KR20160024199A - Thermoelectric module and method of manufacturing the same - Google Patents

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thermoelectric module
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thermoelectric
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이성호
정재연
유상용
이영수
김석
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삼성전기주식회사
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Abstract

The present invention relates to a thermoelectric module, which comprises: a lower thermoelectric module in which a p-type semiconductor device and an n-type semiconductor device are horizontally disposed in an upper portion of a lower insulation substrate; an upper thermoelectric module in which the p-type semiconductor device and the n-type semiconductor device electrically connected to each other, are horizontally disposed in a lower portion of an upper insulation substrate; and a joining unit for joining the p-type semiconductor devices of the upper and lower thermoelectric modules, and joining the n-type semiconductor devices of the upper and lower thermoelectric modules. The upper thermoelectric module having the thermoelectric semiconductor device formed by the joining unit and the lower thermoelectric module having the thermoelectric semiconductor device formed therein are jointed to allow the thickness of a thermoelectric semiconductor device unit to be substantially two times, thereby improving electromotive force of the thermoelectric module by allowing the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor device unit to be large, and improving sensitivity of a temperature sensor when the thermoelectric module is used as the temperature sensor.

Description

열전 모듈 및 그 제조 방법{Thermoelectric module and method of manufacturing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric module and a manufacturing method thereof,

본 발명은 열전 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermoelectric module and a manufacturing method thereof.

온도 센서는 오븐, 냉장고 등 가정용 제품의 온도를 모니터링하기 위한 필수적인 부품이다. 또한 산업 설비에서도 정밀한 온도 유지와 조절 같은 모니터링은 고부가가치 제품 생산을 위한 설비의 필수 조건이라고 할 수 있다. 따라서, 일상 생활 및 산업 분야를 포함한 거의 모든 분야에서 온도 모니터링을 위한 온도 센서는 필수라고 할 수 있다. 현재 판매되고 있는 온도 센서는 측정하고자 하는 온도 범위 및 해상도 등에 따라 여러 가지 형태가 존재한다.Temperature sensors are essential components for monitoring the temperature of household products such as ovens and refrigerators. In addition, monitoring such as precise temperature maintenance and control is an essential requirement for high value-added products in industrial facilities. Therefore, temperature sensors for temperature monitoring are essential in almost every field, including everyday life and industry. There are various types of temperature sensors currently sold depending on the temperature range and resolution to be measured.

열전 현상은 크게 두 가지 기술로 나눌 수 있는데, 펠티에 효과를 응용한 냉각 기술 및 제벡 효과를 이용한 에너지 발전(energy harvesting) 기술로 분류되며, 두 경우 모두 향후 기업의 흥망성쇠를 좌우할 만큼 중요한 기술이라고 할 수 있다. 특히, 현 시점에서 화석에너지 사용의 급증으로 인한 지구온난화 및 에너지 고갈 문제는 신재생에너지 개발에 대한 연구를 가속화시키고 있다. 또한, 모든 장비 및 전자기기는 투입된 대부분의 에너지를 열의 형태로 버리고 있다.Thermoelectric phenomenon can be classified into two kinds of technologies, namely, cooling technology using Peltier effect, and energy harvesting technology using Seebeck effect. In both cases, it is important technology to influence the rise and fall of the enterprise in the future . Especially, the problem of global warming and energy exhaustion due to the rapid increase of fossil energy use is accelerating the research on the development of new and renewable energy. In addition, all equipment and electronic equipment discards most of the input energy in the form of heat.

따라서, 버려지는 열 에너지를 재사용하여 새로운 영역에 응용할 수 있다면 에너지 위기를 극복하는 좋은 방법론이 될 것이다. 그 일례로 자동차 폐열, 폐기물 소각로, 제철소, 발전소, 지열, 전자기기, 체온 등에서 버려지는 많은 폐열을 이용하여 전기 에너지로 재생산하려는 노력이 세계적으로 많이 연구되고 있는 실정이다.Therefore, if the abandoned heat energy can be reused and applied to new areas, it would be a good method to overcome the energy crisis. For example, many attempts have been made to reproduce electric energy using waste heat discharged from automobile waste heat, waste incinerator, steel mill, power plant, geothermal heat, electronic equipment, and body temperature.

특히 열전 발전은 체적 발전이며 다른 발전과 융합이 가능하므로 미래에 대한 응용성 면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 냉각 분야에서도 IT 산업의 발달과 더불어 전자 부품의 소형화, 고전력화, 고집적화, 슬림화에 따라 발열량이 증가하고 있으며, 발생된 열은 전자기기의 오작동 및 효율을 떨어뜨리는 중요한 요인으로 작용하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 열전 소자를 사용하고 있으며, 열전 소자의 무소음, 빠른 냉각 속도, 국부 냉각 등의 기능을 충분히 활용한다면 그 응용성은 더욱 커질 수밖에 없다.In particular, thermoelectric power generation is a volumetric power generation and can be fused with other power generation, so it has a great advantage in application to the future. In the field of cooling, the amount of heat generated is increasing due to the development of the IT industry as well as the miniaturization, high power consumption, high integration and slimness of electronic components, and the generated heat is an important factor for reducing malfunction and efficiency of electronic devices. In order to solve these problems, a thermoelectric element is used. If the functions of the thermoelectric element such as noiselessness, rapid cooling rate and local cooling are sufficiently utilized, the applicability of the thermoelectric element can not be increased.

종래의 열전 소자는 크게 n형 반도체, p형 반도체, p-n 접합을 연결하는 금속 전극 및 세라믹 기판으로 구성되며, 이것을 단일 모듈이라고 한다. 단일 모듈이 냉각 소자 또는 발전 소자로서 사용되기 위해서는 n형과 p형 반도체에서 전하들을 생성한 후, n형 반도체와 p형 반도체가 전극을 통하여 회로에 연결되어야만 한다.Conventional thermoelectric elements are mainly composed of an n-type semiconductor, a p-type semiconductor, a metal electrode connecting a p-n junction, and a ceramic substrate, which is referred to as a single module. In order for a single module to be used as a cooling device or a power generation device, n-type and p-type semiconductors must be connected to the circuit through the electrodes after generating charges in the n-type and p-type semiconductors.

따라서, 단일 모듈의 효율을 높이기 위해서는 모듈을 구성하는 각 부분의 고효율화 및 구성하는 각 부분 간의 효율을 서로 최적이 되도록 설계해야 한다. 또한 단일 모듈은 낮은 성능을 갖고 있기 때문에 실제로는 단일 모듈이 여러 개 구성되어 있는 복합 모듈을 사용하는 것이 일반적인 관례이다.Therefore, in order to increase the efficiency of a single module, the efficiency of each part constituting the module and the efficiency of each constituent part should be designed to be optimum to each other. Also, since a single module has low performance, it is common practice to use a composite module that actually consists of several single modules.

기존의 복합 모듈은 p-n으로 구성된 단일 모듈을 사용 조건에 맞게 직렬로 반복해서 형성한다. 각 단일 모듈은 금속 전극으로 연결되며, 금속 전극은 세라믹 기판과 연결되어 있다. 각 단일 모듈은 열원으로부터 서로 평행하게 설계되어 있으므로, 열원으로부터 반도체 재료 자체의 온도 기울기는 단일 모듈 간 동일하다.A conventional composite module is formed by repeating a single module composed of p-n in series in accordance with the conditions of use. Each single module is connected to a metal electrode, and the metal electrode is connected to a ceramic substrate. Since each single module is designed parallel to each other from a heat source, the temperature gradient of the semiconductor material itself from the heat source is the same between the single modules.

열전 모듈은, 기판 위에 소자의 밀착력 향상을 위해 Ti, Ta, Cr 층을 도포한 후 전극층을 입히고 p형 반도체 소자 또는 n형 반도체 소자를 형성한다. 왜냐하면 일반적으로 Cu로 이루어져 있는 전극층이 실리콘 기판과의 밀착력이 좋지 않아 밀착력을 좋게 하기 위하여 기판과 전극층 사이에 접착층을 삽입한다. 이후에 솔더 재료를 사용하여 반도체 소자와 기판을 접합하는 공정을 거치게 된다.In the thermoelectric module, a Ti, Ta, and Cr layers are coated on a substrate to improve the adhesion of the device, and then an electrode layer is coated to form a p-type semiconductor device or an n-type semiconductor device. This is because the adhesive layer is inserted between the substrate and the electrode layer in order to improve adhesion because the electrode layer made of Cu generally has poor adhesion to the silicon substrate. Thereafter, a process of joining the semiconductor element and the substrate using a solder material is performed.

또한, 반도체 소자의 측면에서는 솔더 재료가 반도체 소자로 확산되어 성능이 저하되는 것을 막기 위하여 일반적으로 Ni 층으로 확산 방지부를 형성하여 솔더 재료가 반도체 소자로 확산되는 것을 방지하게 하기도 한다.In addition, in order to prevent the solder material from diffusing into the semiconductor device and deteriorating the performance, the diffusion barrier is generally formed by the Ni layer on the side of the semiconductor device to prevent the solder material from diffusing into the semiconductor device.

일반적으로 온도 센서 소자로 사용되는 박막형 열전 모듈은 도금이나 스퍼터를 이용하여 기판에 p형 반도체 소자 또는 n형 반도체 소자를 박막 형태로 형성함으로써 형성될 수 있다. 하지만, 박막 형태로 반도체 소자를 형성할 경우, 공정의 특성상 두께가 매우 얇아 흡열측과 방열측 간에 온도가 빠른 시간 안에 평형화되어 흡열측과 방열측 간에 온도차가 별로 나지 않게 된다. 이와 같이, 박막형 열전 모듈은 형성할 수 있는 박막의 두께가 제한적이라는 단점을 가지고 있어 흡열측과 방열측 간에 온도차가 별로 나지 않기 때문에, 열기전력을 높일 수 없어 온도 센싱 성능이 저하된다.In general, a thin film thermoelectric module used as a temperature sensor element can be formed by forming a p-type semiconductor element or an n-type semiconductor element in the form of a thin film on a substrate by using a plating or a sputtering. However, when a semiconductor device is formed in the form of a thin film, the thickness of the semiconductor device is very thin due to the nature of the process, so that the temperature between the heat absorption side and the heat radiation side is equilibrated in a short period of time. As such, the thin film thermoelectric module has a disadvantage that the thickness of the thin film that can be formed is limited, and the temperature difference between the heat absorbing side and the heat dissipating side is insignificant, so that the thermoelectric power can not be increased and the temperature sensing performance is degraded.

하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌은, 여러 개의 나노 구조로 이루어진 벌크 타입 기재 위에 나노 두께의 박막을 형성하여 재결합함으로써 포논의 진로를 막아 기존 벌크 타입보다 높은 열전지수 값을 가지며, 박막 타입의 열전 소자의 제조 비용을 줄일 수 있고, 제조 공정 수를 줄일 수 있는, 나노 구조의 벌크소재를 이용한 열전 소자와 이를 포함하는 열전 모듈 및 그의 제조 방법을 개시하고 있다.The patent documents described in the following prior art documents disclose that a nano-thick thin film is formed on a bulk type substrate made of several nanostructures and recombined to block the course of the phonon to have a higher thermodynamic index value than the conventional bulk type, Discloses a thermoelectric device using a nano-structured bulk material, a thermoelectric module including the thermoelectric module, and a manufacturing method thereof, which can reduce the manufacturing cost of the device and reduce the number of manufacturing processes.

KRKR 10-2012-008619010-2012-0086190 AA

본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 열전 반도체 소자의 두께를 실질적으로 2배가 되도록 하여 열전 반도체 소자 양단 간의 온도차를 크게 함으로써 온도차에 의해 유도되는 열기전력을 향상시킬 수 있는 열전 모듈을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thermoelectric module capable of increasing the temperature difference between both ends of a thermoelectric semiconductor element by substantially doubling the thickness of the thermoelectric semiconductor element to improve the thermoelectric power induced by the temperature difference will be.

본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 다른 과제는, 열전 반도체 소자의 두께를 실질적으로 2배가 되도록 하여 열전 반도체 소자 양단 간의 온도차를 크게 함으로써 온도차에 의해 유도되는 열기전력을 향상시킬 수 있는 열전 모듈 제조 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by one embodiment of the present invention is to provide a thermoelectric module manufacturing method capable of improving the thermoelectric power induced by the temperature difference by increasing the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor element by substantially doubling the thickness of the thermoelectric semiconductor element .

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈은, p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 하부 절연 기판의 상부에 수평 방향으로 배치된 하부 열전 모듈; 서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 상부 절연 기판의 하부에 수평 방향으로 배치된 상부 열전 모듈; 및 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자를 접합하고, 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 하부 열전 모듈의 n형 반도체 소자를 접합하기 위한 접합부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric module including: a lower thermoelectric module in which a p-type semiconductor device and an n-type semiconductor device are horizontally disposed on a lower insulating substrate; An upper thermoelectric module in which a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element electrically connected to each other are arranged horizontally below a top insulating substrate; And a junction for bonding the p-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the p-type semiconductor element of the lower thermoelectric module to the n-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the n-type semiconductor element of the lower thermoelectric module do.

본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈은, 기존의 서모파일 구조와 달리, 열전 반도체 소자의 두께를 늘려 열전 반도체 소자 양단 간의 온도차를 크게 함으로써 열기전력을 향상시킨다.The thermoelectric module according to an embodiment of the present invention improves the thermoelectric power by increasing the thickness of the thermoelectric semiconductor device to increase the temperature difference between the thermoelectric semiconductor elements, unlike the existing thermopile structure.

일반적으로 박막 열전 모듈의 경우, 도금이나 스퍼터를 이용하여 형성하기 때문에, 제조 공정상 소자 두께를 늘리는 것은 쉽지 않아 형성할 수 있는 열전 반도체 소자의 두께는 제한적이다. 따라서, 박막 열전 모듈의 경우 온도차가 작아서 제벡 효과에 기반을 둔 열기전력이 작아 온도 센서로서 사용되는 경우 출력이 작다.Generally, in the case of the thin film thermoelectric module, it is difficult to increase the thickness of the device in the manufacturing process because it is formed by plating or sputtering, so that the thickness of the thermoelectric semiconductor device that can be formed is limited. Therefore, in the case of a thin film thermoelectric module, a small temperature difference causes a small thermal power based on the Seebeck effect and a small output when used as a temperature sensor.

본 발명의 실시예에 의한 열전 모듈에서는 열기전력을 높이기 위하여 하부 및 상부 절연 기판 상에 각각 기존과 같이 여러 개의 박막층으로 열전 반도체 소자를 형성하여 하부 열전 모듈 및 상부 열전 모듈을 형성한 후에, 솔더 재료와 같은 접합부를 사용하여 상부 열전 모듈 및 하부 열전 모듈의 박막 형태의 열전 반도체 소자를 접합함으로써 열전 반도체 소자 박막층의 두께가 실질적으로 2배가 되도록한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 열전 모듈의 열전 반도체 소자부의 두께는 항상 기존의 열전 모듈의 열전 반도체 소자부의 두께보다 실질적으로 2배가 된다.In the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention, the thermoelectric semiconductor elements are formed on the lower and upper insulating substrates in the same manner as the conventional thin film layers to form the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module, The thickness of the thermoelectric semiconductor element thin film layer is substantially doubled by bonding the thin thermoelectric semiconductor elements of the upper thermoelectric module and the lower thermoelectric module to each other. Therefore, the thickness of the thermoelectric semiconductor element part of the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention is always substantially twice the thickness of the thermoelectric semiconductor element part of the conventional thermoelectric module.

본 발명의 실시예에 의한 열전 모듈에 의하면, 상부 열전 모듈의 열전 반도체 소자와 하부 열전 모듈의 열전 반도체 소자를 솔더 재료를 사용하여 접합함으로써 열전 반도체 소자부의 두께가 실질적으로 2배가 되도록 한다. 따라서, 열전 반도체 소자 양단 간의 온도차를 크게 하여 열전 모듈의 기전력을 향상시킬 수 있고, 열전 모듈이 온도 센서로 사용되는 경우, 온도 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 이러한 구조의 열전 모듈은 비접촉 온도 센서와 냉각 및 발전 응용 분야에도 적용될 수 있다.According to the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention, the thermoelectric semiconductor element of the upper thermoelectric module and the thermoelectric semiconductor element of the lower thermoelectric module are bonded by using a solder material so that the thickness of the thermoelectric semiconductor element is substantially doubled. Therefore, the temperature difference between the both ends of the thermoelectric semiconductor elements can be increased to improve the electromotive force of the thermoelectric module, and the sensitivity of the temperature sensor can be improved when the thermoelectric module is used as the temperature sensor. Such a thermoelectric module can be applied to noncontact temperature sensors and cooling and power generation applications.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of a term in order to best describe its invention The present invention should be construed in accordance with the spirit and scope of the present invention.

도 1은 일반적인 열전 모듈에서 발생할 수 있는 열의 형태를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈을 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 열전 모듈의 제조 방법을 도시한 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈 제조 방법을 도시한 공정 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining heat patterns that can be generated in a general thermoelectric module. FIG.
2 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to a first embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view illustrating a thermoelectric module according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D illustrate a method of manufacturing the thermoelectric module shown in FIG. 3, which is a process sectional view showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention Should be construed in accordance with the principles and the meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.

또한, "제1", "제2", "일 면". "타 면" 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.Also, "first", "second", "one side". The terms "other" and the like are used to distinguish one element from another, and the element is not limited by the terms.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 열전 모듈에서 발생할 수 있는 열의 형태를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining heat patterns that can occur in a general thermoelectric module.

도 1에 도시된 열전 모듈(100)은 절연 기판(101, 102) 사이에 p형 반도체 소자(114), n형 반도체 소자(116), p형 반도체 소자(118) 및 n형 반도체 소자(120)를 포함하며, 상기 p형 반도체 소자(114)와 n형 반도체 소자(116)는 구리(Cu) 전극(104)에 의해 전기적으로 연결되어 p-n 접합을 형성하고, 상기 p형 반도체 소자(118)와 n형 반도체 소자(120)는 구리(Cu) 전극(108)에 의해 전기적으로 연결되어 p-n 접합을 형성한다.The thermoelectric module 100 shown in Fig. 1 includes a p-type semiconductor element 114, an n-type semiconductor element 116, a p-type semiconductor element 118 and an n-type semiconductor element 120 The p-type semiconductor device 114 and the n-type semiconductor device 116 are electrically connected by a copper (Cu) electrode 104 to form a pn junction, and the p- Type semiconductor element 120 and the n-type semiconductor element 120 are electrically connected by a copper (Cu) electrode 108 to form a pn junction.

또한, n형 반도체 소자(116)와 p형 반도체 소자(118)는 구리 전극(106)에 의해 전기적으로 직렬로 연결되어 있고, p형 반도체 소자(114)와 n형 반도체 소자(120)는 각각 구리 전극(110)과 구리 전극(112)에 연결되어 있다.The p-type semiconductor device 116 and the p-type semiconductor device 118 are electrically connected in series by the copper electrode 106. The p-type semiconductor device 114 and the n- And is connected to the copper electrode 110 and the copper electrode 112.

상기 구리 전극(110, 112)은 열전 모듈(100)에 전류를 인가하거나 열전 모듈(100)로부터 발생된 기전력을 인출하기 위한 전극이다.The copper electrodes 110 and 112 are electrodes for applying a current to the thermoelectric module 100 or for taking out electromotive force generated from the thermoelectric module 100.

도 1에 도시된 열전 모듈(100)의 구리 전극(110, 112)에 전기장을 인가하면, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 소자(114, 116, 118, 120) 내의 전자나 홀은 각각 (+)와 (-) 전극 쪽으로 이동하게 된다. 이 경우 반도체 소자(114, 116, 118, 120) 내의 전자나 홀은 이동 전에 흡수한 열에너지를 가지고 이동하는데 이러한 원리에 의해 열전 모듈(100)은 냉각 기능을 수행할 수 있다.When an electric field is applied to the copper electrodes 110 and 112 of the thermoelectric module 100 shown in FIG. 1, the electrons and holes in the semiconductor devices 114, 116, 118, and 120, respectively, ) And the (-) electrode. In this case, the electrons and holes in the semiconductor devices 114, 116, 118 and 120 move with the absorbed heat energy before the movement, and the thermoelectric module 100 can perform the cooling function by this principle.

반대로, 열전 모듈(100)의 양단에 온도차가 발생하면 전압 차이가 발생하여 열기전력이 발생되므로, 열전 모듈(100)을 이용하여 에너지를 발생시킬 수 있거나, 구리 전극(110, 112) 간의 열기전력을 감지하면 열전 모듈(100)을 온도 센서로서 사용할 수 있다.On the other hand, when a temperature difference is generated at both ends of the thermoelectric module 100, a voltage difference occurs and thermoelectric power is generated. Therefore, energy can be generated using the thermoelectric module 100, The thermoelectric module 100 can be used as a temperature sensor.

고감도의 온도 센서는 온도 변화에 의한 센서 출력이 높아야 한다. 일반적으로 열전 소자를 사용한 폐회로에서 유도될 수 있는 단자 전압(Vg)은 수학식 1 및 수학식 2에 의해 표시된 열전 소자의 열입력(qa)및 방열량(qd)의 차이에 기인한다.A high-sensitivity temperature sensor should have high sensor output due to temperature change. Generally, the terminal voltage Vg that can be induced in a closed circuit using a thermoelectric element is caused by a difference between the heat input qa and the heat radiation amount qd of the thermoelectric element represented by Equations (1) and (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

상기에서,

Figure pat00003
는 제벡 계수이고, Thj는 고온부의 온도이고, Tcj는 저온부의 온도이며, re는 열전 소자의 저항이고, Ke는 열전 소자의 열전도도이며,
Figure pat00004
는 고온부와 저온부 간의 온도차이다.In the above,
Figure pat00003
Where T hj is the temperature of the hot section, T cj is the temperature at the low temperature section, r e is the resistance of the thermoelectric element, K e is the thermal conductivity of the thermoelectric element,
Figure pat00004
Is the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part.

상기 수학식 1 및 수학식 2에서, 첫번째 항목은 열전소자에 의한 열 펌핑 효과이며, 열전소자의 제벡 계수(

Figure pat00005
) 및 인가 전류(I)에 의존함을 알 수 있다. 따라서, 첫번째 항목은 재료적인 관점에서 개선시켜야 할 요소이다.In the above equations (1) and (2), the first item is the thermal pumping effect by the thermoelectric element, and the anti-
Figure pat00005
) And the applied current (I). Therefore, the first item is an element to be improved from a material point of view.

두번째 항목은 주울열에 의한 손실이다. 동일 재료 내에서 열이 발생할 수도 있지만, 이종 재료 간의 접합부에서 더 많은 열이 발생할 수 있다. 특히, 이 항목은 전류(I)의 제곱승에 비례하기 때문에, 개선해야만 하는 부분이다.The second item is loss due to Joule heat. Heat may be generated within the same material, but more heat may be generated at the junctions between dissimilar materials. Particularly, this item is a part that must be improved since it is proportional to the square power of the current (I).

마지막 항목은 열평형에 의한 부분으로 열전도도(

Figure pat00006
)와 온도차(
Figure pat00007
)와 관련되며, 히트 싱크와 관련된 부분이다.The last item is the part due to thermal equilibrium and the thermal conductivity (
Figure pat00006
) And the temperature difference
Figure pat00007
), Which is the portion associated with the heat sink.

따라서, 수학식 1과 수학식 2의 차이를 계산하면, 수학식 3과 같이 전기 에너지의 출력(Pg)을 알 수 있다.Therefore, by calculating the difference between Equations (1) and (2), the output (P g ) of the electric energy can be obtained as shown in Equation (3).

Figure pat00008
Figure pat00008

마지막으로 폐회로의 단자 전압(Vg)를 구하면 수학식 4와 같다.Finally, the terminal voltage (V g ) of the closed circuit is obtained as shown in Equation (4).

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 센서의 감도를 향상시키기 위해서는 온도차에 의해 유도되는 열기전력을 향상시켜야 한다. 열기전력을 향상시키기 위해서는 수학식 4에 표시한 바와 같이, 열전 모듈 양단 간의 온도차를 최대화해야 하는 것을 알 수 있다.As can be seen from Equation (4), in order to improve the sensitivity of the temperature sensor, the thermal power induced by the temperature difference should be improved. In order to improve the thermoelectric power, it is understood that the temperature difference between the both ends of the thermoelectric module should be maximized as shown in Equation (4).

따라서, 본 발명의 실시예에서는 솔더 재료와 같은 접합부를 사용하여 2개의 열전 반도체 소자를 접합하여 열전 반도체 소자부의 두께를 두껍게 하여 열전 반도체 소자의 양단 간의 온도차를 크게 함으로써 유도되는 열기전력의 값을 크게 한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the thickness of the thermoelectric semiconductor element is increased by bonding the two thermoelectric semiconductor elements by using the same bonding portion as the solder material, and the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor element is increased, do.

도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈은 하나의 열전소자를 포함하는 단일 열전 모듈이고, 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈은 2개의 열전소자가 직렬로 연결된 복합 열전 모듈이다.The thermoelectric module according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is a single thermoelectric module including one thermoelectric element, and the thermoelectric module according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. Is a composite thermoelectric module connected in series.

우선, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈(200)에 대해 설명하기로 한다.First, the thermoelectric module 200 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈(200)은, p형 반도체 소자(206b)와 n형 반도체 소자(212b)가 하부 절연 기판(204)의 상부에 수평 방향으로 배치된 하부 열전 모듈(240), 서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자(206a)와 n형 반도체 소자(212a)가 상부 절연 기판(202)의 하부에 수평 방향으로 배치된 상부 열전 모듈(230), 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 p형 반도체 소자(206a)와 상기 하부 열전 모듈(240)의 p형 반도체 소자(206b)를 접합하고, 상기 상부 열전 모듈(230)의 n형 반도체 소자(212a)와 상기 하부 열전 모듈(230)의 n형 반도체 소자(212b)를 접합하기 위한 접합부(210, 216)를 포함한다.The thermoelectric module 200 according to the first embodiment of the present invention shown in Fig. 2 is configured such that the p-type semiconductor element 206b and the n-type semiconductor element 212b are arranged horizontally on the upper portion of the lower insulating substrate 204 An upper thermoelectric module 230 in which a p-type semiconductor element 206a and an n-type semiconductor element 212a electrically connected to each other are horizontally disposed under the upper insulating substrate 202, The p-type semiconductor element 206a of the upper thermoelectric module 230 and the p-type semiconductor element 206b of the lower thermoelectric module 240 are bonded to each other, and the n-type semiconductor element 212a of the upper thermoelectric module 230, And the bonding portions 210 and 216 for bonding the n-type semiconductor device 212b of the lower thermoelectric module 230 to each other.

상기 상부 절연 기판(202)과 상기 하부 절연 기판(204) 사이에 형성된 열전 반도체 소자부(250)의 두께는 상기 p형 반도체 소자(206a, 206b) 또는 상기 n형 반도체 소자(212a, 212b)의 두께의 실질적으로 2배이다.The thickness of the thermoelectric semiconductor element portion 250 formed between the upper insulating substrate 202 and the lower insulating substrate 204 is set to be larger than the thickness of the p-type semiconductor elements 206a and 206b or the n-type semiconductor elements 212a and 212b Is substantially twice the thickness.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈(200)은, 상기 하부 절연 기판(204)의 상부에 형성되고, 상기 열전 모듈(200)에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈(200)로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극(218a, 218b), 및 상기 상부 절연 기판(202)의 하부에 형성되고, 상기 상부 열전 모듈(230)의 p형 반도체 소자(206a)와 n형 반도체 소자(212a)를 서로 전기적으로 연결하는 제2 전극(220)을 더 포함한다.The thermoelectric module 200 according to the first embodiment of the present invention is formed on the lower insulating substrate 204 and applies current to the thermoelectric module 200 or generates a current from the thermoelectric module 200 Type semiconductor element 206a of the upper thermoelectric module 230 and the first electrodes 218a and 218b for drawing out the electromotive force of the upper thermoelectric module 230. The first electrodes 218a and 218b are formed on the lower insulating substrate 202, And a second electrode 220 electrically connecting the first and second electrodes 212a and 212a to each other.

또한, 상기 접합부(201, 216)는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성된다.The bonding portions 201 and 216 are formed of a solder bonding material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu, and Sn-Ag-Cu.

또한, 상기 하부 열전 모듈(240) 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 p형 반도체 소자들(206a, 206b)은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(240) 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 n형 반도체 소자들(212a, 212b)은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 206a and 206b of the lower thermoelectric module 240 and the upper thermoelectric module 230 may include at least one p-type semiconductor element thin film layer, And the n-type semiconductor elements 212a and 212b of the upper thermoelectric module 230 may each include at least one n-type semiconductor element thin film layer.

또한, 상기 하부 열전 모듈(240) 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 p형 반도체 소자들(206a, 206b)은 각각 하나 이상의 벌크형 p형 반도체 소자를 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(240) 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 n형 반도체 소자들(212a, 212b)은 각각 하나 이상의 벌크형 n형 반도체 소자를 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 206a and 206b of the lower thermoelectric module 240 and the upper thermoelectric module 230 may each include one or more bulk p-type semiconductor elements, And the n-type semiconductor elements 212a and 212b of the upper thermoelectric module 230 may each include one or more bulk n-type semiconductor elements.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈(200)은, 상기 하부 열전 모듈(240)의 p형 반도체 소자(206b)와 상기 접합부(210) 사이 및 상기 하부 열전 모듈(240)의 n형 반도체 소자(212b)와 상기 접합부(216) 사이에 형성된 제1 확산 방지부(208b, 214b), 및 상기 상부 열전 모듈(203)의 p형 반도체 소자(206a)와 상기 접합부(210) 사이 및 상기 상부 열전 모듈(230)의 n형 반도체 소자(212a)와 상기 접합부(216) 사이에 형성된 제2 확산 방지부(208a, 214a)를 더 포함한다.The thermoelectric module 200 according to the first embodiment of the present invention is disposed between the p-type semiconductor element 206b of the lower thermoelectric module 240 and the junction 210 and between the n- Type semiconductor element 206a and the bonding portion 210 of the upper thermoelectric module 203 and the first diffusion preventing portion 208b and 214b formed between the bonding portion 216 and the first semiconductor element 212b, And second diffusion preventing portions 208a and 214a formed between the n-type semiconductor element 212a of the upper thermoelectric module 230 and the bonding portion 216. [

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 의한 열전 모듈(200)에 의하면, 2개의 열전 반도체 소자(206a와 206b 또는 212a와 212b)를 접합부(210, 216)를 사용하여 접합함으로써 열전 반도체 소자부(250)의 두께를 실질적으로 2배가 되도록 한다. 따라서, 열전 반도체 소자 양단 간의 온도차를 크게 하여 열전 모듈(200)의 기전력을 향상시킬 수 있어, 열전 모듈(200)의 효율을 높이고 성능을 향상시킬 수 있다.According to the thermoelectric module 200 according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the two thermoelectric semiconductor elements 206a and 206b or 212a and 212b are bonded by using the bonding portions 210 and 216, The thickness of the portion 250 is substantially doubled. Accordingly, it is possible to increase the temperature difference between the both ends of the thermoelectric semiconductor device, thereby improving the electromotive force of the thermoelectric module 200, thereby improving the efficiency and performance of the thermoelectric module 200.

또한, 열전 모듈(200)이 온도 센서로 사용되는 경우, 온도 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 이러한 구조의 열전 모듈(200)은 비접촉 온도 센서와 냉각 및 발전 응용 분야에도 적용될 수 있다.In addition, when the thermoelectric module 200 is used as a temperature sensor, the sensitivity of the temperature sensor can be improved. The thermoelectric module 200 having such a structure can be applied to noncontact temperature sensors and cooling and power generation applications.

본 발명의 제1 실시예에서, p형 반도체 소자(206a, 206b)로서 SbTe 계열의 반도체가 사용되고, n형 반도체 소자(212a, 212b)로서 BiTe 계열의 반도체가 사용되며, 전극(218a, 218b, 220)으로서 Cu, Al, Ni 등의 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다.In the first embodiment of the present invention, SbTe series semiconductor is used as the p-type semiconductor elements 206a and 206b, BiTe series semiconductor is used as the n-type semiconductor elements 212a and 212b, and electrodes 218a, 218b, 220, a material such as Cu, Al, or Ni may be used, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)에 대해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, the thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention will be described.

도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)은, p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b 및 308b와 312b)이 하부 절연 기판(304)의 상부에 수평 방향으로 반복 배치되고, 상기 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b)의 n형 반도체 소자(310b)가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(308b와 312b)의 p형 반도체 소자(308b)와 전기적으로 연결된 하부 열전 모듈(360), 서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306a와 310a 및 308a와 312a)이 상부 절연 기판(302)의 하부에 수평 방향으로 반복 배치된 상부 열전 모듈(340), 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 308a)과 상기 하부 열전 모듈(360)의 대응하는 p형 반도체 소자들(306b, 308b)을 각각 접합하고, 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자들(310a, 312a)과 상기 하부 열전 모듈(360)의 대응하는 n형 반도체 소자들(310b, 312b)을 각각 접합하기 위한 접합부(322, 326, 324, 328)를 포함한다.The thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 has a structure in which a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element pair 306b and 310b and 308b and 312b are formed on an upper portion of a lower insulating substrate 304 The p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element 310b of the n-type semiconductor element pair 306b and 310b are repeatedly arranged in the horizontal direction, and the p-type semiconductor element and the n- A p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element pair 306a and 310a and 308a and 312a electrically connected to each other are electrically connected to a lower portion of the upper insulating substrate 302 Type semiconductor elements 306a and 308a of the upper thermoelectric module 340 and the corresponding p-type semiconductor elements 306b and 306b of the lower thermoelectric module 360, which are repeatedly arranged in the horizontal direction, , 308b of the upper thermoelectric module 340, and the n-type semiconductor elements 310a, 312a of the upper thermoelectric module 340 And bonding portions 322, 326, 324, and 328 for bonding the corresponding n-type semiconductor elements 310b and 312b of the lower thermoelectric module 360, respectively.

상기 상부 절연 기판(302)과 상기 하부 절연 기판(304) 사이에 형성된 열전 반도체 소자부(350)의 두께는 상기 p형 반도체 소자(306a, 306b, 308a, 308b) 또는 상기 n형 반도체 소자(310a, 310b, 312a, 312b)의 두께의 실질적으로 2배이다.The thickness of the thermoelectric semiconductor element part 350 formed between the upper insulating substrate 302 and the lower insulating substrate 304 may be greater than the thickness of the p-type semiconductor element 306a, 306b, 308a, 308b or the n- , 310b, 312a, 312b).

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)은, 상기 하부 절연 기판(304)의 상부에 형성되고, 상기 열전 모듈(300)에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈(300)로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극부(330a, 330b), 상기 하부 절연 기판(304)의 상부에 형성되고, 상기 하부 열전 모듈(360)의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b)의 n형 반도체 소자(310b)가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(308b와 312b)의 p형 반도체 소자(308b)와 전기적으로 연결되도록 하는 제2 전극부(334), 및 상기 상부 절연 기판(302)의 하부에 형성되고, 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍들(306a와 310a 및 308a와 312a)의 p형 반도체 소자(306a, 308a)와 대응하는 n형 반도체 소자(310a, 312a)가 서로 전기적으로 연결되도록 하는 제3 전극부(332a, 332b)를 더 포함한다.The thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention is formed on the lower insulating substrate 304 and applies current to the thermoelectric module 300 or generates Type semiconductor element 306b and the n-type semiconductor element 306b of the lower thermoelectric module 360. The first electrode portion 330a and the second electrode portion 330b are formed on the lower insulating substrate 304, Type semiconductor element 310b of the n-type semiconductor element 310b is electrically connected to the p-type semiconductor element 308b of the adjacent p-type semiconductor element pair 308b and 312b, and the second electrode portion 334 of the n- Type semiconductor elements 306a and 308a of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element pairs 306a and 310a and 308a and 312a of the upper thermoelectric module 340 are formed on the lower insulating substrate 302, Type semiconductor elements 310a and 312a are electrically connected to each other through a third electrode part 332a, 332b.

상기 접합부(322, 324, 326, 328)는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성된다.The junctions 322, 324, 326 and 328 are formed of a solder joint material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu and Sn-Ag-Cu.

또한, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 306b, 308a, 308b)은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자들(310a, 310b, 312a, 312b)은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, and 308b of the lower thermoelectric module 360 and the upper thermoelectric module 340 may each include at least one p-type semiconductor element thin film layer, The module 360 and the n-type semiconductor elements 310a, 310b, 312a, and 312b of the upper thermoelectric module 340 may each include one or more n-type semiconductor element thin film layers.

또한, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 306b, 308a, 308b)은 각각 하나 이상의 벌크형 p형 반도체 소자를 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자들(310a, 310b, 312a, 312b)은 각각 하나 이상의 벌크형 n형 반도체 소자를 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, and 308b of the lower thermoelectric module 360 and the upper thermoelectric module 340 may each include one or more bulk p-type semiconductor elements, The module 360 and the n-type semiconductor elements 310a, 310b, 312a, and 312b of the upper thermoelectric module 340 may each include one or more bulk n-type semiconductor elements.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)은, 상기 하부 열전 모듈(360)의 p형 반도체 소자(306b, 308b)와 상기 접합부(322, 326) 사이 및 상기 하부 열전 모듈(360)의 n형 반도체 소자(310b, 312b)와 상기 접합부(324, 328) 사이에 형성된 제1 확산 방지부(314b, 316b, 318b, 320b), 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자(306a, 308a)와 상기 접합부(322, 326) 사이 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자(310a, 312a)와 상기 접합부(324, 328) 사이에 형성된 제2 확산 방지부(314a, 316a, 318a, 320a)를 더 포함한다.The thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention may be configured such that the p-type semiconductor elements 306b and 308b of the lower thermoelectric module 360 and the junctions 322 and 326 and the lower thermoelectric module The first diffusion preventing portions 314b, 316b, 318b, and 320b formed between the n-type semiconductor devices 310b and 312b of the upper thermoelectric module 340 and the junction portions 324 and 328 of the upper thermoelectric module 340, A second diffusion preventing portion (not shown) formed between the elements 306a and 308a and the junctions 322 and 326 and between the n-type semiconductor elements 310a and 312a of the upper thermoelectric module 340 and the junctions 324 and 328 314a, 316a, 318a, 320a.

도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)은, 도 2에 도시된 열전 모듈(200) 2개가 직렬로 연결되어 있는 구조의 열전 모듈이다. 하지만, 본 발명의 실시예에 의한 열전 모듈은 이에 한정되지 않고, 도 2에 도시된 열전 모듈(200) m개가 직렬로 연결되어 있는 열전 모듈을 포함할 수 있다. 여기에서, m은 3 이상의 정수이다.The thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is a thermoelectric module having a structure in which two thermoelectric modules 200 shown in FIG. 2 are connected in series. However, the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention is not limited thereto, and may include a thermoelectric module in which m thermoelectric modules 200 shown in FIG. 2 are connected in series. Here, m is an integer of 3 or more.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 의한 열전 모듈(300)에 의하면, 2개의 열전 반도체 소자(306a와 306b, 310a와 310b, 308a와 308b 및 312a와 312b)를 각각 접합부(322, 324, 326, 328)를 사용하여 접합함으로써 열전 반도체 소자부(350)의 두께를 실질적으로 2배가 되도록 한다. 따라서, 열전 반도체 소자부 양단 간의 온도차를 크게 하여 열전 모듈(300)의 기전력을 향상시킬 수 있어, 열전 모듈(300)의 효율을 높이고 성능을 향상시킬 수 있다.According to the thermoelectric module 300 according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the two thermoelectric semiconductor elements 306a and 306b, 310a and 310b, 308a and 308b and 312a and 312b are connected to the junctions 322 and 324 , 326, and 328, so that the thickness of the thermoelectric semiconductor element 350 is substantially doubled. Therefore, it is possible to increase the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor element part, thereby improving the electromotive force of the thermoelectric module 300, thereby improving the efficiency and performance of the thermoelectric module 300.

또한, 열전 모듈(300)이 온도 센서로 사용되는 경우, 온도 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 이러한 구조의 열전 모듈(300)은 비접촉 온도 센서와 냉각 및 발전 응용 분야에도 적용될 수 있다.In addition, when the thermoelectric module 300 is used as a temperature sensor, the sensitivity of the temperature sensor can be improved. The thermoelectric module 300 having such a structure can be applied to noncontact temperature sensors and cooling and power generation applications.

본 발명의 제2 실시예에서, p형 반도체 소자(306a, 306b, 308a, 308b)로서 SbTe 계열의 반도체가 사용되고, n형 반도체 소자(310a, 310b, 312a, 312b)로서 BiTe 계열의 반도체가 사용되며, 전극(330a, 330b, 332a, 332b, 334)으로서 Cu, Al, Ni 등의 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다.In the second embodiment of the present invention, an SbTe semiconductor is used as the p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, and 308b, and a BiTe semiconductor is used as the n-type semiconductor elements 310a, 310b, And materials such as Cu, Al, and Ni may be used as the electrodes 330a, 330b, 332a, 332b, and 334, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 열전 모듈(300)을 제조하기 위한 방법을 도시한 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the thermoelectric module 300 shown in FIG. 3, illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 하부 절연 기판(304)의 상부에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b 및 308b와 312b)을 수평 방향으로 반복 배치하여 하부 열전 모듈(360)을 형성한다.4A, a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element pair 306b and 310b and 308b and 312b are repeatedly arranged in a horizontal direction on a lower insulating substrate 304 to form a lower thermoelectric module 360 ).

p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b)의 n형 반도체 소자(310b)는 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(308b와 312b)의 p형 반도체 소자(308b)와 전기적으로 연결되어 있다.The p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element 310b of the n-type semiconductor element pair 306b and 310b are electrically connected to the p-type semiconductor element 308b of the adjacent p-type semiconductor element pair 308b and 312b Respectively.

상기 하부 열전 모듈(360)을 형성하는 단계는, 상기 열전 모듈(300)에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈(300)로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극부(330a, 330b) 및 상기 하부 열전 모듈(360)의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b)의 n형 반도체 소자(310b)가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(308b와 312b)의 p형 반도체 소자(308b)와 전기적으로 연결되도록 하는 제2 전극부(334)를 상기 하부 절연 기판(304)의 상부에 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극부(330a, 330b) 및 상기 제2 전극부(334) 상에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306b와 310b 및 308b와 312b)을 수평 방향으로 반복 배치하여 하부 열전 모듈(360)을 형성하는 단계를 포함한다.The step of forming the lower thermoelectric module 360 may include first electrode parts 330a and 330b for applying a current to the thermoelectric module 300 or drawing out an electromotive force generated from the thermoelectric module 300, The p-type semiconductor element of the thermoelectric module 360 and the n-type semiconductor element 310b of the n-type semiconductor element pair 306b and 310b are connected to the p-type semiconductor element adjacent to the p-type semiconductor element pair 308b and 312b Forming a second electrode portion 334 on the lower insulating substrate 304 to electrically connect the first electrode portion 330a and the second electrode portion 330b to the first electrode portion 330b, Type semiconductor elements 306b and 310b and 308b and 312b are repeatedly arranged in the horizontal direction on the upper and lower thermoelectric modules 334 and 334 to form the lower thermoelectric module 360. [

또한, 상기 하부 열전 모듈(360)을 형성한 이후에, 상기 하부 열전 모듈(360)의 p형 반도체 소자들(306b, 308b)과 n형 반도체 소자들(310b, 312b) 상에 제1 확산 방지부(314b, 316b, 318b, 320b)를 더 형성한다.After the formation of the lower thermoelectric module 360, a first diffusion preventing layer 370 is formed on the p-type semiconductor elements 306b and 308b and the n-type semiconductor elements 310b and 312b of the lower thermoelectric module 360, Portions 314b, 316b, 318b, and 320b are further formed.

그 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상부 절연 기판(302)의 상부에 서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자를 포함하는 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306a와 310a 및 308a와 312a)을 수평 방향으로 반복 배치하여 상부 열전 모듈(340)을 형성하고, 상기 상부 열전 모듈(340)에 배치된 p형 반도체 소자들(306a, 308a)과 n형 반도체 소자들(310a, 312a) 상에 접합부(322, 326, 324, 328)를 형성하여, 접합부가 형성된 상부 열전 모듈(370)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4B, a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element pair 306a and 310a (not shown) including a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element electrically connected to each other on the upper portion of the upper insulating substrate 302 And 308a and 312a are repeatedly arranged in the horizontal direction to form the upper thermoelectric module 340. The p-type semiconductor elements 306a and 308a and the n-type semiconductor elements 310a 326, 324, and 328 are formed on the upper and lower thermoelectric modules 312a and 312a to form the upper thermoelectric module 370 having the junctions.

상기 접합부(322, 324, 326, 328)는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성된다.The junctions 322, 324, 326 and 328 are formed of a solder joint material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu and Sn-Ag-Cu.

또한, 상기 상부 열전 모듈(340)을 형성하는 단계는, 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍들(306a와 310a 및 308a와 312a)의 p형 반도체 소자(306a, 308a)와 대응하는 n형 반도체 소자(310a, 312a)가 각각 서로 전기적으로 연결되도록 하는 제3 전극부(332a, 332b)를 상부 절연 기판(302)의 상부에 형성하는 단계, 및 상기 제3 전극부(332a, 332b) 상에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍(306a와 310a 및 308a와 312a)을 수평 방향으로 반복 배치하여 상부 열전 모듈(340)을 형성하는 단계를 포함한다.The step of forming the upper thermoelectric module 340 may include forming the upper thermoelectric module 340 such that the p-type semiconductor devices 306a and 306a of the upper thermoelectric module 340 and the n-type semiconductor device pairs 306a and 310a and 308a and 312a, Forming third electrode portions 332a and 332b on the upper insulating substrate 302 such that the n-type semiconductor elements 310a and 312a are electrically connected to each other, And forming the upper thermoelectric module 340 by repeatedly arranging the p-type semiconductor element and the pair of n-type semiconductor elements 306a and 310a and 308a and 312a in the horizontal direction on the portions 332a and 332b.

또한, 상기 상부 열전 모듈(340)을 형성한 이후에, 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 308a)과 n형 반도체 소자들(310a, 312a) 상에 제2 확산 방지부(314a, 316a, 318a, 320a)를 더 형성한다.After the upper thermoelectric module 340 is formed, a second diffusion preventing layer 330 is formed on the p-type semiconductor elements 306a and 308a and the n-type semiconductor elements 310a and 312a of the upper thermoelectric module 340, Portions 314a, 316a, 318a, and 320a are further formed.

그 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 접합부(322, 324, 326, 328)가 형성된 상부 열전 모듈(370)을 뒤집어, 상기 접합부(322, 326, 324, 328)에 의해, 상기 접합부가 형성된 상부 열전 모듈(370)의 p형 반도체 소자들(306a, 308a)과 상기 하부 열전 모듈(360)의 대응하는 p형 반도체 소자들(306b, 308b)을 각각 접합하고, 상기 접합부가 형성된 상부 열전 모듈(370)의 n형 반도체 소자들(310a, 312a)과 상기 하부 열전 모듈(360)의 대응하는 n형 반도체 소자들(310b, 312b)을 각각 접합하여, 도 4d에 도시된 바와 같이, 열전 모듈(300)을 형성한다.4C, the upper thermoelectric module 370 with the junctions 322, 324, 326 and 328 formed therein is turned upside down by the junctions 322, 326, 324 and 328, The p-type semiconductor elements 306a and 308a of the upper thermoelectric module 370 and the corresponding p-type semiconductor elements 306b and 308b of the lower thermoelectric module 360 are bonded to each other, The n-type semiconductor elements 310a and 312a of the lower thermoelectric module 360 and the corresponding n-type semiconductor elements 310b and 312b of the lower thermoelectric module 360 are bonded to each other, (300).

상기와 같이 형성된 열전 모듈(300)에 있어서, 상기 상부 절연 기판(302)과 상기 하부 절연 기판(304) 사이에 형성된 열전 반도체 소자부(350)의 두께는 상기 p형 반도체 소자(306a, 306b, 308a, 308b) 또는 상기 n형 반도체 소자(310a, 310b, 312a, 312b)의 두께의 실질적으로 2배이다.In the thermoelectric module 300 formed as described above, the thickness of the thermoelectric semiconductor element part 350 formed between the upper insulating substrate 302 and the lower insulating substrate 304 is smaller than the thickness of the p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, 308b) or substantially twice the thickness of the n-type semiconductor elements (310a, 310b, 312a, 312b).

또한, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 306b, 308a, 308b)은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자들(310a, 310b, 312a, 312b)은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, and 308b of the lower thermoelectric module 360 and the upper thermoelectric module 340 may each include at least one p-type semiconductor element thin film layer, The module 360 and the n-type semiconductor elements 310a, 310b, 312a, and 312b of the upper thermoelectric module 340 may each include one or more n-type semiconductor element thin film layers.

또한, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 p형 반도체 소자들(306a, 306b, 308a, 308b)은 각각 하나 이상의 벌크형 p형 반도체 소자를 포함할 수 있고, 상기 하부 열전 모듈(360) 및 상기 상부 열전 모듈(340)의 n형 반도체 소자들(310a, 310b, 312a, 312b)은 각각 하나 이상의 벌크형 n형 반도체 소자를 포함할 수 있다.The p-type semiconductor elements 306a, 306b, 308a, and 308b of the lower thermoelectric module 360 and the upper thermoelectric module 340 may each include one or more bulk p-type semiconductor elements, The module 360 and the n-type semiconductor elements 310a, 310b, 312a, and 312b of the upper thermoelectric module 340 may each include one or more bulk n-type semiconductor elements.

본 발명의 일 실시예에 의한 열전 모듈 및 열전 모듈 제조 방법에 의하면, 열전 반도체 소자를 솔더 재료를 사용하여 접합함으로써 열전 반도체 소자부의 두께를 실질적으로 2배가 되도록 한다. 따라서, 열전 반도체 소자부 양단 간의 온도차를 크게 하여 열전 모듈의 기전력을 향상시킬 수 있고, 열전 모듈이 온도 센서로 사용되는 경우, 온도 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 이러한 구조의 열전 모듈은 비접촉 온도 센서와 냉각 및 발전 응용 분야에도 적용될 수 있다.According to the thermoelectric module and the thermoelectric module manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the thermoelectric semiconductor element is bonded by using a solder material so that the thickness of the thermoelectric semiconductor element is substantially doubled. Accordingly, the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor element part can be increased to improve the electromotive force of the thermoelectric module, and when the thermoelectric module is used as the temperature sensor, the sensitivity of the temperature sensor can be improved. Such a thermoelectric module can be applied to noncontact temperature sensors and cooling and power generation applications.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be modified or improved.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

100, 200, 300 : 열전 모듈
101, 202, 302 : 상부 절연 기판
102, 204, 304 : 하부 절연 기판
104, 106, 108, 110, 112, 218a, 218b, 220, 330a, 330b, 332a, 332b, 334 : 전극
114, 118, 206a, 206b, 306a, 306b, 308a, 308b : p형 반도체 소자
114, 118, 212a, 212b, 310a, 310b, 312a, 312b : n형 반도체 소자
208a, 208b, 214a, 214b, 314a, 314b, 316a, 316b, 318a, 318b, 320a, 320b : 확산 방지층
210, 216, 322, 324, 326, 328 : 접합부
230, 340 : 상부 열전 모듈
240, 360 : 하부 열전 모듈
250, 350 : 열전 반도체 소자부
370 : 접합부가 형성된 상부 열전 모듈100, 200, 300: thermoelectric module
101, 202, 302: upper insulating substrate
102, 204, 304: Lower insulating substrate
The electrodes are electrically connected to the electrodes 104, 106, 108, 110, 112, 218a, 218b, 220, 330a, 330b, 332a, 332b,
114, 118, 206a, 206b, 306a, 306b, 308a, 308b:
114, 118, 212a, 212b, 310a, 310b, 312a, 312b: n-
The diffusion barrier layer 208a, 208b, 214a, 214b, 314a, 314b, 316a, 316b, 318a, 318b, 320a,
210, 216, 322, 324, 326, 328:
230, 340: upper thermoelectric module
240, 360: Lower thermoelectric module
250, 350: Thermoelectric semiconductor element part
370: an upper thermoelectric module

Claims (20)

p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 하부 절연 기판의 상부에 수평 방향으로 배치된 하부 열전 모듈;
서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 상부 절연 기판의 하부에 수평 방향으로 배치된 상부 열전 모듈; 및
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자를 접합하고, 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 하부 열전 모듈의 n형 반도체 소자를 접합하기 위한 접합부를 포함하는 열전 모듈.a lower thermoelectric module in which a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element are horizontally arranged on an upper portion of a lower insulating substrate;
An upper thermoelectric module in which a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element electrically connected to each other are arranged horizontally below a top insulating substrate; And
And a junction for bonding the p-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the p-type semiconductor element of the lower thermoelectric module to the n-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the n-type semiconductor element of the lower thermoelectric module Thermoelectric module. 청구항 1에 있어서,
상기 상부 절연 기판과 상기 하부 절연 기판 사이에 형성된 열전 반도체 소자부의 두께는 상기 p형 반도체 소자 또는 상기 n형 반도체 소자의 두께의 실질적으로 2배인 열전 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the thermoelectric semiconductor element portion formed between the upper insulating substrate and the lower insulating substrate is substantially two times the thickness of the p-type semiconductor element or the n-type semiconductor element. 청구항 1에 있어서,
상기 하부 절연 기판의 상부에 형성되고, 상기 열전 모듈에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극; 및
상기 상부 절연 기판의 하부에 형성되고, 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자를 서로 전기적으로 연결하는 제2 전극을 더 포함하는 열전 모듈.The method according to claim 1,
A first electrode formed on the lower insulating substrate for applying an electric current to the thermoelectric module or drawing out electromotive force generated from the thermoelectric module; And
And a second electrode formed below the upper insulating substrate and electrically connecting the p-type semiconductor device and the n-type semiconductor device of the upper thermoelectric module to each other. 청구항 1에 있어서,
상기 접합부는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성되는 열전 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the bonding portion is formed of a solder bonding material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu, and Sn-Ag-Cu. 청구항 1에 있어서,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함하고,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함하는 열전 모듈.The method according to claim 1,
The p-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one p-type semiconductor element thin film layer,
Wherein the n-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one n-type semiconductor element thin film layer. 청구항 1에 있어서,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 벌크형 p형 반도체 소자를 포함하고,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 벌크형 n형 반도체 소자를 포함하는 열전 모듈.The method according to claim 1,
The p-type semiconductor elements of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one bulk p-type semiconductor element,
Wherein the n-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one bulk n-type semiconductor device. 청구항 1에 있어서,
상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 접합부 사이 및 상기 하부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 접합부 사이에 형성된 제1 확산 방지부; 및
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 접합부 사이 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 접합부 사이에 형성된 제2 확산 방지부를 더 포함하는 열전 모듈.The method according to claim 1,
A first diffusion prevention part formed between the p-type semiconductor element of the lower thermoelectric module and the junction and between the n-type semiconductor element of the lower thermoelectric module and the junction; And
And a second diffusion preventing portion formed between the p-type semiconductor element and the junction of the upper thermoelectric module and between the junction of the n-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the junction. p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍이 하부 절연 기판의 상부에 수평 방향으로 반복 배치되고, 상기 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 n형 반도체 소자가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 p형 반도체 소자와 전기적으로 연결된 하부 열전 모듈;
서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍이 상부 절연 기판의 하부에 수평 방향으로 반복 배치된 상부 열전 모듈; 및
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들과 상기 하부 열전 모듈의 대응하는 p형 반도체 소자들을 각각 접합하고, 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들과 상기 하부 열전 모듈의 대응하는 n형 반도체 소자들을 각각 접합하기 위한 접합부를 포함하는 열전 모듈.The p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element pair are repeatedly arranged in the horizontal direction on the upper portion of the lower insulating substrate, and the p-type semiconductor element and the n- A lower thermoelectric module electrically connected to the pair of p-type semiconductor elements;
An upper thermoelectric module in which a pair of p-type semiconductor elements and an n-type semiconductor element electrically connected to each other are repeatedly arranged in a horizontal direction below a top insulating substrate; And
The p-type semiconductor elements of the upper thermoelectric module and the corresponding p-type semiconductor elements of the lower thermoelectric module are bonded to each other, and the n-type semiconductor elements of the upper thermoelectric module and the corresponding n-type semiconductor elements of the lower thermo- A thermoelectric module including a junction for bonding. 청구항 8에 있어서,
상기 상부 절연 기판과 상기 하부 절연 기판 사이에 형성된 열전 반도체 소자부의 두께는 상기 p형 반도체 소자 또는 상기 n형 반도체 소자의 두께의 실질적으로 2배인 열전 모듈.The method of claim 8,
Wherein the thickness of the thermoelectric semiconductor element portion formed between the upper insulating substrate and the lower insulating substrate is substantially two times the thickness of the p-type semiconductor element or the n-type semiconductor element. 청구항 8에 있어서,
상기 하부 절연 기판의 상부에 형성되고, 상기 열전 모듈에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극부;
상기 하부 절연 기판의 상부에 형성되고, 상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 n형 반도체 소자가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 p형 반도체 소자와 전기적으로 연결되도록 하는 제2 전극부; 및
상기 상부 절연 기판의 하부에 형성되고, 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍들의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 서로 전기적으로 연결되도록 하는 제3 전극부를 더 포함하는 열전 모듈.The method of claim 8,
A first electrode unit formed on the lower insulating substrate for applying a current to the thermoelectric module or drawing out an electromotive force generated from the thermoelectric module;
The p-type semiconductor element of the lower thermoelectric module and the n-type semiconductor element of the pair of n-type semiconductor elements are electrically connected to the adjacent p-type semiconductor element and the p-type semiconductor element of the n- A second electrode part connected to the first electrode part; And
Type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the third electrode portion formed in the lower portion of the upper insulating substrate so that the p-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the p-type semiconductor element of the n-type semiconductor element pairs and the n-type semiconductor element are electrically connected to each other, module. 청구항 8에 있어서,
상기 접합부는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성되는 열전 모듈.The method of claim 8,
Wherein the bonding portion is formed of a solder bonding material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu, and Sn-Ag-Cu. 청구항 8에 있어서,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함하고,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함하는 열전 모듈.The method of claim 8,
The p-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one p-type semiconductor element thin film layer,
Wherein the n-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one n-type semiconductor element thin film layer. 청구항 8에 있어서,
상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 접합부 사이 및 상기 하부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 접합부 사이에 형성된 제1 확산 방지부; 및
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 상기 접합부 사이 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자와 상기 접합부 사이에 형성된 제2 확산 방지부를 더 포함하는 열전 모듈.The method of claim 8,
A first diffusion prevention part formed between the p-type semiconductor element of the lower thermoelectric module and the junction and between the n-type semiconductor element of the lower thermoelectric module and the junction; And
And a second diffusion preventing portion formed between the p-type semiconductor element and the junction of the upper thermoelectric module and between the junction of the n-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the junction. 하부 절연 기판의 상부에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍을 수평 방향으로 반복 배치하여 하부 열전 모듈을 형성하는 단계로서, 상기 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 n형 반도체 소자가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 p형 반도체 소자와 전기적으로 연결되는 단계;
상부 절연 기판의 상부에 서로 전기적으로 연결된 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자를 포함하는 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍을 수평 방향으로 반복 배치하여 상부 열전 모듈을 형성하는 단계;
상기 상부 열전 모듈 또는 상기 하부 열전 모듈에 배치된 p형 반도체 소자들과 n형 반도체 소자들 상에 접합부를 형성하는 단계; 및
상기 접합부에 의해, 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들과 상기 하부 열전 모듈의 대응하는 p형 반도체 소자들을 각각 접합하고, 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들과 상기 하부 열전 모듈의 대응하는 n형 반도체 소자들을 각각 접합하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법.And forming a lower thermoelectric module by repeatedly arranging a pair of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element in the horizontal direction on the lower insulating substrate, wherein the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element of the n- electrically connecting the p-type semiconductor element and the p-type semiconductor element of the pair of n-type semiconductor elements;
Forming an upper thermoelectric module by repeatedly arranging a pair of a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element including a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element electrically connected to each other on an upper portion of an upper insulating substrate in a horizontal direction;
Forming a junction on the p-type semiconductor elements and the n-type semiconductor elements disposed in the upper thermoelectric module or the lower thermoelectric module; And
The p-type semiconductor devices of the upper thermoelectric module and corresponding p-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module are bonded to each other by the junction, and the corresponding n-type semiconductor devices of the upper thermoelectric module and the corresponding lower thermo- and bonding the n-type semiconductor elements to each other. 청구항 14에 있어서,
상기 상부 절연 기판과 상기 하부 절연 기판 사이에 형성된 열전 반도체 소자부의 두께는 상기 p형 반도체 소자 또는 상기 n형 반도체 소자의 두께의 실질적으로 2배인 열전 모듈 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the thickness of the thermoelectric semiconductor element portion formed between the upper insulating substrate and the lower insulating substrate is substantially twice the thickness of the p-type semiconductor element or the n-type semiconductor element. 청구항 14에 있어서,
상기 하부 열전 모듈을 형성하는 단계는,
상기 열전 모듈에 전류를 인가하거나 상기 열전 모듈로부터 발생하는 기전력을 인출하기 위한 제1 전극부 및 상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 n형 반도체 소자가 인접한 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 p형 반도체 소자와 전기적으로 연결되도록 하는 제2 전극부를 상기 하부 절연 기판의 상부에 형성하는 단계; 및
상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 상에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍을 수평 방향으로 반복 배치하여 하부 열전 모듈을 형성하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein forming the lower thermoelectric module comprises:
A first electrode portion for applying a current to the thermoelectric module or drawing out an electromotive force generated from the thermoelectric module, and a second electrode portion for applying a current to the p-type semiconductor element Forming a second electrode portion on the lower insulating substrate so as to be electrically connected to the p-type semiconductor element of the pair of n-type semiconductor elements; And
And forming a lower thermoelectric module by repeatedly arranging a pair of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element in the horizontal direction on the first electrode portion and the second electrode portion. 청구항 16에 있어서,
상기 상부 열전 모듈을 형성하는 단계는,
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍의 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자가 서로 전기적으로 연결되도록 하는 제3 전극부를 상기 상부 절연 기판의 상부에 형성하는 단계; 및
상기 제3 전극부 상에 p형 반도체 소자와 n형 반도체 소자 쌍을 수평 방향으로 반복 배치하여 상부 열전 모듈을 형성하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조 방법.18. The method of claim 16,
Wherein forming the upper thermoelectric module comprises:
Forming a third electrode portion on the upper insulating substrate such that the p-type semiconductor element of the upper thermoelectric module and the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element of the n-type semiconductor element pair are electrically connected to each other; And
And forming an upper thermoelectric module by repeatedly arranging a pair of the p-type semiconductor element and the n-type semiconductor element in the horizontal direction on the third electrode portion. 청구항 14에 있어서,
상기 접합부는 Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu 및 Sn-Ag-Cu로 이루어진 군 중에서 선택되는 솔더 접합 재료로 형성되는 열전 모듈 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the bonding portion is formed of a solder bonding material selected from the group consisting of Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Bi, Sn-Cu, and Sn-Ag-Cu. 청구항 14에 있어서,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 p형 반도체 소자 박막층을 포함하고,
상기 하부 열전 모듈 및 상기 상부 열전 모듈의 n형 반도체 소자들은 각각 하나 이상의 n형 반도체 소자 박막층을 포함하는 열전 모듈 제조 방법.15. The method of claim 14,
The p-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one p-type semiconductor element thin film layer,
Wherein the n-type semiconductor devices of the lower thermoelectric module and the upper thermoelectric module each include at least one n-type semiconductor element thin film layer. 청구항 14에 있어서,
상기 하부 열전 모듈을 형성하는 단계 이후에,
상기 하부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들과 n형 반도체 소자들 상에 제1 확산 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 상부 열전 모듈을 형성하는 단계 이후에,
상기 상부 열전 모듈의 p형 반도체 소자들과 n형 반도체 소자들 상에 제2 확산 방지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 열전 모듈 제조 방법.15. The method of claim 14,
After forming the lower thermoelectric module,
Further comprising forming a first diffusion barrier on the p-type semiconductor elements and the n-type semiconductor elements of the lower thermoelectric module,
After forming the upper thermoelectric module,
And forming a second diffusion barrier on the p-type semiconductor devices and the n-type semiconductor devices of the upper thermoelectric module.
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