(57)【要約】【課題】本発明は、熱電モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】対向離間して配設される第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂと、該第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂの内側面に各々配設される第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂと、該第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂ間に介在し、これらと電気的に接合される熱電素子１３０と、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間を充填する弾性体１４０とを含む。【選択図】図１
2012049537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向離間して配設される第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の内側面に各々配設される第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極間に介在し、前記第１及び第２の電極と電気的に接合される熱電素子と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間を充填する弾性体と
を含む熱電モジュール。
【請求項２】
前記弾性体は、その一側表面及び他側表面のうちのいずれか一面が前記第１の基板及び前記第２の基板のうちのいずれか一つの基板側に物理的または化学的に締結されており、他方の表面は、他方の基板側に接触している請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記弾性体の他方の表面には、エンボスまたは凹凸が設けられる請求項２に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記弾性体の他方の表面と前記他方の基板側との間には、サーマルグリスがさらに介在する請求項３に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記弾性体は、第１の弾性体及び第２の弾性体から成り、
前記第１の弾性体の一側表面は、前記第１の基板側に物理的または化学的に締結されており、前記第２の弾性体の他側表面は、前記第２の基板側に物理的または化学的に締結されており、
前記第１の弾性体の他側表面及び前記第２の弾性体の一側表面は、互いに接触している請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記第１の弾性体の他側表面または前記第２の弾性体の一側表面には、エンボスまたは凹凸が設けられる請求項５に記載の熱電モジュール。
【請求項７】
前記第１の弾性体の他側表面と前記第２の弾性体の一側表面との間には、サーマルグリスがさらに介在する請求項６に記載の熱電モジュール。
【請求項８】
前記弾性体は、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ及びテフロン（登録商標）のうちのいずれか一つを含む請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項９】
前記弾性体は、セラミックパウダをさらに含む請求項８に記載の熱電モジュール。
【請求項１０】
前記第１の基板と前記第１の電極との間、前記第２の基板と前記第２の電極との間、前記熱電素子と前記第１の電極との間及び前記熱電素子と前記第２の電極との間のうちの少なくともいずれか一つに、サーマルグリスをさらに介在する請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
前記熱電素子は、前記第１及び第２の電極とソルダにより互いに接合される請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項１２】
第１の電極、第１のソルダ層及び熱電素子が積層配設される第１の基板を形成するステップと、
前記熱電素子に対応する第２の電極及び第２のソルダ層が積層配設される第２の基板を形成するステップと、
前記第１の基板上に前記第２の基板を配設し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップと、
リフロー工程によって、前記第１及び第２のソルダ層により前記第１及び第２の電極と熱電素子とを互いに接合して熱電モジュールを形成するステップと
を含む熱電モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記弾性体は、その厚さが少なくとも前記熱電素子の高さと同じであることを特徴とする請求項１２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップは、
前記第１の電極、前記第１のソルダ層及び前記熱電素子が配設された第１の基板上に前記弾性体を形成し、少なくとも前記熱電素子の高さと同じ厚さの弾性体を形成するステップであることを特徴とする請求項１２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記弾性体を形成したステップの後、該弾性体の露出された表面をエンボス処理または凹凸処理してエンボスまたは凹凸を形成するステップをさらに含む請求項１４に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップは、
前記第１の電極、前記第１のソルダ層及び前記熱電素子が配設された第１の基板上に第１の弾性体を形成するステップと、
前記第２の電極が配設された第２の基板上に第２の弾性体を形成するステップとを含む請求項１２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記第１の基板上に前記第２の基板を配設するステップの前に、
前記第１の基板上に設けられた第１の弾性体の露出された表面または第２の基板上に設けられた第２の弾性体の露出された表面を、エンボス処理または凹凸処理してエンボスまたは凹凸を形成するステップをさらに含む請求項１６に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第１の基板と前記第１の電極との間、前記第２の基板と前記第２の電極との間、前記熱電素子と前記第１の電極との間及び前記熱電素子と前記第２の電極との間のうちの少なくともいずれか一つの間に、サーマルグリスをさらに形成する請求項１２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電モジュール及びその製造方法に関し、基板と熱電素子との間に未接点ポインタがない熱電モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電モジュール（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅ）は、固体状態（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）方式のヒートポンプ（Ｈｅａｔ  Ｐｕｍｐ）で作動し、冷却器や加熱器にも利用可能である。構造が簡単で、信頼性が高く、機械的作動部品がないため、既存のコンプレッサ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）などを用いる冷却器に比べて、騒音や振動がなく、また小型化が可能であるという長所がある。
【０００３】
また、簡単な操作で精密で且つ迅速な温度調節及び冷却／加熱転換が可能で、高精密冷却器／恒温器、光部品素子、光学センサ及び精密電子製品に適用されている。
【０００４】
また、熱電モジュールは、直流電源の極性を変えて１つのモジュールで冷却及び加熱の両方を共に具現でき、空気調和器（Ａｉｒ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などにも効果的に活用されている。その他に、例えば小型冷蔵庫、化粧品冷蔵庫、ワイン冷蔵庫、冷温浄水器、車両用冷房シート、半導体設備、精密恒温槽などの冷却／恒温装置で利用されている。
【０００５】
このような熱電モジュールを製作するために、素子の大きさ、特性、接合、パッケージングなどが重要な要素となる。モジュールの設計及び製作方法によって特性、耐久性、信頼性、その他環境変化による熱電モジュールの特性が決定されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２８０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、熱電モジュールを、平らな基板上に熱電素子を接合して形成しているが、基板厚さの不均一またはパターンの精密度不良などにより不完全な接合が行われて、局部的な接合不良、接触抵抗の増加が生じることがある。
【０００８】
このようなモジュールは、熱電モジュールの性能指数及び効率の低下と共に、熱衝撃、耐湿等による劣化が早期に発生し、信頼性が低下するという不都合がある。
【０００９】
本発明は前述のように、基板厚さ不均一またはパターンの精密度不良などから引き起こされる不完全な接合による局部的な接合不良、接触抵抗の増加などの間題点に鑑みて成されたものであって、詳しくは、第１の基板と第２の基板との間に弾性体を充填して完全な接合がなされるようにして、局部的な接合不良、接触抵抗の増加などの間題を解決できる熱電モジュール及びその製造方法を提供するにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記自的を解決するために、本発明による熱電モジュールは、対向離間して配設される第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の内側面に各々配設される第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に介在し、前記第１及び第２の電極と電気的に接合される熱電素子と、前記第１の基板と前記第２の基板との間を充填する弾性体とを含むことができる。
【００１１】
前記弾性体は、その一側表面及び他側表面のうちのいずれか一面が前記第１の基板及び前記第２の基板のうちのいずれか一方に物理的または化学的に締結されており、他方の表面は、他方の基板側に接触している。
【００１２】
ここで、前記弾性体の他方の表面は、エンボス（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）または凹凸が設けられることができる。
【００１３】
ここで、前記弾性体の他方の表面と前記他方の基板側のとの間には、サーマルグリス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｅａｓｅ）がさらに介在されることができる。
【００１４】
ここで、前記弾性体は、第１の弾性体及び第２の弾性体から成り、前記第１の弾性体の一側表面は、前記第１の基板側に物理的または化学的に締結されており、前記第２の弾性体の他側表面は、前記第２の基板側に物理的または化学的に締結されており、前記第１の弾性体の他側表面及び前記第２の弾性体の一側表面は、互いに接触していることができる。
【００１５】
ここで、前記第１の弾性体の他側表面または前記第２の弾性体の一側表面には、エンボスまたは凹凸が設けられることができる。
【００１６】
ここで、前記第１の弾性体の他側表面または前記第２の弾性体の一側表面との間には、サーマルグリスがさらに介在されることができる。
【００１７】
ここで、前記弾性体は、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｏｙ  ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ）及びテフ口ン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）のうちのいずれか一つを含むことができる。
【００１８】
ここで、前記弾性体は、セラミックパウダをさらに含むことができる。
【００１９】
ここで、前記第１の基板と前記第１の電極との間、前記第２の基板と前記第２の電極との間、前記熱電素子と前記第１の電極との間及び前記熱電素子と前記第２の電極との間のうちの少なくともいずれか一つの間に、サーマルグリスをさらに介在することができる。
【００２０】
ここで、前記熱電素子は、前記第１及び第２の電極とソルダにより互いに接合されることができる。
【００２１】
上記目的を解決するために、本発明の他の好適な実施形態による熱電モジュール製造方法は、第１の電極、第１のソルダ層及び熱電素子が積層配設される第１の基板を形成するステップと、前記熱電素子に対応する第２の電極及び第２のソルダ層が積層配設される第２の基板を形成するステップと、前記第１の基板上に前記第２の基板を配設し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップと、リフロー工程によって前記第１及び第２のソルダ層により前記第１及び第２の電極と熱電素子とを互いに接合して熱電モジュールを形成するステップとを含むことができる。
【００２２】
ここで、前記弾性体は、その厚さが少なくとも前記熱電素子の高さと同じであってもよい。
【００２３】
ここで、前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップは、前記第１の電極、前記第１のソルダ層及び前記熱電素子が配設された第１の基板上に前記弾性体を形成し、少なくとも前記熱電素子の高さと同じ厚さの弾性体を形成することができる。
【００２４】
ここで、前記弾性体を形成するステップの後、該弾性体の露出された表面をエンボス処理または凹凸処理してエンボスまたは凹凸を形成するステップをさらに含むことができる。
【００２５】
ここで、前記第１の基板と前記第２の基板との間に弾性体を充填するステップは、前記第１の電極、前記第１のソルダ層及び前記熱電素子が配設された第１の基板上に第１の弾性体を形成するステップと、前記第２の電極が配設された第２の基板上に第２の弾性体を形成するステップとを含むことができる。
【００２６】
ここで、前記第１の基板上に前記第２の基板を配設するステップの前に、前記第１の基板上に設けられた第１の弾性体の露出された表面、または第２の基板上に設けられた第２の弾性体の露出された表面をエンボス処理または凹凸処理してエンボスまたは凹凸を形成するステップをさらに含むことができる。
【００２７】
ここで、前記第１の基板と前記第１の電極との間、前記第２の基板と前記第２の電極との間、前記熱電素子と前記第１の電極との間及び前記熱電素子と前記第２の電極との間のうちの少なくともいずれか一つに、サーマルグリスをさらに形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の実施形態によれば、熱電素子と第１の基板または第２の基板との間に未接点が発生されなく、局部的な接合不良、接触抵抗の増加などの従来問題が発生しないという効果を奏する。
【００２９】
また、本発明によれば、第１の基板と第２の基板との間に弾性体を設けることによって、接合強度が向上して、耐久性が向上するという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明によれば、弾性体により平坦度が確保されることによって、大面積の熱電モジュールの製作が容易であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による熱電モジュールの断面図である。
【図２ａ】図１のＡ領域を拡大した拡大図である。
【図２ｂ】図１のＡ領域を拡大した拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態による熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図４】同じく、熱電モジュールの製造方法を示す断冨図である。
【図５】同じく、熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図６】同じく、熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図８】同じく、熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図９】同じく、熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態による熱電モジュールの断面図である。
【００３４】
図２ａ及び図２ｂは、図１のＡ領域を拡大した拡大図である。
【００３５】
図１〜図２ｂを参照して、本発明の一実施形態による熱電モジュール１００は、対向離間して配設される第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂと、該第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂの内側面に各々介在する第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂと、該第１の基板１１０ａと該第２の基板１１０ｂとの間に介在する熱電素子１３０とを含むことができる。
【００３６】
また、熱電モジュール１００は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填される弾性体１４０を含むことができる。
【００３７】
第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂは、熱電素子１３０と第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂとを支持する役割をすることができる。さらに、熱電素子１３０が複数設けられる場合、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂは複数の熱電素子１３０を連結する役割を行うことができる。
【００３８】
また、第１の基板１１０ａ及び第２の基板１１０ｂは外部装置と接合され、熱電素子１３０の熱交換を通じて外部から熱を吸熱または外部へ熱を放熱させる役割をすることができる。すなわち、第１の基板１１０ａ及び第２の基板１１０ｂは外部装置と熱電素子１３０との間の熱伝達を行う役割をすることができる。これにより、熱電モジュール１００の効率は、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂの熱伝導率による影響を受けることができる。
【００３９】
このため、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂは、熱伝導率の高いセラミックから成ることができる。
【００４０】
また、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂは優秀な熱伝導率を有する金属から成ることができる。例えば、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂはアルミニウム及び銅等から成ることができる。これにより、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂは優秀な熱伝導率を有して、熱電効率を向上させることができる。
【００４１】
ここで、第１の基板１１０ａ及び第２の基板１１０ｂの内側面、詳しくは、第１の基板１１０ａと第１の電極１２０ａとの間及び第２の基板１１０ｂと第２の電極１２０ｂとの間には、金属から成る第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂと第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂとの間を絶縁するための絶縁層（図示せず）を配設し、第１及び第２の基板１１０ａ、１１０ｂの電気絶縁性を提供することができる。該絶縁層は、熱電モジュール１００を形成する工程に耐えることができる耐久性を有する材料から成ることができる。例えば、該絶縁層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＹ２Ｏ３のうちのいずれか一つによって形成されることができる。
【００４２】
ここで、該絶縁層の厚さは、０．２μｍ〜１０μｍの範囲内で形成することができる。これは、絶縁層の厚さが０．２μｍ未満の場合、絶縁性を確保するに難しいためである。一方、絶縁層の厚さが１０μｍ超の場合、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂと熱電素子１３０との間の熱伝導率を低下させることになるためである。
【００４３】
また、絶縁層は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間の絶縁性を確保する役割だけでなく、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に設けられた空隙を埋める役割をさらに行うことができる。これで、第１の基板１１０ａと第１の電極１２０ａとの間と、第２の基板１１０ｂと第２の電極１２０ａとの間で空隙により熱伝達が低下するのを防止することができる。
【００４４】
一方、熱電素子１３０はＰ型半導体１３０ａ及びＮ型半導体１３０ｂを含むことができる。Ｐ型半導体１３０ａとＮ型半導体１３０ｂとは同じ平面上に交代で配列されることができる。
【００４５】
ここで、第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂは、熱電素子１３０を挟んで対向するように配設されることができる。ここで、一対のＰ型半導体１３０ａ及びＮ型半導体１３０ｂはその下面に配設される第１の電極１２０ａにより電気的に接続され、隣の他の一対のＰ型半導体１３０ａ及びＮ型半導体１３０ｂはその上面に配設される第２の電極１２０ｂにより電気的に接続されることができる。
【００４６】
第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂと熱電素子１３０とはソルダ１５０により互いに接合されていることができる。該ソルダ１５０は、ＰｂＳｎまたはＣｕＡｇＳｎなどのようにＳｎを含むことができる。
【００４７】
また、第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂはワイヤ１６０により外部電源部に接続され、該外部電源部に電源を供給するかまたは供給されることができる。すなわち、熱電モジュール１００が発電装置の役割をする場合、電源を外部電源部に供給でき、冷却装置の役割をする場合、電源を該外部電源部から供給されることができる。
【００４８】
また、示されていないが、各構成間の境界面間にサーマルグリス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｅａｓｅ）が介在されることができる。例えば、該サーマルグリスは、第１の基板１１０ａと第１の電極１２０ａとの間、第２の基板１１０ｂと第２の電極１２０ｂとの間、熱電素子１３０と第１の電極１２０ａとの間及び熱電素子１３０と第２の電極１２０ａとの間のうちの少なくともいずれか一つの間に介在されることができる。ここで、サーマルグリスは、各境界面で設けられた空隙を埋める役割をして、該空隙により熱伝導率が低下するのを防止する役割をすることができる。
【００４９】
弾性体１４０は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間、詳しくは、第１の基板１１０ａ側における第１の基板１１０ａの一部領域及び第１の電極１２０ａの一部領域と、第２の基板１１０ｂ側における第２の基板１１０ｂの一部領域及び第２の電極１２０ｂの一部領域との間に充填されている。
【００５０】
弾性体１４０は、熱電泰子１３０と第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂとの間に未接点が発生されなくて局部的な接合不良が発生されないようにし、局部的な接合不良による接触抵抗の増加などの間題が発生されないようにする。また、弾性体１４０は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間の接合強度を向上させて、熱電モジュール１００の耐久性を向上させる。これは、弾性体１４０が自体の弾性力を用いて第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの結合時に発生される圧力または接触不均衡を吸収出来るためである。
【００５１】
ここで、弾性体１４０は、図２ａに示すように、第１の基板１１０ａ側の表面である一側表面１４０ａ及び第２の基板１１０ｂ側の表面である他側表面１４０ｂのうちのいずれか一つの表面は、第１の基板１１０ａ及び第２の基板１１０ｂのうちのいずれか一つの基板側に物理的または化学的に締結されており、他方の表面は、他方の基板側に接触していることができる。
【００５２】
例えば、弾性体１４０の表面のうち、第１の基板１１０ａ側の表面である一側表面１４０ａは第１の基板１１０ａ側、詳しくは、第１の基板１１０ａの一定領域と第１の電極１２０ａの一定領域とに物理的または化学的に締結されており、弾性体１４０の他側表面１４０ｂは第１の基板１１０ａ側、詳しくは、第２の基板１１０ｂの一定領域と第２の電極１２０ｂの一定領域とに接触していてもよい。これに対して、弾性体１４０と第２の基板１１０ｂ側と物理的または化学的に締結されていてもよい。
【００５３】
ここで、示されていないが、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂ側と接触している弾性体１４０のいずれか一つの表面には、エンボス（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）または凹凸を設け、また、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂ側と接触している弾性体１４０のいずれか一つの表面上にはサーマルグリスがさらに介在されることができる。ここで、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂ側と接触している弾性体１４０のいずれか一つの表面に設けられたエンボスまたは凹凸は、弾性体１４０と基板との密着力を高めるためであり、サーマルグリスが介在することは、基板との密着力を高めると共に熱伝導性を高めるためである。
【００５４】
弾性体１４０はＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｏｙ  ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ）及びテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）のうちのいずれか一つを含むことができ、絶縁特性または耐熱特性向上のためにセラミックパウダをさらに含むことができる。
【００５５】
一方、第１の電極１２０ａと第２の電極１２０ｂとの間に充填される弾性体１４０は、少なくとも第１の電極１２０ａと第２の電極１２０ｂとの間の離間距離と同じ厚さで充填されるか、より好ましくは、該距離より厚く充填される。第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填される弾性体１４０は、少なくとも第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間の離間距離と同じであり、より好ましくは、該距離より厚く充填される。
【００５６】
これは、弾性体１４０が第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの接合時に弾性力を十分に発揮するためである。
【００５７】
また、弾性体１４０は、図２ｂに示すように、第１の弾性体１４２及び第２の弾性体１４４から成ることができる。
【００５８】
第１の弾性体１４２は、その一側表面１４２ａが第１の基板１１０ａ側に物理的または化学的に締結されており、前記第２の弾性体１４４は、その他側表面１４４ｂが第２の基板１１０ｂ側に物理的または化学的に締結されることができる。そして、第１の弾性体１４２の他側表面１４２ｂ及び第２の弾性体１４４の一側表面１４４ａは互いに接触するように設けられることができる。
【００５９】
ここで、第１の弾性体１４２及び第２の弾性体１４４は各々、第１の基板１１０ａ及び第２の基板１１０ｂに物理的または化学的に接触しているため、各々特性に合う材料によって形成することができる。例えば、第２の基板１１０ｂ側が熱を吸収する高温部で、第１の基板１１０ａ側が熱を放出する低温部の場合、第１の弾性体１４２及び第２の弾性体１４４の各々は、高温及び低温に適合した材料によって形成されることができる。もちろん、第１の弾性体１４２及び第２の弾性体１４４は同じ材料から成ってもよく、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ及びテフ口ンのうちのいずれか一つを含んでもよい。また、絶縁特性または耐熱特性向上のために、セラミックパウダをさらに含むことができる。
【００６０】
互いに接触する第１の弾性体１４２の他側表面１４２ｂと第２の弾性体１４４の一側表面１４４ａとの間にはサーマルグリスが介在され、第１の弾性体１４２の他側表面１４２ｂ及び第２の弾性体１４４の一側表面１４４ａのうちのいずれか一つの表面にはエンボスまたは凹凸を設けることができる。ここで、エンボスまたは凹凸は、第１の弾性体１４２と第２の弾性体１４４との間の密着力を高めるためであり、サーマルグリスは、第１の弾性体１４２と第２の弾性体１４４との間の密着力を高めると共に熱伝導性を高めるためである。
【００６１】
図３〜図６は、本発明の一実施形態による熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【００６２】
図３〜図６を参照して、本発明の一実施形態による熱電モジュールの製造方法を具体的に説明することにする。
【００６３】
図３を参照して、熱電モジュールを製造するために、まず第１の基板１１０ａを提供する。
【００６４】
第１の基板１１０ａは、セラミックから成るセラミック基板であってもよい。
【００６５】
また、第１の基板１１０ａは優秀な熱伝導率を有する金属材料から成ることができ、第１の基板１１０ａが金属材料から成る場合、第１の基板１１０ａ内側面上に絶縁層（図示せず）を形成することができる。
【００６６】
該絶縁層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＹ２Ｏ３のうちのいずれか一つによって形成することができる。ここで、絶縁層を形成する方法の例としては、印刷法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍ  ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法、スパッタリング法、Ｅ−ｂｅａｍ法及びＣＶＤ法が挙げられ、その厚さは、絶縁性確保及び熱伝導率に対する影響を考慮して、０．２μｍ〜１０μｍの厚さで形成することができる。
【００６７】
第１の基板１１０ａの内側面上に第１の電極１２０ａを形成する。該第１の電極１２０ａは、導電材料を蒸着して導電膜を形成した後、導電膜をパターニングして形成することができる。しかし、本発明の実施形態では、これに限定するのではなく、例えば第１の電極１２０ａはメッキ工程及び印刷工程等を通じて形成することができる。
【００６８】
続いて、第１の電極１２０ａ上に第１のソルダ層１５０ａを形成する。該第１のソルダ層１５０ａは、ＰｂＳｎまたはＣｕＡｇＳｎなどのようにＳｎを含む導電性ペーストを印刷して形成することができる。
【００６９】
続いて、第１のソルダ層１５０ａ上に熱電素子１３０を配設する。該熱電素子１３０は、Ｐ型半導体１３０ａ及びＮ型半導体１３０ｂを含むことができる。Ｐ型半導体１３０ａとＮ型半導体１３０ｂとを互いに交代で配設することができる。
【００７０】
図４を参照して、第１の電極１２０ａ、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０が順に積層配設される第１の基板１１０ａ上に、弾性体１４０を形成する。
【００７１】
該弾性体１４０は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとを合着して熱電モジュール１００を形成する時、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間を充填するように形成する。ここで、弾性体１４０は第１の基板１１０ａ、詳しくは、図４に示すように第１の電極１２０ａが配設されないで露出された第１の基板１１０ａの一定領域と、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０が配設されないで露出された第１の電極１２０ａの一定領域上に形成されて、第１の基板１１０ａを充填するように形成される。
【００７２】
ここで、弾性体１４０は熱電素子１３０の高さと同じ厚さ、望ましくは熱電素子１３０より突出されるように熱電素子１３０の高さより厚く形成する。これは、以後第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとを合着する時、弾性体１４０が一定圧力に押し付けられて弾性力が発生し、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの合着において未接点が発生されないようにするためである。
【００７３】
ここで、弾性体１４０の露出された表面にエンボス処理または凹凸を形成する工程を行うことができる。また、弾性体１４０の露出された表面にサーマルグリスを形成することができる。弾性体１４０の露出された表面に設けられたエンボスまたは凹凸は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの合着の際、合着力を高め、サーマルグリスは、熱伝導性を高める役割をする。
【００７４】
図５を参照して、第１の基板１１０ａ上に第１の電極１２０ａ、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０を形成する工程と別個に、第２の基板１１０ｂを準備して、該第２の基板１１０ｂの内側面上に第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂを形成する工程を行う。
【００７５】
ここで、第２の基板１１０ｂは、第１の基板１１０ａと同様にセラミックから成るセラミック基板であって、優秀な熱伝導率を有する金属材料から成ることができる。第２の基板１１０ｂが金属材料から成る場合、第２の基板１１０ｂの内側面上に絶縁層（図示せず）を形成することができる。
【００７６】
第２の基板１１０ｂの内側面上に、第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂを順に形成する。ここで、絶縁層、第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂは図４を参照して説明した絶縁層、第１の電極１２０ａ及び第１のソルダ層１５０ａの材料と同じで、同じ形成方法などを通じて形成することができる。
【００７７】
図６を参照して、熱電素子１３０と第２の電極１２０ｂとが互いに接触するように第１の基板１１０ａ上に第２の基板１１０ｂを配設した後、該第２の基板１１０ｂまたは該第１の基板１１０ａに一定圧力を加えながら、リフロー工程を通じて第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂと熱電素子１３０とを互いに接合することによって、熱電モジュールを製造することができる。
【００７８】
ここで、第１の基板１１０ａに加えられた一定圧力は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填される弾性体１４０が弾性力を有するようにして、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとが未接点なしに合着されるような役割をする。
【００７９】
また、示されていないが、各構成間の境界面、例えば第１の基板１１０ａと第１の電極１２０ａとの間、第２の基板１１０ｂと第２の電極１２０ｂとの間、熱電素子１３０と第１の電極１２０ａとの間及び熱電素子１３０と第２の電極１２０ｂとの間のうちの少なくともいずれか一つの間にサーマルグリスをさらに形成することができる。
【００８０】
また、示されていないが、図１に示す熱電モジュール１００のように第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂに各々ワイヤ１６０を連結する工程を行うことができる。
【００８１】
図７〜図９は、本発明の他の実施形態による熱電モジュールの製造方法を示す断面図である。
【００８２】
図７〜図９を参照して、本発明の他の実施形態による熱電モジュールの製造方法を具体的に説明することにする。
【００８３】
図７を参照して、熱電モジュールを製造するために、まず第１の基板１１０ａを提供する。
【００８４】
第１の基板１１０ａの内側面上に、第１の電極１２０ａ、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０を形成する。ここで、第１の基板１１０ａの材料によって絶縁層をさらに形成することができる。
【００８５】
ここで、絶縁層、第１の電極１２０ａ、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０は図３を参照して説明した絶縁層、第１の電極１２０ａ、第１のソルダ層１５０ａ及び熱電素子１３０の材料と同じで、同じ形成方法などを通じて形成できるので詳細な説明は省略する。
【００８６】
続いて、第１の基板１１０ａ上に第１の弾性体１４０ａを形成する。該第１の弾性体１４０ａは後述する第２の弾性体１４０ｂと合着され、図４を参照して説明した弾性体１４０と同じ役割をすることによって、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填されるように、後述する第２の弾性体１４０ｂの厚さを考慮して適切な厚さで形成することができる。ここで、第１の弾性体１４０ａは図４を参照して説明した弾性体１４０の厚さの半分に形成されることが望ましい。
【００８７】
ここで、第２の弾性体１４０ｂの露出された表面にエンボス処理または凹凸処理してもよく、またサーマルグリスを形成してもよい。
【００８８】
図８を参照して、第２の基板１１０ｂを提供する。
【００８９】
続いて、第２の基板１１０ｂの内側面上に、第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂを形成する。
【００９０】
ここで、第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂは図５を参照して説明した第２の電極１２０ｂ及び第２のソルダ層１５０ｂの材料と同じで、同じ形成方法などを通じて形成できるので詳細な説明は省略する。
【００９１】
続いて、第２の基板１１０ｂ上に第２の弾性体１４０ｂを形成する。ここで、第２の弾性体１４０ｂは前述のように第１の弾性体１４０ａと合着され、図４を参照して説明した弾性体１４０と同じ役割をするため、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填されるように第１の弾性体１４０ａの厚さを考慮して適切な厚さで形成することができる。ここで、第２の弾性体１４０ｂは第１の弾性体１４０ａが図４を参照して説明した弾性体１４０厚さの半分で形成されている場合、第１の弾性体１４０ａと同じ厚さで形成することが望ましい。
【００９２】
ここで、第１の弾性体１４０ａと同様に、第２の弾性体１４０ｂの露出された表面にエンボス処理または凹凸処理が行われることができ、またサーマルグリスを形成することができる。
【００９３】
図９を参照して、熱電素子１３０と第２の電極１２０ｂとが互いに接触するように、第１の基板１１０ａ上に第２の基板１１０ｂを配設した後、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂに一定圧力を加えながら、リフロー工程を通じて第１及び第２の電極１２０ａ、１２０ｂと熱電素子１３０とを互いに接合することによって、熱電モジュールを製造することができる。
【００９４】
ここで、第１の基板１１０ａまたは第２の基板１１０ｂに加えられた一定圧力は、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとの間に充填される第１の弾性体１４０ａ及び第２の弾性体１４０ｂが互いに密着しながら弾性力を有するようにして、第１の基板１１０ａと第２の基板１１０ｂとが未接点なしに合着されるようにする役割をする。
【００９５】
また、示されていないが、各構成間の境界面、例えば第１の基板１１０ａと第１の電極１２０ａとの間、第２の基板１１０ｂと第２の電極１２０ｂとの間、熱電素子１３０と第１の電極１２０ａとの間及び熱電素子１３０と第２の電極１２０ｂとの間のうちの少なくともいずれか一つの間にサーマルグリスをさらに形成することができる。
【００９６】
また、示されていないが、図１に示す熱電モジュール１００と同様に、第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂに各々ワイヤ１６ａを連結する工程を行うことができる。
【００９７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９８】
１００  熱電モジュール
１１０ａ  第１の基板
１１０ｂ  第２の基板
１２０ａ  第１の電極
１２０ｂ  第２の電極
１３０  熱電素子
１４０  弾性体
１５０  ソルダ
【図１】
2012049537.tif 000003
【図２ａ】
2012049537.tif 000004
【図２ｂ】
2012049537.tif 000005
【図３】
2012049537.tif 000006
【図４】
2012049537.tif 000007
【図５】
2012049537.tif 000008
【図６】
2012049537.tif 000009
【図７】
2012049537.tif 000010
【図８】
2012049537.tif 000011
【図９】
2012049537.tif 000012