed in the metal mask or the metal mesh used in the semiconductor forming step S500. .

그리고, 상기 반도체형성단계(S500)가 완료된 하부기판(120)은 도 4에서 볼 때 위에서 아래로 두번째 도면과 같은 상태가 되며, 도 7에 보여지는 바와 같이 하부전극(134) 전방 상/하부에 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 이격된 상태로 형성되어지게 된다.In addition, the lower substrate 120 in which the semiconductor forming step S500 is completed is in the same state as the second drawing from the top to the bottom in FIG. 4, and as shown in FIG. The P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are formed to be spaced apart.

상기 전극(130) 위에 형성된 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)는 250℃ 이하의 온도의 비산화성 분위기중에서 1-3시간동안 탈바인딩 처리되어 열전분말과 혼합된 유기 용제가 제거된다.The P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 formed on the electrode 130 are debound for 1-3 hours in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 250 ° C. or less to remove the organic solvent mixed with the thermal starch powder. .

이후 상기 전극형성단계(S400)에서 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)과, 상기 반도체형성단계(S500)에서 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 동시에 형성된 하부기판(120)을 접합하여 모듈을 형성하는 모듈형성단계(S600)가 실시된다.Thereafter, the upper substrate 110 in which the upper electrode 132 is formed in the electrode forming step S400 and the lower substrate in which the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 are simultaneously formed in the semiconductor forming step S500 ( A module forming step (S600) of bonding 120 to form a module is performed.

상기 모듈형성단계(S600)는 미리 준비된 형틀(미도시)에 상기 전극형성단계에서 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)과, 상기 반도체형성단계(S500)에서 P형반도체(140) 및 N형반도체(150)가 형성된 하부기판(120)을 도 4의 맨 아래 도면과 같이 서로 마주보도록 한 다음 미리 준비된 형틀 내부에 안착시킨 상태에서 가열 가압하여 소결하는 과정이다.The module forming step S600 may include an upper substrate 110 having the upper electrode 132 formed in the electrode forming step in a pre-prepared form (not shown), a P-type semiconductor 140 and the semiconductor forming step S500. The lower substrate 120 on which the N-type semiconductor 150 is formed is faced to each other as shown in the bottom of FIG. 4, and then heated and pressurized in a state of being seated in a previously prepared mold.

가열 가압 소결 공정은 통상 열전 분말이 소결되는 온도 범위에서 하였으며, 본 발명에서 사용한 Bi-Te-Sb 혹은 Bi-Te-Se계에서는 300 - 550℃의 온도 범위에서 실시하였다. 이때 분위기는 초기에는 진공을 사용하였고, 나중 소결 단계에서 비 산화성 분위기를 사용하였다.The heat pressurization sintering process was usually performed at a temperature range in which the thermoelectric powder was sintered. At this time, the atmosphere was initially vacuum, and the non-oxidizing atmosphere was used in the later sintering step.

이하 상기 열전모듈(100)이 다른 실시예로 제조되는 과정을 첨부된 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a process of manufacturing the thermoelectric module 100 according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

도 8에는 본 발명에 의한 열전모듈 제조방법의 다른 실시예에 따라 변화되는 내부 모습을 보인 종단면도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명에 의한 열전모듈의 제조방법에서 반도체형성단계의 일실시예가 완료시 모습을 보인 평면도가 도시되어 있다.8 is a longitudinal cross-sectional view showing an internal appearance that changes according to another embodiment of the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention, Figure 9 is an embodiment of a semiconductor forming step in the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention The top view is shown when complete.

상기 열전모듈(100)의 다른 실시예의 제조방법에서는 일실시예와 비교할 때 동일한 과정에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 하며, 차이점이 있는 반도체형성단계(S500) 및 모듈형성단계(S600)에 대해서 설명한다.In the manufacturing method of another embodiment of the thermoelectric module 100, a detailed description of the same process will be omitted when compared with the embodiment, and the semiconductor forming step (S500) and the module forming step (S600) will be described. do.

다른 실시예의 반도체형성단계(S500)에서는 상부전극(132)이 형성된 상부기판(110)의 하면에는 N형반도체(150)를 형성하고, 하부전극(134)이 형성된 하부기판(120)의 상면에는 P형반도체(140)를 형성하며, 상기 N형반도체(150)와 P형반도체(140)는 미리 준비된 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)를 이용하여 스크린프린팅된다.In another embodiment of the semiconductor forming step S500, an N-type semiconductor 150 is formed on a lower surface of the upper substrate 110 on which the upper electrode 132 is formed, and an upper surface of the lower substrate 120 on which the lower electrode 134 is formed. The P-type semiconductor 140 is formed, and the N-type semiconductor 150 and the P-type semiconductor 140 are screen printed using a metal mask or a metal mesh prepared in advance.

즉, 상기 메탈마스크(Metal Mask) 또는 메탈메쉬(Metal Mash)는 N형반도체(150)를 형성하기 위한 것과 P형반도체(140)를 형성하기 위한 것 한 쌍이 구비되며, 상기 한 쌍의 메탈마스크 또는 메탈메쉬는 미세구멍이 서로 일치하지 않게 천공 형성된다.That is, the metal mask or the metal mesh is provided with a pair for forming the N-type semiconductor 150 and for forming the P-type semiconductor 140, the pair of metal masks Alternatively, the metal mesh is perforated so that the micro holes do not coincide with each other.

보다 상세하게는 한 쌍의 메탈마스크에 형성된 미세구멍은 전극의 일면에 P형반도체(140)과 N형반도체(150) 중 어느 하나만을 형성하기 위한 것이므로, 한 쌍의 메탈마스크를 서로 겹쳤을 때 각각에 형성된 미세구멍은 서로 연통되지 않게 된다.More specifically, since the fine holes formed in the pair of metal masks are for forming only one of the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 on one surface of the electrode, when the pair of metal masks overlap each other, The micropores formed in each do not communicate with each other.

따라서, 상기 메탈마스크 또는 메탈메쉬를 이용하여 스크린프린팅되어 형성된 P형반도체(140)와 N형반도체(150)는 도 8의 하측에 도시된 단면도와 같이 서로 같은 전극내에 한 쌍으로 일치하지 않는 수직선 상에 위치하게 되며, 이격된 상태를 유지하게 된다.Accordingly, the P-type semiconductor 140 and the N-type semiconductor 150 formed by screen printing using the metal mask or the metal mesh do not coincide with a pair in the same electrode as a cross-sectional view shown in the lower side of FIG. 8. It is located in the phase, and is kept spaced apart.

이후 상기 반도체형성단계(S500)에서 N형반도체(150)가 형성된 상부기판(110)과, P형반도체(140)가 형성된 하부기판(120)을 도 8의 하측 단면도와 같이 마주보도록 형틀(미도시) 내부에 안착시킨 다음, 가열 가압하여 소결함으로써 모듈형성단계(S600)를 완료하게 된다.Thereafter, in the semiconductor forming step S500, the upper substrate 110 on which the N-type semiconductor 150 is formed and the lower substrate 120 on which the P-type semiconductor 140 is formed face each other as shown in the lower cross-sectional view of FIG. 8. When seated inside, and then sintered by heating and pressing to complete the module forming step (S600).

상기 가열 가압 소결 공정은 통상 열전 분말이 소결되는 온도 범위에서 하였으며, 본 발명에서 사용한 Bi-Te-Sb 혹은 Bi-Te-Se계에서는 300 - 550℃의 온도 범위에서 실시하였다. 이때 분위기는 초기에는 진공을 사용하였고, 나중 소결 단계에서 비 산화성 분위기를 사용하였다.The hot press sintering process was performed in the temperature range in which the thermoelectric powder is sintered normally, and in the Bi-Te-Sb or Bi-Te-Se system used in the present invention, the temperature was performed in the temperature range of 300 to 550 ° C. At this time, the atmosphere was initially vacuum, and the non-oxidizing atmosphere was used in the later sintering step.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the above technical scope.

예를 들어 본 발명의 일실시예에서는, 반도체형성단계(S500)에서 하부전극(134) 상면에 N형반도체(150)와 P형반도체(140)가 이격된 상태로 동시에 형성되도록 구성하였으나, 필요에 따라서는 상부전극(132) 하면에 N형반도체(150)와 P형반도체(140)가 형성되도록 구성할 수도 있음은 자명하다.For example, in an embodiment of the present invention, the N-type semiconductor 150 and the P-type semiconductor 140 are simultaneously formed on the upper surface of the lower electrode 134 in the semiconductor forming step (S500), but need to be formed at the same time. In some embodiments, the N-type semiconductor 150 and the P-type semiconductor 140 may be formed on the lower surface of the upper electrode 132.

본 발명의 다른 실시예에서는, 반도체형성단계(S500)에서 상부전극(132) 하면에는 N형반도체(150)가 하부전극(134) 상면에는 P형반도체(140)가 형성되도록 구성하였으나, N형반도체(150)와 P형반도체(140)의 형성 위치가 반대가 되도록 구성 하는 것도 가능할 것이다. In another embodiment of the present invention, the N-type semiconductor 150 is formed on the lower surface of the upper electrode 132 and the P-type semiconductor 140 is formed on the lower electrode 134 in the semiconductor forming step (S500). It is also possible to configure so that the formation position of the semiconductor 150 and the P-type semiconductor 140 is reversed.

위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 열전모듈에서는, P형반도체 및 N형반도체가 나노 크기의 열전분말로 소결 성형된다.As described in detail above, in the thermoelectric module according to the present invention, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are sintered and molded into nano-scale thermoelectric powder.

따라서, P형반도체 및 N형반도체의 밀도가 높아져 열전성능이 향상되는 이점이 있다.Therefore, the density of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor is increased, there is an advantage that the thermoelectric performance is improved.

또한, 열전분말은 플라즈마 아크 방전에 의해 형성되므로 분말 형성시간이 단축되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.In addition, since the thermal starch is formed by the plasma arc discharge, the powder formation time is shortened, thereby improving the productivity.

뿐만 아니라, P형반도체 및 N형반도체가 스크린프린팅 공법으로 형성됨으로 열전소자의 박막화가 가능한 이점이 있다.In addition, since the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are formed by the screen printing method, there is an advantage that the thermoelectric device can be thinned.

Claims (9)

상/하면을 형성하며 발열 또는 흡열하는 상부기판 및 하부기판과,An upper substrate and a lower substrate which form an upper / lower surface and generate heat or endotherm; 상기 상부기판 및 하부기판의 일면에 구비되어 공급된 전원의 흐름을 안내하는 전극과,Electrodes provided on one surface of the upper substrate and the lower substrate to guide the flow of the supplied power; 상기 전극 사이에 이격된 다수 P형반도체 및 N형반도체를 포함하여 구성되며,It comprises a plurality of P-type semiconductor and N-type semiconductor spaced between the electrode, 상기 P형반도체 및 N형반도체를 형성하는 열전분말은 플라즈마아크 방전에 의해 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈.The thermoelectric powder forming the P-type semiconductor and the N-type semiconductor is formed by plasma arc discharge. 제 1 항에 있어서, 상기 열전분말은 150㎚ 미만의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 열전모듈The thermoelectric module according to claim 1, wherein the thermoelectric powder has a size of less than 150 nm. 제 2 항에 있어서, 상기 P형반도체 및 N형반도체는 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 소결하여 형성한 것임을 특징으로 하는 열전모듈.3. The thermoelectric module according to claim 2, wherein the P-type semiconductor and the N-type semiconductor are formed by sintering a paste in which a thermoelectric powder and an organic solvent are mixed. 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부 전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와,An electrode forming step of forming an upper electrode or a lower electrode on one surface of an upper substrate or a lower substrate forming an upper / lower surface appearance of the thermoelectric module; 상기 상부전극과 하부전극 중 어느 하나의 일면에 P형반도체와 N형반도체를 형성하는 반도체형성단계와,Forming a P-type semiconductor and an N-type semiconductor on one surface of the upper electrode and the lower electrode; 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며,It comprises a module forming step of forming a thermoelectric module by bonding the upper substrate and the lower substrate, 상기 반도체형성단계는,The semiconductor forming step, 나노 크기의 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 스크린프린팅하여 상기 P형반도체 및 N형반도체를 형성하는 과정임을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.The method of manufacturing a thermoelectric module, characterized in that to form the P-type semiconductor and N-type semiconductor by screen printing a paste (paste) mixed with a nano-sized thermal powder and an organic solvent. 열전모듈의 상/하면 외관을 형성하는 상부기판 또는 하부기판의 일면에 상부전극 또는 하부전극을 형성하는 전극형성단계와,An electrode forming step of forming an upper electrode or a lower electrode on one surface of an upper substrate or a lower substrate forming an upper / lower surface of the thermoelectric module; 상기 상부전극과 하부전극의 일면에 P형반도체와 N형반도체 중 하나를 각각 형성하는 반도체형성단계와,A semiconductor forming step of forming one of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor on one surface of the upper electrode and the lower electrode, respectively; 상기 상부기판과 하부기판을 접합하여 열전모듈을 형성하는 모듈형성단계를 포함하여 구성되며,It comprises a module forming step of forming a thermoelectric module by bonding the upper substrate and the lower substrate, 상기 반도체형성단계는,The semiconductor forming step, 나노 크기의 열전분말과 유기용제가 혼합된 페이스트(paste)를 스크린프린팅하여 상기 P형반도체 및 N형반도체를 형성하는 과정임을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.The method of manufacturing a thermoelectric module, characterized in that the process of forming the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by screen printing a paste (paste) mixed with a nano-sized thermal powder and an organic solvent. 제 5 항에 있어서, 상기 전극형성단계는,The method of claim 5, wherein the electrode forming step, 상기 상부기판 하면에 상부전극을 형성하는 과정과,Forming an upper electrode on a lower surface of the upper substrate; 상기 하부기판 상면에 하부전극을 형성하는 과정으로 이루어지며,Forming a lower electrode on an upper surface of the lower substrate, 상기 상부전극과 하부전극은 일부가 서로 겹쳐지는 위치에 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.The upper electrode and the lower electrode is a method of manufacturing a thermoelectric module, characterized in that formed in a position where a portion overlap each other. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 모듈형성단계는,The method of claim 4 or 5, wherein the module forming step, 상기 상부기판과 하부기판을 형틀 내부에 장입하여 가열 가압함으로써 소결하는 과정임을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.And inserting the upper substrate and the lower substrate into the mold and heating and pressurizing them to sinter the thermoelectric module. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 전극형성단계 이전에는,According to claim 4 or 5, Before the electrode forming step, P형반도체 및 N형반도체를 구성하게 될 열전분말을 제조하는 분말제조단계와,A powder manufacturing step of preparing a thermal starch powder that will constitute a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, 열전분말을 수소 환원하는 수소환원단계와,A hydrogen reduction step of hydrogen-reducing the thermal starch powder, 상기 수소환원단계를 거친 열전분말을 유기용제와 혼합하여 페이스트(paste) 화 하는 페이스트단계가 구성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.A method of manufacturing a thermoelectric module, characterized in that the paste step of forming a paste (paste) by mixing the thermoelectric powder that has undergone the hydrogen reduction step with an organic solvent. 제 8 항에 있어서, 상기 분말제조단계는,The method of claim 8, wherein the powder manufacturing step, 열전소재를 플라즈마방전기의 조업챔버에 장입한 다음 열전소재 주위를 진공 분위기로 조성하는 방전준비과정과,A discharge preparation process in which the thermoelectric material is charged into an operating chamber of a plasma discharger, and then a vacuum atmosphere is formed around the thermoelectric material; 상기 조업챔버에 아르곤을 주입하여 플라즈마아크를 발생시키는 아크발생과정과,An arc generation process of generating plasma arc by injecting argon into the operation chamber; 상기 조업챔버 내부에 수소, 산소, 불활성 기체 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합기체를 주입하는 가스주입과정과,A gas injection process of injecting any one or two or more mixed gases of hydrogen, oxygen, and an inert gas into the operation chamber; 상기 가스주입과정에서 주입된 기체가 열전분말이 포집되는 포집챔버 및 조업챔버를 순환하도록 하는 가스순환과정과,A gas circulation process in which the gas injected in the gas injection process circulates the capture chamber and the operation chamber in which the thermal starch powder is collected; 상기 기체가 순환하는 동안 상기 포집챔버 내부에서 기화된 열전소재가 포집되는 분말포집과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.And a powder collecting process in which the vaporized thermoelectric material is collected in the collecting chamber while the gas is circulated.
KR1020090035318A 2009-04-23 2009-04-23 Manufacturing method of Thermoelectric module KR101195122B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090035318A KR101195122B1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 Manufacturing method of Thermoelectric module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090035318A KR101195122B1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 Manufacturing method of Thermoelectric module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100116748A true KR20100116748A (en) 2010-11-02
KR101195122B1 KR101195122B1 (en) 2012-10-29

Family

ID=43403561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090035318A KR101195122B1 (en) 2009-04-23 2009-04-23 Manufacturing method of Thermoelectric module

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101195122B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300758B1 (en) * 2011-08-30 2013-08-29 세종대학교산학협력단 HIGHLY EFFICIENT π-TYPE THERMOELECTRIC MODULE FOR POWER GENERATION AND PREPARING METHOD OF THE SAME
US20220045258A1 (en) * 2018-10-03 2022-02-10 Lintec Corporation Method for manufacturing intermediate body for thermoelectric conversion module
WO2022067323A1 (en) * 2020-09-23 2022-03-31 Micropower Global Limited Thermoelectric device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2533356B2 (en) * 1988-03-30 1996-09-11 出光石油化学株式会社 Thermoelectric element and manufacturing method thereof
JP2008305831A (en) * 2007-06-05 2008-12-18 Tokyo Gas Chemicals Co Ltd Thermoelectric conversion material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300758B1 (en) * 2011-08-30 2013-08-29 세종대학교산학협력단 HIGHLY EFFICIENT π-TYPE THERMOELECTRIC MODULE FOR POWER GENERATION AND PREPARING METHOD OF THE SAME
US20220045258A1 (en) * 2018-10-03 2022-02-10 Lintec Corporation Method for manufacturing intermediate body for thermoelectric conversion module
WO2022067323A1 (en) * 2020-09-23 2022-03-31 Micropower Global Limited Thermoelectric device
US11825746B2 (en) 2020-09-23 2023-11-21 Micropower Global Limited Thermoelectric device

Also Published As

Publication number Publication date
KR101195122B1 (en) 2012-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100888389B1 (en) A thermoelectric module
KR100889946B1 (en) Manufacturing method of thermoelectric module
JP6182889B2 (en) Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module
JP4969589B2 (en) Peltier element purification process and Peltier element
JP3949848B2 (en) Method for producing scutteldite thermoelectric material
KR20120086190A (en) Thermoelectric Device using Bulk Material of Nano Structure and Thermoelectric Module having The Same, and Method of Manufacture The Same
JP7121230B2 (en) Method for producing magnesium-based thermoelectric conversion material
KR20170076358A (en) Thermoelectric module and method for fabricating the same
JP2006319210A (en) Manufacturing method of thermoelectric conversion element
KR101101704B1 (en) Electrode for thermoelectric device and manufacturing method of the same
KR20170102300A (en) Electrical and thermal contacts for bulk tetra headlight materials and methods for making the same
KR101195122B1 (en) Manufacturing method of Thermoelectric module
KR101801367B1 (en) Method of manufacturing thermoelectric element
EP3139419A1 (en) Thermoelectric conversion module and manufacturing method thereof
KR101683911B1 (en) Thermoelectric device and method for manufacturing the same
KR100996299B1 (en) Thermoelectric module and Manufacturing method of it
KR20130035010A (en) Method for enhancement of thermoelectric efficiency by the preparation of nano thermoelectric powder with core-shell structure
JP2010016132A (en) Thermoelectric conversion module and method of producing the same
KR101950371B1 (en) The thermoelectric device manufacturing method
KR20120029196A (en) A thermoelectric module and method for fabricating thereof
JP2002076451A (en) Thermoelectric transducing element and its manufacture
JP4643371B2 (en) Thermoelectric module
KR101812270B1 (en) Thermoelectric module with improved thermoelectric element-to-electrode bonding and method of fabricating the same
Bi et al. Additive manufacturing of thermoelectric materials: materials, synthesis and manufacturing: a review
JP2018129349A (en) Thermoelectric element, thermoelectric module and manufacturing method of thermoelectric element

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150909

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160907

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170907

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190918

Year of fee payment: 8