(57)【要約】  本発明の一実施例に係る熱電モジュールは、第１金属支持体、前記第１金属支持体上に配置され、エポキシ樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第１熱伝導層、前記第１熱伝導層の上に配置され、シリコン樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第２熱伝導層、前記第２熱伝導層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に交互に配置される複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置され、前記第１熱伝導層をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなる第３熱伝導層、そして前記第３熱伝導層上に配置された第２金属支持体を含み、前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層の上面および前記第１熱伝導層の側面を囲むように配置される。【選択図】図５
2021512488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属支持体、
前記第１金属支持体上に配置され、エポキシ樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第１熱伝導層、
前記第１熱伝導層の上に配置され、シリコン樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第２熱伝導層、
前記第２熱伝導層上に配置された複数の第１電極、
前記複数の第１電極上に交互に配置される複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、
前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、
前記複数の第２電極上に配置され、前記第１熱伝導層をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなる第３熱伝導層、そして
前記第３熱伝導層上に配置された第２金属支持体を含み、
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層の上面および前記第１熱伝導層の側面を囲むように配置された、熱電モジュール。
【請求項２】
前記第１金属支持体の幅は前記第１熱伝導層の幅より大きく、
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層の側面と前記第１金属支持体の上面の少なくとも一部上にさらに配置される、請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記第２熱伝導層の幅は前記第１熱伝導層の幅の１．０１〜１．２倍である、請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層と前記複数の第１電極を接着させる、請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層と前記第１金属支持体をさらに接着させる、請求項４に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記複数の第１電極の側面の少なくとも一部は前記第２熱伝導層に埋め立てられる、請求項４に記載の熱電モジュール。
【請求項７】
前記複数の第１電極の側面の厚さの０．１〜０．９倍が前記第２熱伝導層に埋め立てられる、請求項６に記載の熱電モジュール。
【請求項８】
前記複数の第２電極と前記第３熱伝導層間に配置され、前記第２熱伝導層をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなる第４熱伝導層をさらに含み、
前記第４熱伝導層は前記第３熱伝導層の上面および前記第３熱伝導層の側面を囲むように配置された、請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項９】
前記熱電素子を囲み、前記第１金属支持体と前記第２金属支持体間に配置された密封部をさらに含み、
前記密封部は
前記熱電素子が収容されるように中心部にホールが形成された胴体、そして
前記胴体の下面と前記第１金属支持体間および前記胴体の上面と前記第２金属支持体間にそれぞれ配置された密封部材を含む、請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項１０】
前記胴体は
下面で所定の深さで形成され、前記ホールの周りに沿って形成された第１溝；および
上面で所定の深さで形成され、前記ホールの周りに沿って形成された第２溝；を含む、請求項９に記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
前記密封部材は
前記胴体の第１溝に挿入される第１密封部材；および
前記胴体の第２溝に挿入される第２密封部材；を含む、請求項１０に記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電モジュールに関し、より詳細には熱電素子の基板および電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電現象は材料内部の電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と正孔（ｈｏｌｅ）の移動によって発生する現象であって、熱と電気間の直接的なエネルギー変換を意味する。
【０００３】
熱電素子は熱電現象を利用する素子を総称し、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料を金属電極間に接合させてＰＮ接合対を形成する構造を有する。
【０００４】
熱電素子は電気抵抗の温度変化を利用する素子、温度差によって起電力が発生する現象であるゼーベック効果を利用する素子、電流による吸熱または発熱が発生する現象であるペルティエ効果を利用する素子などに区分され得る。
【０００５】
熱電素子は家電製品、電子部品、通信用部品などに多様に適用されている。例えば、熱電素子は冷却用装置、温熱用装置、発電用装置などに適用され得る。これにより、熱電素子の熱電性能に対する要求がますます高まっている。
【０００６】
熱電素子は基板、電極および熱電レッグを含み、上部基板と下部基板間に複数の熱電レッグがアレイの形態で配置され、複数の熱電レッグと上部基板間に複数の上部電極が配置され、複数の熱電レッグとおよび下部基板間に複数の下部電極が配置される。ここで、複数の上部電極および複数の下部電極は熱電レッグを直列または並列連結する。
【０００７】
一般的に、上部基板と下部基板は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板であり得る。平坦度の問題のため、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板は一定水準以上の厚さを維持しなければならず、これにより、熱電素子の全体の厚さが厚くなる問題がある。
【０００８】
一方、熱電モジュールが冷却用として使用される時に冷蔵庫または浄水器に適用可能であるが、低温の具現による結露と湿気によって熱電素子が腐食する問題がある。このような問題を解決するために従来の場合、熱電素子の側面に直接シーリング材を配置して水分の浸透を防止していたが、熱電素子にシーリング材が直接付着するため熱電モジュール内で熱流動性能が低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が達成しようとする技術的課題は熱電素子の基板および電極構造を提供することである。
【００１０】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は熱電モジュールの密封構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例に係る熱電モジュールは第１金属支持体、前記第１金属支持体上に配置され、エポキシ樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第１熱伝導層、前記第１熱伝導層の上に配置され、シリコン樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第２熱伝導層、前記第２熱伝導層上に配置された複数の第１電極、前記複数の第１電極上に交互に配置される複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、前記複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に配置された複数の第２電極、前記複数の第２電極上に配置され、前記第１熱伝導層をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなる第３熱伝導層、そして前記第３熱伝導層上に配置された第２金属支持体を含み、前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層の上面および前記第１熱伝導層の側面を囲むように配置される。
【００１２】
前記第１金属支持体の幅は前記第１熱伝導層の幅より大きく、前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層の側面と前記第１金属支持体の上面の少なくとも一部上にさらに配置され得る。
【００１３】
前記複数の第２電極と前記第３熱伝導層間に配置され、前記第２熱伝導層をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなる第４熱伝導層をさらに含み、前記第４熱伝導層は前記第３熱伝導層の上面および前記第３熱伝導層の側面を囲むように配置され得る。
【００１４】
前記第２熱伝導層の幅は前記第１熱伝導層の幅の１．０１〜１．２倍であり得る。
【００１５】
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層と前記複数の第１電極を接着させることができる。
【００１６】
前記第２熱伝導層は前記第１熱伝導層と前記第１金属支持体をさらに接着させることができる。
【００１７】
前記複数の第１電極の側面の少なくとも一部は前記第２熱伝導層に埋め立てられ得る。
【００１８】
前記複数の第１電極の側面の厚さの０．１〜０．９倍が前記第２熱伝導層に埋め立てられ得る。
【００１９】
前記第１熱伝導層をなす樹脂組成物に含まれる無機充填材は酸化アルミニウム、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素のうち少なくとも一つを含むことができる。
【００２０】
前記窒化ホウ素は板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体であり得る。
【００２１】
前記第２熱伝導層をなす樹脂組成物に含まれるシリコン樹脂はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）であり、前記第２熱伝導層をなす樹脂組成物に含まれる無機充填材は酸化アルミニウムであり得る。
【００２２】
本発明の他の実施例に係る熱電モジュールは第１熱伝導プレート；前記第１熱伝導プレート上に配置された熱電素子；前記熱電素子上に配置される第２熱伝導プレート；および前記熱電素子を囲み、前記第１熱伝導プレートと前記第２熱伝導プレート間に配置された密封部；を含み、前記熱電素子は第１基板；前記第１基板上に配置された複数の熱電レッグ；前記複数の熱電レッグ上に配置された第２基板；前記第１基板と前記複数の熱電レッグ間に配置された複数の第１電極と前記第２基板と前記複数の熱電レッグ間に配置された複数の第２電極を含む電極；および前記電極に電気的に連結された口出し線；を含み、前記密封部は前記熱電素子が収容されるように中心部にホールが形成された胴体；および前記胴体の下面と前記第１熱伝導プレート間および前記胴体の上面と前記第２熱伝導プレート間にそれぞれ配置された密封部材；を含む。
【００２３】
前記胴体は下面で所定の深さで形成され、前記ホールの周りに沿って形成された第１溝；および上面で所定の深さで形成され、前記ホールの周りに沿って形成された第２溝；を含むことができる。
【００２４】
前記密封部材は前記胴体の第１溝に挿入される第１密封部材；および前記胴体の第２溝に挿入される第２密封部材；を含むことができる。
【００２５】
前記胴体の下面上で前記第１溝と前記ホール間に配置される第３密封部材；および前記胴体の下面上で前記第１溝と前記胴体の外側の角間に配置される第４密封部材；を含むことができる。
【００２６】
前記第３密封部材および前記第４密封部材は周りが閉じられた形状であり得る。
【００２７】
前記胴体の上面上で前記第２溝と前記ホール間に配置される第５密封部材；および前記胴体の上面上で前記第２溝と前記胴体の外側の角間に配置される第６密封部材；を含むことができる。
【００２８】
前記第５密封部材および前記第６密封部材は周りが閉じられた形状であり得る。
【００２９】
前記第１基板は前記第１熱伝導プレート上に配置され、エポキシ樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第１熱伝導層および前記第１熱伝導層の上に配置され、シリコン樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物からなる第２熱伝導層を含むことができる。
【００３０】
前記胴体は前記第１口出し線および第２口出し線が貫通する貫通ホールを含むことができる。
【００３１】
前記胴体の高さは前記第１溝の深さ対比３倍〜５倍であり得る。
【００３２】
前記第１溝と前記第２溝の最短距離は前記第１溝の深さ対比１倍〜３倍であり得る。
【００３３】
前記第１溝の深さは前記胴体の下面から前記貫通ホールまでの最短距離に比べて小さくてもよい。
【００３４】
前記胴体は発泡ポリスチレン（ＥＰＳ、ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）であり得る。
【００３５】
前記第１熱伝導プレート、前記胴体および前記第２熱伝導プレートのそれぞれは上部から下部に貫通する締結ホールをそれぞれ含み、前記締結ホールに挿入されて前記第１熱伝導プレート、前記胴体および前記第２熱伝導プレートを締結する締結部材をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の実施例によると、熱伝導度が優秀であり、信頼性が高い熱電素子を得ることができる。特に、本発明の実施例に係る熱電素子は薄い厚さで具現可能であるだけでなく温度の変化に対する抵抗性が高いため、温度の変化による破損または剥離現象を最小化することができる。
【００３７】
本発明の他の実施例によると、防水および防塵性能が優秀な熱電モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】熱電素子の断面図。
【図２】熱電素子の斜視図。
【図３】熱電モジュールの下部基板側の断面図の一例。
【図４】熱電モジュールの下部基板側の断面図の他の例。
【図５】本発明の一実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図。
【図６】本発明の他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図。
【図７】本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図。
【図８】本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図。
【図９】本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図。
【図１０】本発明の他の実施例に係る熱電モジュールの断面図。
【図１１】図１０の密封部の上面図。
【図１２】図１０の胴体の斜視図。
【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの断面図。
【図１４】本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの密封部の上面図。
【図１５】本発明の実施例に係る熱電素子が浄水器に適用された例示図。
【図１６】本発明の実施例に係る熱電素子が冷蔵庫に適用された例示図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
【００４０】
第２、第１等のように序数を含む用語は多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく第２構成要素は第１構成要素と命名され得、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名され得る。および／またはという用語は複数の関連した記載された項目の組み合わせまたは複数の関連した記載された項目のいずれかの項目を含む。
【００４１】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたりまたは接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。
【００４２】
本出願で使った用語は単に特定の実施例を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。
【００４３】
異なって定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使われるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。
【００４４】
以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず同一または対応する構成要素は同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は省略する。
【００４５】
図１は熱電素子の断面図であり、図２は熱電素子の斜視図である。
【００４６】
図１〜図２を参照すると、熱電素子１００は下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、上部電極１５０および上部基板１６０を含む。
【００４７】
下部電極１２０は下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の下面間に配置され、上部電極１５０は上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の上面間に配置される。これにより、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０は下部電極１２０および上部電極１５０によって電気的に連結される。下部電極１２０と上部電極１５０間に配置され、電気的に連結される一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は単位セルを形成することができる。
【００４８】
例えば、口出し線１８１、１８２を通じて下部電極１２０および上部電極１５０に電圧を印加すると、ペルティエ効果によってＰ型熱電レッグ１３０からＮ型熱電レッグ１４０に電流が流れる基板は熱を吸収して冷却部として作用し、Ｎ型熱電レッグ１４０からＰ型熱電レッグ１３０に電流が流れる基板は加熱して発熱部として作用することができる。
【００４９】
ここで、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は、ビズマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）を主原料で含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。Ｐ型熱電レッグ１３０は全体重量１００ｗｔ％に対してアンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９〜９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１〜１ｗｔ％を含む熱電レッグであり得る。例えば、主原料物質がＢｉ−Ｓｅ−Ｔｅであり、ＢｉまたはＴｅを全体重量の０．００１〜１ｗｔ％でさらに含むことができる。Ｎ型熱電レッグ１４０は全体重量１００ｗｔ％に対してセレン（Ｓｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９〜９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１〜１ｗｔ％を含む熱電レッグであり得る。例えば、主原料物質がＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅであり、ＢｉまたはＴｅを全体重量の０．００１〜１ｗｔ％でさらに含むことができる。
【００５０】
Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はバルク型または積層型で形成され得る。一般的にバルク型Ｐ型熱電レッグ１３０またはバルク型Ｎ型熱電レッグ１４０は熱電素材を熱処理してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造し、インゴットを粉砕して篩い分けして熱電レッグ用粉末を獲得した後、これを焼結し、焼結体をカッティングする過程を通じて得ることができる。積層型Ｐ型熱電レッグ１３０または積層型Ｎ型熱電レッグ１４０はシート状の基材上に熱電素材を含むペーストを塗布して単位部材を形成した後、単位部材を積層しカッティングする過程を通じて得ることができる。
【００５１】
この時、一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は同じ形状および体積を有してもよく、互いに異なる形状および体積を有してもよい。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０とＮ型熱電レッグ１４０の電気伝導特性が互いに異なるため、Ｎ型熱電レッグ１４０の高さまたは断面積をＰ型熱電レッグ１３０の高さまたは断面積と異なるように形成してもよい。
【００５２】
本発明の一実施例に係る熱電素子の性能は熱電性能指数で示すことができる。熱電性能指数（ＺＴ）は数学式１のように示すことができる。
【００５３】
【数１】
2021512488.tif 000003
【００５４】
ここで、αはゼーベック係数［Ｖ／Ｋ］であり、σは電気伝導度［Ｓ／ｍ］であり、α２σはパワー因子（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ、［Ｗ／ｍＫ２］）である。そして、Ｔは温度であり、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで表すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ２／Ｓ］であり、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ３］である。
【００５５】
熱電素子の熱電性能指数を得るために、Ｚメーターを利用してＺ値（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を利用して熱電性能指数（ＺＴ）を計算することができる。
【００５６】
ここで、下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０間に配置される下部電極１２０、そして上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０間に配置される上部電極１５０は銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）およびニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
【００５７】
そして、下部基板１１０と上部基板１６０の大きさは異なるように形成されてもよい。例えば、下部基板１１０と上部基板１６０のうち一つの体積、厚さまたは面積は、他の一つの体積、厚さまたは面積より大きく形成され得る。これにより、熱電素子の吸熱性能または放熱性能を高めることができる。例えば、下部基板１１０の幅は上部基板１６０の幅より大きく形成され得る。これによると、下部基板１１０の終端に配置された下部電極に口出し線１８１、１８２を連結することが容易となり得る。
【００５８】
また、下部基板１１０と上部基板１６０のうち少なくとも一つの表面には放熱パターン、例えば凹凸パターンが形成されてもよい。これにより、熱電素子の放熱性能を高めることができる。凹凸パターンがＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０と接触する面に形成される場合、熱電レッグと基板間の接合特性も向上し得る。
【００５９】
この時、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は円筒状、多角柱状、楕円柱状などを有することができる。
【００６０】
またはＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は積層型構造を有してもよい。例えば、Ｐ型熱電レッグまたはＮ型熱電レッグは、シート状の基材に半導体物質が塗布された複数の構造物を積層した後、これを切断する方法で形成され得る。これにより、材料の損失を防止し、電気伝導特性を向上させることができる。
【００６１】
またはＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０はゾーンメルティング（ｚｏｎｅ  ｍｅｌｔｉｎｇ）方式または粉末焼結方式により製作され得る。ゾーンメルティング方式によると、熱電素材を利用してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造した後、インゴットに徐々に熱を加えて単一の方向に粒子が再配列されるようにリファイニングし、徐々に冷却させる方法で熱電レッグを得る。粉末焼結方式によると、熱電素材を利用してインゴットを製造した後、インゴットを粉砕して篩い分けして熱電レッグ用粉末を獲得し、これを焼結する過程を通じて熱電レッグを得る。
【００６２】
図３は熱電モジュールの下部基板側の断面図の一例であり、図４は熱電モジュールの下部基板側の断面図の他の例である。
【００６３】
図３〜図４を参照すると、熱電素子１００は金属支持体２００上に配置され得る。熱電素子１００の下部基板１１０は金属支持体２００上に配置され、下部基板１１０上に複数の下部電極１２０が配置され得る。
【００６４】
Ｐ型熱電レッグ、Ｎ型熱電レッグ、上部電極および上部基板に関する構造は図１〜図２で説明したものと同じであるため、重複する内容については説明を省略する。
【００６５】
図３を参照すると、下部基板１１０は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板であり得る。この時、酸化アルミニウム基板の平坦度の問題のため、下部基板１１０の厚さＴ１は０．６５ｍｍ以下には製作することができない。下部基板１１０の厚さが厚くなると下部電極１２０の厚さも共に厚くならなければならないため、熱電素子１００の全体の厚さが厚くならざるを得ない問題がある。
【００６６】
図４を参照すると、下部基板１１０はエポキシ樹脂と無機充填材を含む樹脂組成物からなる熱伝導層でもよい。この時、熱伝導層は平坦度の問題を有さないので、酸化アルミニウム基板に比べて薄い厚さＴ２、例えば０．６５ｍｍ以下に製作することが可能である。図４に図示された構造で下部電極１２０は、エポキシ樹脂と無機充填材を含む樹脂組成物からなる熱伝導層上にＣｕ基板を配置して圧着した後、Ｃｕ基板を電極の形状にエッチングする方法で製作され得る。ただし、下部基板１１０の厚さが０．６５ｍｍ以下に薄くなると温度の変化に脆弱となり、これにより、下部基板１１０と金属支持体２００間が剥離されて熱電素子１００の信頼性が低くなる問題がある。本明細書で、金属支持体２００は熱伝導プレートと混用され得る。
【００６７】
図５は本発明の一実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図であり、図６は本発明の他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図であり、図７は本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図であり、図８は本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図であり、図９は本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの下部基板側の断面図である。
【００６８】
図５を参照すると、本発明の一実施例に係る熱電モジュール５００の下部基板側は金属支持体５１０、金属支持体５１０上に配置された第１熱伝導層５２０、第１熱伝導層５２０上に配置された第２熱伝導層５３０および第２熱伝導層５３０上に配置された複数の第１電極５４０を含む。図１〜２に図示した通り、各電極５４０上に一対のＰ型熱電レッグおよびＮ型熱電レッグが配置され、複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグを挟んで上部電極および上部基板が下部電極および下部基板と対称となる構造が形成され得る。例えば、複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上には、複数の第１電極５４０と対称となる複数の第２電極（図示されず）、第２熱伝導層５３０と対称となる第４熱伝導層（図示されず）、そして第１熱伝導層５２０と対称となる第３熱伝導層（図示されず）がさらに配置され得る。第１熱伝導層５２０、第２熱伝導層５３０、複数の第１電極５４０、複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ、複数の第２電極（図示されず）、第２熱伝導層５３０と対称となる第４熱伝導層（図示されず）、そして第１熱伝導層５２０と対称となる第３熱伝導層（図示されず）は熱電素子１００に含まれ得る。
【００６９】
以下、説明の便宜のために、複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグの下に配置される金属支持体５１０、第１熱伝導層５２０、第２熱伝導層５３０および複数の第１電極５４０を中心に説明するが、これと同じ構造が複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグ上に対称に配置され得る。すなわち、上部基板側もこれと同じ構造で形成され得る。
【００７０】
金属支持体５１０はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで形成され得る。金属支持体５１０は第１熱伝導層５２０、第２熱伝導層５３０、複数の第１電極５４０、複数のＰ型熱電レッグおよび複数のＮ型熱電レッグなどを支持することができ、本発明の実施例に係る熱電素子５００が適用されるアプリケーションに直接付着する領域であり得る。このために、金属支持体５１０の幅は第１熱伝導層５２０の幅より大きくてもよく、金属支持体５１０の厚さは第１熱伝導層５２０の厚さより大きくてもよい。
【００７１】
第１熱伝導層５２０は金属支持体５１０上に配置され、エポキシ樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物で形成される。第１熱伝導層５２０の厚さＴ３は０．０１〜０．６５ｍｍ、好ましくは０．０１〜０．６ｍｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．５５ｍｍであり得、熱伝導度は１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは３０Ｗ／ｍＫ以上であり得る。
【００７２】
このために、エポキシ樹脂はエポキシ化合物および硬化剤を含むことができる。この時、エポキシ化合物１０体積比に対して硬化剤１〜１０体積比で含まれ得る。ここで、エポキシ化合物は結晶性エポキシ化合物、非結晶性エポキシ化合物およびシリコンエポキシ化合物のうち少なくとも一つを含むことができる。結晶性エポキシ化合物はメソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）構造を含むことができる。メソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）は液晶（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）の基本単位であり、剛性（ｒｉｇｉｄ）構造を含む。そして、非結晶性エポキシ化合物は分子の中にエポキシ基を２つ以上有する通常の非結晶性エポキシ化合物であり得、例えばビスフェノールＡまたはビスフェノールＦから誘導されるグリシジルエーテル化物であり得る。ここで、硬化剤はアミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、イソシアネート系硬化剤およびブロックイソシアネート系硬化剤のうち少なくとも一つを含むことができ、２種以上の硬化剤を混合して使ってもよい。
【００７３】
無機充填材は酸化アルミニウムおよび複数の板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体を含んでもよい。無機充填材は窒化アルミニウムをさらに含んでもよい。ここで、窒化ホウ素凝集体の表面は下記の単位体１を有する高分子でコーティングされるか、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部は下記の単位体１を有する高分子によって充填され得る。
【００７４】
単位体１は次の通りである。
【００７５】
［単位体１］
【００７６】
【化１】
2021512488.tif 000004
【００７７】
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうち一つはＨであり、残りはＣ１〜Ｃ３アルキル、Ｃ２〜Ｃ３アルケンおよびＣ２〜Ｃ３アルキンで構成されたグループから選択され、Ｒ５は線形、分枝状または環状の炭素数１〜１２である２価の有機リンカーであり得る。
【００７８】
一実施例で、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうちＨを除いた残りのうち一つはＣ２〜Ｃ３アルケンから選択され、残りのうち他の一つおよびさらに他の一つはＣ１〜Ｃ３アルキルから選択され得る。例えば、本発明の実施例に係る高分子は下記の単位体２を含むことができる。
【００７９】
［単位体２］
【００８０】
【化２】
2021512488.tif 000005
【００８１】
または前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４のうちＨを除いた残りはＣ１〜Ｃ３アルキル、Ｃ２〜Ｃ３アルケンおよびＣ２〜Ｃ３アルキンで構成されたグループから互いに異なるように選択されてもよい。
【００８２】
このように、単位体１または単位体２による高分子が板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体上にコーティングされ、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部を充填すると、窒化ホウ素凝集体内の空気層が最小化されて窒化ホウ素凝集体の熱伝導性能を高めることができ、板状の窒化ホウ素間の結合力を高めて窒化ホウ素凝集体が破れることを防止することができる。そして、板状の窒化ホウ素が固まった窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成すると作用基を形成しやすくなり、窒化ホウ素凝集体のコーティング層上に作用基が形成されると樹脂との親和度が高くなり得る。
【００８３】
この時、金属支持体５１０と第１熱伝導層５２０は別途の接着剤なしに直接接合され得る。このために、第１熱伝導層５２０をなす樹脂組成物と同一の樹脂組成物を非硬化状態で金属支持体５１０上に塗布し、塗布された樹脂組成物上に硬化した状態の第１熱伝導層５２０を積層した後に高温で加圧すると、金属支持体５１０と第１熱伝導層５２０が直接接着され得る。
【００８４】
一方、第２熱伝導層５３０はシリコン樹脂および無機充填材を含む樹脂組成物で形成され得る。第２熱伝導層５３０は第１熱伝導層５２０と複数の第１電極５４０間に配置され、第１熱伝導層５２０と複数の第１電極５４０を接着させる役割をすることができる。例えば、第２熱伝導層５３０をなす樹脂組成物に含まれるシリコン樹脂はＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）であって、第２熱伝導層５３０をなす樹脂組成物に含まれる無機充填材は酸化アルミニウムであり得る。このような樹脂組成物は熱伝導性能だけでなく、高い引張強度（ｔｅｎｓｉｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、高い熱膨張係数および接着性能を有し、硬化しても柔軟な特性を有することができる。例えば、このような樹脂組成物は１．８Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性能を有することができ、１２５ｐｐｍ／℃以上の線形熱膨張係数を有することができる。また、第２熱伝導層５３０の熱伝導度は第１熱伝導層５２０の熱伝導度より低い特性を有することができる。これにより、第１熱伝導層５２０と複数の電極５４０は熱伝導性能が低下しないつつも安定的に接着され得る。この時、第２熱伝導層５３０の厚さＴ４は第１熱伝導層５２０の厚さＴ３の０．００１〜１倍、好ましくは０．０１〜０．５倍、さらに好ましくは０．０５〜０．２倍であり得る。第２熱伝導層５３０の厚さがこのような数値範囲で形成されると、第１熱伝導層５２０の熱伝導性能を阻害しないながらも、第１熱伝導層５２０と複数の第１電極５４０間の接着力を維持することができる。
【００８５】
このために、第２熱伝導層５３０をなす樹脂組成物を非硬化状態で第１熱伝導層５２０上に塗布し、塗布された樹脂組成物上に複数の第１電極５４０を積層した後に高温で加圧すると、複数の第１電極５４０と第１熱伝導層５２０は第２熱伝導層５３０を通じて接着され得る。これにより、複数の電極５４０の側面５４２の少なくとも一部は第２熱伝導層５３０に埋め立てられ得る。例えば、複数の電極５４０の側面５４２の厚さＨの０．１〜０．９倍、好ましくは０．２〜０．８倍、さらに好ましくは０．３〜０．７倍が第２熱伝導層５３０に埋め立てられ得る。第２熱伝導層５３０に埋め立てられた複数の電極５４０の側面５４２の厚さＨ１が複数の第１電極５４０の側面の厚さＨの０．１倍未満であると、複数の第１電極５４０のうち少なくとも一部が第２熱伝導層５３０から離脱する可能性があり、第２熱伝導層５３０に埋め立てられた複数の第１電極５４０の側面５４２の厚さＨ１が複数の電極５４０の側面５４２の厚さＨの０．９倍を超過すると、複数の第１電極５４０の少なくとも一部上に第２熱伝導層５３０をなす樹脂組成物が流れ込んで電極とＰ型熱電レッグ間の接合力および電極とＮ型熱電レッグ間の接合力を弱化させ得る。
【００８６】
一方、第２熱伝導層５３０は第１熱伝導層５２０の上面５２４だけでなく、第１熱伝導層５２０の側面５２２も囲むように配置され得、第１熱伝導層５２０の側面５２２と接触する金属支持体５１０の上面５１２にも配置され得る。第２熱伝導層５３０が第１熱伝導層５２０の上面５２４、第１熱伝導層５２０の側面５２２、および第１熱伝導層５２０の側面５２２と接触する金属支持体５１０の上面５１２に配置されると、第１熱伝導層５２０の縁で金属支持体５１０および第１熱伝導層５２０間の接合力を高めることができ、温度の変化により第１熱伝導層５２０の縁が金属支持体５１０から剥離する問題を防止することができる。
【００８７】
また、第２熱伝導層５３０は熱膨張係数が高く、硬化しても柔軟な特性を有するので、温度の変化による熱衝撃から緩衝作用をして第１熱伝導層５１０と複数の第１電極５４０を保護することができる。
【００８８】
このように、第２熱伝導層５３０が第１熱伝導層５２０の上面５２４だけでなく第１熱伝導層５２０の側面５２２も囲むように配置されるために、第２熱伝導層５３０の幅Ｗ２は第１熱伝導層５２０の幅Ｗ１より大きくてもよい。例えば、第２熱伝導層５３０の幅Ｗ２は第１熱伝導層５２０の幅Ｗ１の１．０１〜１．２倍であり得る。第２熱伝導層５３０の幅Ｗ２が第１熱伝導層５２０の幅Ｗ１より大きい場合、第１熱伝導層５２０と金属支持体５１０間の接合力が向上し、第１熱伝導層５２０と複数の電極５４０間の熱衝撃が緩和され得る。
【００８９】
一方、図６に図示された通り、第２熱伝導層５３０は金属支持体５１０上で金属支持体５１０の上面５１２と平行な方向にさらに延びてもよい。延びた幅Ｗ３は図５に図示された構造を有する第２熱伝導層５３０の幅Ｗ２の０．００１〜０．２倍、好ましくは０．０１〜０．１倍であり得る。このように、第２熱伝導層５３０が金属支持体５１０上で金属支持体５１０の上面５１２と平行な方向にさらに延びると、第２熱伝導層５３０と金属支持体５１０間の接触面積が広くなるので、第１熱伝導層５２０の縁が金属支持体５１０から剥離する問題を防止することができる。
【００９０】
または図７のように、第２熱伝導層５３０は第１熱伝導層５２０の側面５２２から横に広がる形状に配置されてもよい。すなわち、第２熱伝導層５３０の厚さＴ４は第１熱伝導層５２０の側面５２２で最も厚く形成され、第１熱伝導層５２０の側面から遠くなるほど薄くなり得る。このように、第２熱伝導層５３０の幅Ｗ４が広く配置されると、第２熱伝導層５３０と金属支持体５１０間の接触面積が広くなるので、第１熱伝導層５２０と金属支持体５１０が剥離する問題を解決することができる。
【００９１】
または図８に図示された通り、金属支持体５１０には溝５１４が形成され、第２熱伝導層５３０は金属支持体５１０の溝５１４内にさらに配置されてもよい。溝５１４は第１熱伝導層５２０の縁に沿って形成され、第１熱伝導層５２０の厚さＴ３の０．００１〜２倍、好ましくは０．０１〜１倍、さらに好ましくは０．１〜１倍の深さＤで形成され得る。このように、金属支持体５１０に溝５１４が形成され、溝５１４内に第２熱伝導層５３０がさらに配置されると、第２熱伝導層５３０と金属支持体５１０間の接触面積が広くなるので、第１熱伝導層５２０の縁が金属支持体５１０から剥離する問題を防止することができる。この時、溝５１４は第１熱伝導層５２０の縁に沿って連続した形状で金属支持体５１０の上面に形成され得る。破線の形状で金属支持体５１０の上面に形成されてもよい。
【００９２】
または図９に図示された通り、第１熱伝導層５２０の側面５２２に配置された第２熱伝導層５３０の幅Ｗ５は金属支持体５１０の溝５１４の幅Ｗ６より広くてもよい。すなわち、溝５１４に配置された第２熱伝導層５３０の幅Ｗ６は第１熱伝導層５２０の側面５２２に配置された第２熱伝導層５３０の幅Ｗ５より狭くてもよい。このように第２熱伝導層５３０の幅Ｗ５が広く配置されると、第２熱伝導層５３０と金属支持体５１０間の接触面積が広くなるので、第１熱伝導層５２０の縁が金属支持体５１０から剥離する問題を解決することができる。また、図示されてはいないが、第１熱伝導層５２０の側面５２２に配置された第２熱伝導層５３０の幅Ｗ５は金属支持体５１０の溝５１４の幅Ｗ６より広く、金属支持体５１０の上面５１２に接触して配置されてもよい。
【００９３】
図１０は、本発明の他の実施例に係る熱電モジュールの断面図である。図１１は図１０の密封部の上面図であり、図１２は図１０の胴体の斜視図である。
【００９４】
以下では図１０〜図１２を参照して、本発明の実施例に係る熱電モジュール１０００を説明する。
【００９５】
図１０〜図１２を参照すると、熱電モジュール１０００は熱電素子１００、第１熱伝導プレート２００、第２熱伝導プレート３００および密封部４００を含むことができる。
【００９６】
ここで、熱電素子１００は図１〜図９で説明した熱電素子であり得、熱電素子１００の下部基板および下部電極と上部基板および上部電極のうち少なくとも一つは図５〜図９で説明した実施例の構造を有することができる。第１熱伝導プレート２００は図３〜図４で説明した金属支持体２００または図５〜図９で説明した金属支持体５１０であり得、第２熱伝導プレート３００には第１熱伝導プレート２００と同じ説明が適用され得る。
【００９７】
本発明の実施例によると、第１熱伝導プレート２００と第２熱伝導プレート３００は熱電素子１００を間に配置して互いに対向する。第１熱伝導プレート２００と第２熱伝導プレート３００は熱伝導性が優秀な金属材質で構成され得る。
【００９８】
ここで、第１熱伝導プレート２００は熱電素子１００の吸熱面と冷却側（図示されず）の表面間に設置されて、熱電素子１００の吸熱面を通じての吸熱時に熱伝達面積を向上させる。この時、第１熱伝導プレート２００はアルミニウムなどが使われているが、銅およびステンレス鋼、または黄銅などの使用も可能であることは言うまでもない。
【００９９】
第１熱伝導プレート２００は使用時に熱伝達面積を広げることができるように、複数の放熱フィン２０１を含んで温度勾配を減らすことができ、特に熱電素子１００の放熱面方向に付着した第２熱伝導プレート３００と冷却側（図示されず）との間隔を人為的に離隔させることによって、相対的に熱い第２熱伝導プレート３００から冷たい冷却側（図示されず）に熱が伝達されることを遮断することができる。
【０１００】
第２熱伝導プレート３００は熱電素子１００の発熱面に密着して熱電素子１００の熱を放熱させ、通常的に押出型放熱板が多く使われるが、場合によってスカイビング方式放熱板、ヒートパイプエンベデッドタイプ放熱板、フィンボンディングタイプ放熱板などの使用も可能である。
【０１０１】
第２熱伝導プレート３００は熱伝達面積を広げることができるように複数の放熱フィン３０１を含むことができ、角の領域に密封部４００が配置されるための段差３１０を含むことができる。
【０１０２】
ここで、第１熱伝導プレート２００は吸熱面、第２熱伝導プレート３００は放熱面として設定されるものと説明したが、これは熱電素子に印加される電流の方向により吸熱面と放熱面は互いに変わってもよい。
【０１０３】
密封部４００は胴体４１０および密封部材４２１、４２２、４３１、４３２、４３３、４３４を含むことができる。
【０１０４】
胴体４１０は第１高さＨ１を有し、下面４１１、上面４１２および側面で構成された略六面体状を有することができる。もちろん、下面４１１および上面４１２を含み、外周面で構成された円筒状を有してもよい。
【０１０５】
胴体４１０は発泡ポリスチレン（ＥＰＳ、ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）で構成され得る。
【０１０６】
ＥＰＳは軽量性で、成形性が優秀であり、熱抵抗性および熱絶縁性が優秀で、密度の調節が可能であり、防水および防塵性能が優秀であるため、経済的な側面と製品の信頼性の側面で優秀な効果を引き起こし得る。
【０１０７】
胴体４１０の下面４１１には、下面４１１から第２深さＨ２で凹むように形成された第１溝４１３を含むことができる。
【０１０８】
また、胴体４１０の上面４１３には、上面４１３から第２深さＨ２で凹むように形成された第２溝４１４を含むことができる。
【０１０９】
第１溝４１３の底面と第２溝４１４の底面は第３高さＨ３で離隔し得る。
【０１１０】
ここで、第１高さＨ１は第２高さＨ２対比３倍〜５倍で設定され得る。すなわち、第３高さＨ３は第２高さＨ２対比１倍〜３倍で設定され得る。
【０１１１】
胴体４１０の第１高さＨ１が第１溝４１３および第２溝４１４の第２高さＨ２に比べて３倍未満の場合、第１溝４１３と第２溝４１４間の距離である第３高さＨ３が相対的に小さくなるので胴体４１０の構造的剛性を確保することが難しく、胴体４１０の第１高さＨ１が第１溝４１３および第２溝４１４の第２高さＨ２に比べて５倍超過である場合、第１溝４１３および第２溝４１４の内側面に沿って浸透する可能性がある水分の経路が短くなるため、防塵および防水性能に対する信頼性を確保することが難しいか熱電モジュール１０００の体積を増大させる問題がある。
【０１１２】
第１溝４１３および第２溝４１４は角形または円形で周りが閉じられた形状を有する。
【０１１３】
胴体４１０の略中心には、下面４１１と上面４１２を貫通するように形成されたホール４１５を含むことができる。
【０１１４】
ホール４１５は熱電素子１００が収容されるための収容空間を形成し、ホール４１５の収容空間に熱電素子１００が収容され得る。
【０１１５】
一方、収容空間は熱電素子１００の体積対比１．１倍〜５倍の範囲で形成され得る。さらに好ましくは２倍〜３倍の範囲で具現することができる。
【０１１６】
収容空間が熱電素子１００の体積対比１．１倍以下である場合、熱電素子１００の側面に熱流動空間を確保することができないため熱流動性能の改善を期待することができず、収容空間が熱電素子１００の体積対比５倍以上である場合、収容空間の拡張による熱流動性能の改善を期待することができず、熱電モジュール１０００の体積を増大させる問題がある。
【０１１７】
すなわち、本発明の一実施例に係る熱電モジュール１０００は、熱電素子１００の下部基板と上部基板間で温度差によって発生する熱流動を熱電素子１００の側部に拡張することができるため、熱流動による信頼性を確保することができる。
【０１１８】
ここで、胴体４１０のホール４１５がなす内側面４１６には熱電素子１００の側面が当接しているため、熱電素子１００の流動を防止することができる。
【０１１９】
すなわち、胴体４１０のホール４１５の形状および直径は熱電素子１００の形状に応じて容易に設計変更され得る。
【０１２０】
また、胴体４１０の一つの側面には、熱電素子１００の口出し線１８１、１８２が外部に排出されるための貫通ホール４１７を含むことができる。
【０１２１】
一方、貫通ホール４１７は胴体４１０の下面４１１から第４高さＨ４を有することができ、第４高さＨ４は第１溝４１３の第２高さＨ２に比べて大きくてもよい。
【０１２２】
密封部材４２１、４２２、４３１、４３２、４３３、４３４は第１密封部材４２１、第２密封部材４２２、第３密封部材４３１、第４密封部材４３２、第５密封部材４３３および第６密封部材４３４を含むことができる。
【０１２３】
第１密封部材４２１は胴体４１０の下面４１１から第１溝４１３に挿入されるように配置され、胴体４１０の内側に水分が浸透しないように密封する。
【０１２４】
ここで、第１密封部材４２１は硬化前の第１溝４１３に流入した後、第１溝４１３と第１熱伝導プレート２００を付着できる防水シリコン等で具現されることが好ましい。
【０１２５】
第２密封部材４２２は胴体４１０の上面４１２から第２溝４１４に挿入されるように配置され、胴体４１０の内側に水分が浸透しないように密封する。
【０１２６】
ここで、第２密封部材４２２は硬化前の第２溝４１４に流入した後、第２溝４１４と第２熱伝導プレート３００を付着できる防水シリコン等で具現されることが好ましい。
【０１２７】
第３密封部材４３１、第４密封部材４３２、第５密封部材４３３および第６密封部材４３４のそれぞれは、防水テープ、防水シリコン、ゴムや樹脂素材などの接着剤などで構成されて、第１熱伝導プレート２００および第２熱伝導プレート３００と胴体４１０を接着することができる。
【０１２８】
すなわち、第３密封部材４３１、第４密封部材４３２、第５密封部材４３３および第６密封部材４３４を通じて、第１熱伝導プレート２００および第２熱伝導プレート３００と胴体４１０間の接着力および密封性を向上させることができる。
【０１２９】
一方、第３密封部材４３１および第４密封部材４３２は胴体４１０の下面４１１と第１熱伝導プレート２００間に配置され、第５密封部材４３３および第６密封部材４３４は胴体４１０の上面４１２と第２熱伝導プレート３００間に配置され得る。
【０１３０】
第３密封部材４３１は胴体４１０の下面４１１上で第１溝４１３とホール４１５間に配置され、角形または円形で周りが閉じられた形状を有することができる。
【０１３１】
第４密封部材４３２は胴体４１０の下面４１１上で第１溝４１３と外側面間に配置され、角形または円形で周りが閉じられた形状を有することができる。
【０１３２】
第５密封部材４３３は胴体４１０の上面４１２上で第２溝４１４とホール４１５間に配置され、角形または円形で周りが閉じられた形状を有することができる。
【０１３３】
第６密封部材４３４は胴体４１０の上面４１２上で第２溝４１４と外側面間に配置され、角形または円形で周りが閉じられた形状を有することができる。
【０１３４】
図１３は本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの断面図であり、図１４は本発明のさらに他の実施例に係る熱電モジュールの密封部の上面図である。
【０１３５】
図１３および図１４に図示された熱電モジュール２０００は、図１０に図示された本発明の一実施例に係る熱電モジュール１０００に比べて密封部６００の構成が互いに異なるので、以下では異なる密封部６００の構成についてのみ詳細に説明し、同じ構成に重複する図面番号については詳細な説明は省略する。
【０１３６】
密封部６００は胴体６１０および密封部材４２１、４２２、４３１、４３２、４３３、４３４を含むことができる。
【０１３７】
胴体６１０は第１溝４１３と外側面の間で下面４１１と上面４１２を貫通する締結ホール４１８を含むことができる。
【０１３８】
また、締結ホール４１８に対応する位置で、第１熱伝導プレート２００および第２熱伝導プレート３００を貫通する締結ホール２１０、３２０を含むことができる。
【０１３９】
胴体６１０の締結ホール４１８、第１熱伝導プレート２００の締結ホール２１０および第２熱伝導プレート３００の締結ホール３２０にはボルトのような第１締結部材７１０が挿入され、挿入反対側にはナットのような第２締結部材７２０が締結され得る。
【０１４０】
すなわち、第１締結部材７１０と第２締結部材７２０の締結を通じて、第１熱伝導プレート２００、胴体６１０および第２熱伝導プレート３００はより堅固に結合され得、熱に対する変形を防止することができる。
【０１４１】
以下では図１５を参照して、本発明の実施例に係る熱電素子が浄水器に適用された例を説明する。
【０１４２】
図１５は、本発明の実施例に係る熱電素子が浄水器に適用された例示図である。
【０１４３】
本発明の実施例に係る熱電素子が適用された浄水器１は、原水供給管１２ａ、浄水タンク流入管１２ｂ、浄水タンク１２、フィルターアセンブリー１３、冷却ファン１４、蓄熱槽１５、冷水供給管１５ａ、および熱電モジュール１０００を含む。
【０１４４】
原水供給管１２ａは水源から浄水の対象である水をフィルターアセンブリー１３に流入させる供給管であり、浄水タンク流入管１２ｂはフィルターアセンブリー１３で浄水された水を浄水タンク１２に流入させる流入管であり、冷水供給管１５ａは浄水タンク１２で熱電モジュール１０００により所定温度に冷却された冷水が最終的に使用者に供給される供給管である。
【０１４５】
浄水タンク１２はフィルターアセンブリー１３を経由しながら浄水され、浄水タンク流入管１２ｂを介して流入した水を貯蔵および外部に供給するように浄水された水をしばらくの間収容する。
【０１４６】
フィルターアセンブリー１３は沈殿フィルター１３ａと、プレカーボンフィルター１３ｂと、メンブレンフィルター１３ｃと、ポストカーボンフィルター１３ｄで構成される。
【０１４７】
すなわち、原水供給管１２ａに流入する水はフィルターアセンブリー１３を経由しながら浄水され得る。
【０１４８】
蓄熱槽１５が浄水タンク１２と熱電モジュール１０００間に配置されて、熱電モジュール１０００で形成された冷気が貯蔵される。蓄熱槽１５に貯蔵された冷気は浄水タンク１２に印加されて浄水タンク１２０に収容された水を冷却させる。
【０１４９】
冷気の伝達が円滑に行われるように、蓄熱槽１５は浄水タンク１２と面接触され得る。
【０１５０】
熱電モジュール１０００は前述した通り、吸熱面と発熱面を具備し、Ｐ型半導体およびＮ型半導体上の電子移動によって、一側は冷却し、他側は加熱する。
【０１５１】
ここで、一側は浄水タンク１２側であり、他側は浄水タンク１２の反対側であり得る。
【０１５２】
また、前述した通り、熱電モジュール１０００は防水および防塵性能が優秀であり、熱流動性能が改善して浄水器内で浄水タンク１２を効率的に冷却させることができる。
【０１５３】
以下では図１６を参照して、本発明の実施例に係る熱電素子が冷蔵庫に適用された例を説明する。
【０１５４】
図１６は、本発明の実施例に係る熱電素子が冷蔵庫に適用された例示図である。
【０１５５】
冷蔵庫は深温蒸発室内に深温蒸発室カバー２３、蒸発室区画壁２４、メイン蒸発器２５、冷却ファン２６および熱電モジュール１０００を含む。
【０１５６】
冷蔵庫内は深温蒸発室カバー２３によって深温貯蔵室と深温蒸発室に区画される。
【０１５７】
詳細には、前記深温蒸発室カバー２３の前方に該当する内部空間が深温貯蔵室と定義され、深温蒸発室カバー２３の後方に該当する内部空間が深温蒸発室と定義され得る。
【０１５８】
深温蒸発室カバー２３の前面には吐出グリル２３ａと吸入グリル２３ｂがそれぞれ形成され得る。
【０１５９】
蒸発室区画壁２４はインナーキャビネットの後壁から前方に離隔する地点に設置されて、深温室貯蔵システムが置かれる空間とメイン蒸発器２５が置かれる空間を区画する。
【０１６０】
メイン蒸発器２５によって冷却される冷気は冷凍室に供給された後、再びメイン蒸発器側に戻る。
【０１６１】
熱電モジュール１０００は深温蒸発室に収容され、吸熱面が深温貯蔵室の引き出しアセンブリー側に向かい、発熱面が蒸発器側に向かう構造をなす。したがって、熱電モジュール１０００で発生する吸熱現象を利用して、引き出しアセンブリーに貯蔵された飲食物を−５０℃以下の超低温状態に迅速に冷却させることに使われ得る。
【０１６２】
また、前述した通り、熱電モジュール１０００は防水および防塵性能が優秀であり、熱流動性能が改善して冷蔵庫内で引き出しアセンブリーを効率的に冷却させることができる。
【０１６３】
本発明の実施例に係る熱電素子は発電用装置、冷却用装置、温熱用装置などに作用され得る。具体的には、本発明の実施例に係る熱電素子は主に光通信モジュール、センサ、医療機器、測定機器、航空宇宙産業、冷蔵庫、チラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）、自動車通風シート、カップホルダー、洗濯機、乾燥機、ワインセラー、浄水器、センサ用電源供給装置、サーモパイル（ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）等に適用され得る。
【０１６４】
ここで、本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用される例として、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）機器がある。ＰＣＲ機器はＤＮＡを増幅してＤＮＡの塩基配列を決定するための装備であり、精密な温度制御が要求され、熱循環（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｅ）が必要な機器である。このために、ペルティエ基盤の熱電素子が適用され得る。
【０１６５】
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用される他の例として、光検出器がある。ここで、光検出器は赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、Ｘ−ｒａｙ検出器、ＴＴＲＳ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｏｕｒｃｅ）等がある。光検出器の冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）のためにペルティエ基盤の熱電素子が適用され得る。これにより、光検出器内部の温度上昇による波長の変化、出力の低下および解像力の低下などを防止することができる。
【０１６６】
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用されるさらに他の例として、免疫分析（ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）分野、インビトロ診断（Ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）分野、温度制御および冷却システム（ｇｅｎｅｒａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、物理治療分野、液状チラーシステム、血液／プラズマ温度制御分野などがある。これにより、精密な温度制御が可能である。
【０１６７】
本発明の実施例に係る熱電素子が医療機器に適用されるさらに他の例として、人工心臓がある。これにより、人工心臓に電源を供給することができる。
【０１６８】
本発明の実施例に係る熱電素子が航空宇宙産業に適用される例として、星追跡システム、熱イメージングカメラ、赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤセンサ、ハッブル宇宙望遠鏡、ＴＴＲＳなどがある。これにより、イメージセンサーの温度を維持することができる。
【０１６９】
本発明の実施例に係る熱電素子が航空宇宙産業に適用される他の例として、冷却装置、ヒーター、発電装置などがある。
【０１７０】
この他にも本発明の実施例に係る熱電素子は、その他の産業分野に発電、冷却および温熱のために適用され得る。
【０１７１】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることが理解できるであろう。
【図１】
2021512488.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2021512488.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
2021512488.tif 000016
【図１２】
2021512488.tif 000017
【図１３】
2021512488.tif 000018
【図１４】
2021512488.tif 000019
【図１５】
2021512488.tif 000020
【図１６】
2021512488.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月27日(2020.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板；
前記第１基板上に配置された第１樹脂層；
前記第１樹脂層上に配置された第２樹脂層；
前記第２樹脂層上に配置された第１電極；
前記第１電極上に配置された半導体構造物；および
前記半導体構造物上に配置された第２基板を含み、
前記第２樹脂層は前記第１電極が配置されたリセスを含み、
前記第１電極の厚さは前記リセスの最大深さより大きく、
前記リセスの底面は前記第１樹脂層と離隔した、熱電素子。
【請求項２】
前記第２樹脂層は前記リセスの底面と前記第１樹脂層間に配置された第１領域、および前記リセスの周囲に配置された第２領域を含み、
前記第２領域の少なくとも一部の厚さは前記第１領域の厚さより大きい、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第１基板の水平方向の幅は前記第２樹脂層の水平方向の幅より大きい、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記第２樹脂層は前記第１電極から前記第１電極の水平方向に沿って遠くなるほど厚さが減少する領域を含む、請求項２に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記第１樹脂層の水平方向の幅は前記第２樹脂層の水平方向の幅と異なる、請求項３に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記第１基板、および前記第２基板は銅（Ｃｕ）を含み、
前記第１樹脂層の組成は前記第２樹脂層の組成と異なる、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
前記第２樹脂層はシリコン樹脂および無機充填材を含む、請求項６に記載の熱電素子。
【請求項８】
前記第１電極は互いに向かい合う上面と下面、および前記上面と前記下面の間に配置された側面を含み、
前記第１電極の側面は前記第２樹脂層と接触する接触面を含み、
前記第１電極の接触面の高さは前記第１電極の厚さの０．２倍〜０．８倍である、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項９】
前記第１電極の下面は前記第２樹脂層のリセスの底面と接触し、
前記第１電極の側面は前記第２樹脂層と接触しない非接触面をさらに含む、請求項８に記載の熱電素子。
【請求項１０】
前記第２樹脂層の厚さは前記第１樹脂層の厚さの０．００１倍〜１倍である、請求項８に記載の熱電素子。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された熱電素子を含む、発電装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された熱電素子を含む、冷温装置。
【請求項１３】
第１基板；
前記第１基板上に配置された第１樹脂層；
前記第１樹脂層上に配置された第２樹脂層；
前記第２樹脂層上に一部が埋められ、前記第１樹脂層と離隔した第１電極；
前記第１電極上に配置される半導体構造物；
前記半導体構造物上に配置される第２電極；および
前記第２電極上に配置される第２基板を含み、
前記第２樹脂層は前記第１電極が配置された領域に形成され、側面および底面を含むリセスを含み、
前記リセスの側面および底面は前記第２樹脂層からなり、
前記リセスの側面の最上部と前記第１樹脂層間の第１垂直距離は前記リセスの底面と前記第１樹脂層間の第２垂直距離より大きい、熱電素子。
【請求項１４】
前記第１電極の上面と前記第１樹脂層間の第３垂直距離は前記第１垂直距離より大きい、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１５】
前記第１樹脂層の組成は前記第２樹脂層の組成と異なり、
前記第２樹脂層は前記第１電極から前記第１電極の水平方向に沿って遠くなるほど厚さが薄くなる領域を含む、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１６】
前記第１基板の水平方向の幅は前記第２樹脂層の水平方向の幅より大きく、
前記第１樹脂層の水平方向の幅と前記第２樹脂層の水平方向の幅は互いに異なる、請求項１４に記載の熱電素子。
【請求項１７】
前記第１電極は前記 第１電極の上面と向かい合い前記リセスの底面と接触する下面、および前記上面と前記下面の間に配置された側面を含み、
前記第１電極の側面は前記第２樹脂層と接触する接触面を含み、
前記第１電極の接触面の高さは前記第１電極の厚さの０．２倍〜０．８倍である、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１８】
前記第２樹脂層の厚さは前記第１樹脂層の厚さの０．００１倍〜１倍である、請求項１７に記載の熱電素子。
【請求項１９】
前記第１基板、および前記第２基板は銅（Ｃｕ）を含み、
前記第２樹脂層はシリコン樹脂および無機充填材を含む、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項２０】
前記第１樹脂層はエポキシ樹脂および無機充填材を含む、請求項１９に記載の熱電素子。
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月21日(2020.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板；
前記第１基板上に配置された第１絶縁層；
前記第１絶縁層上に配置された第２絶縁層；
前記第２絶縁層上に配置された第１電極；
前記第１電極上に配置された半導体構造物；および
前記半導体構造物上に配置された第２基板を含み、
前記第２絶縁層は前記第１電極が配置されたリセスを含み、
前記リセスは前記第１絶縁層と離隔した底面を含み、
前記第１電極の厚さ、前記リセスの深さおよび前記第１絶縁層の厚さは互いに異なる、熱電素子。
【請求項２】
前記第２絶縁層は前記リセスの底面と前記第１絶縁層間に配置された第１領域、および前記リセスの周囲に配置された第２領域を含み、
前記第２領域の少なくとも一部の厚さは前記第１領域の厚さより大きい、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第１基板の幅は前記第２絶縁層の幅より大きい、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記第２絶縁層は前記第１電極から遠くなるほど厚さが減少する領域を含む、請求項２に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記第１絶縁層の幅は前記第２絶縁層の幅と異なる、請求項３に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記第１基板、および前記第２基板は金属物質を含み、
前記第１絶縁層は前記第２絶縁層に含まれた物質と異なる物質を含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
前記第２絶縁層はシリコン樹脂および無機充填材を含む、請求項６に記載の熱電素子。
【請求項８】
前記第１電極は互いに向かい合う上面と下面、および前記上面と前記下面の間に配置された側面を含み、
前記第１電極の側面は前記第２絶縁層と接触する接触面を含み、
前記第１電極の接触面の厚さは前記第１電極の厚さの０．１倍〜０．９倍である、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項９】
前記第１電極の下面は前記第２絶縁層のリセスの底面と接触し、
前記第１電極の側面は前記第２絶縁層と接触しない非接触面をさらに含む、請求項８に記載の熱電素子。
【請求項１０】
前記第２絶縁層の厚さは前記第１絶縁層の厚さの０．００１倍〜１倍である、請求項８に記載の熱電素子。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された熱電素子を含む、発電装置。
【請求項１２】
前記第１絶縁層はエポキシ樹脂および無機充填材を含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１３】
第１基板；
前記第１基板上に配置された第１絶縁層；
前記第１絶縁層上に配置され、リセスを含む第２絶縁層；
前記第２絶縁層のリセスに配置される第１電極；
前記第１電極上に配置される半導体構造物；
前記半導体構造物上に配置される第２電極；および
前記第２電極上に配置される第２基板を含み、
前記第２絶縁層は前記リセスの底面と前記第１絶縁層間の第１領域および前記第１電極の側面と接触する第２領域を含み、
前記第１電極の厚さ、前記第２絶縁層の第２領域の厚さ、前記第２絶縁層の第１領域の厚さおよび前記第１絶縁層の厚さは互いに異なる、熱電素子。
【請求項１４】
前記第２絶縁層の前記第２領域は前記第２絶縁層の前記第１領域の周辺領域に配置され、
前記第２絶縁層の前記第２領域は前記第１絶縁層と接触し、
前記第１電極の前記側面は接触面および非接触面を含み、
前記接触面は前記第２絶縁層の第２領域と接触し、
前記非接触面は前記第２絶縁層と接触しない、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１５】
前記第１絶縁層の組成は前記第２絶縁層の組成と異なり、
前記第２絶縁層は前記第１電極から遠くなるほど厚さが薄くなる領域を含む、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１６】
前記第１基板の幅は前記第２絶縁層の幅より大きく、
前記第１絶縁層の幅と前記第２絶縁層の幅は互いに異なる、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１７】
前記リセスの深さは前記第２絶縁層の前記第２領域の厚さと異なる、請求項１４に記載の熱電素子。
【請求項１８】
前記第１電極は前記第１電極の上面と向かい合い前記リセスの底面と接触する下面、および前記上面と前記下面の間に配置された側面を含み、
前記第１電極の側面は前記第２絶縁層の前記第２領域と接触する接触面を含み、
前記第１電極の接触面の高さは前記第１電極の厚さの０．２倍〜０．８倍であり、
前記第２絶縁層の厚さは前記第１絶縁層の厚さの０．００１倍〜１倍である、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項１９】
前記第１基板、および前記第２基板は金属物質を含み、
前記第２絶縁層はシリコン樹脂および無機充填材を含む、請求項１３に記載の熱電素子。
【請求項２０】
前記第１絶縁層はエポキシ樹脂および無機充填材を含む、請求項１９に記載の熱電素子。
【国際調査報告】
2021512488.tif 000022
2021512488.tif 000023
2021512488.tif 000024
2021512488.tif 000025