(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】第１及び第２のグリーンシート積層体を各々形成し、該第１及び第２のグリーンシート積層体上に各々導電性ペーストを印刷して第１及び第２の予備電極を形成し、該第１及び第２の予備電極のうちの少なくともいずれか一つ上に熱電素子１５０を配設し、該第１及び第２の予備電極間に該熱電素子１５０が介在されるように該第１のグリーンシート積層体と該第２のグリーンシート積層体とを積層し、該積層された第１及び第２のグリーンシート積層体を焼成して、第１及び第２の電極１３０、１４０と第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０とを形成し、第１のセラミック基板１１０と第１の電極１３０と、第１及び第２の電極１３０、１４０と熱電素子１５０と、第２のセラミック基板２１０と第２の電極１４０とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のグリーンシート積層体を各々形成するステップと、
前記第１及び第２のグリーンシート積層体上に各々導電性ペーストを印刷して第１及び第２の予備電極を形成するステップと、
前記第１及び第２の予備電極のうちの少なくともいずれか一つの上に熱電素子を配設するステップと、
前記第１及び第２の予備電極間に前記熱電素子が介在されるように、前記第１のグリーンシート積層体と前記第２のグリーンシート積層体とを積層するステップと、
前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体を焼成して、第１及び第２の電極と第１及び第２のセラミック基板とを形成すると共に、第１のセラミック基板と第１の電極と、第１及び第２の電極と熱電素子と、第２のセラミック基板と第２の電極とを接合するステップ
とを含む熱電モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップと前記第１及び第２の予備電極を形成するステップとの間に、
前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々の外側面に収縮拘束層を形成するステップを、さらに含む請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記収縮拘束層は、前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体を焼成するステップの後に除去する請求項２に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体の焼成は、加圧焼成によって行われる請求項２に記載のお熱電モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップにおいて、前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々は、積層されたグリーンシート間に収縮拘束層を介在する請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップと前記第１及び第２の予備電極を形成するステップとの間に、
前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々に、前記第１及び第２の予備電極を埋め込むするための第１及び第２の溝を形成する請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記導電性ペーストは、Ｓｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含む請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項８】
相対する第１及び第２のセラミック基板と、
前記第１及び第２のセラミック基板間に介在し、前記第１及び第２のセラミック基板の各々の内側面に自体的に接合され、単一層から成る第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の電極による自体的な接合により前記第１及び第２の電極と接合された熱電素子
とを含む熱電モジュール。
【請求項９】
前記第１及び第２のセラミック基板の内側面に各々前記第１及び第２の電極を埋め込む溝を設ける請求項８に記載の熱電モジュール。
【請求項１０】
前記第１及び第２の電極の各々は、Ｓｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含む請求項８に記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
前記第１及び第２のセラミック基板の外側面の各々に収縮拘束層を設ける請求項８に記載の熱電モジュール。
【請求項１２】
前記各セラミック基板間に収縮拘束層を設ける請求項８に記載の熱電モジュール。
【請求項１３】
前記収縮拘束層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちの少なくともいずれか一つを含む請求項１２に記載の熱電モジュール。
【請求項１４】
前記第１及び第２のセラミック基板の各々は、複数で積層されたセラミックシートによって形成される請求項８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、熱電モジュールの製造方法に関するもので、基板と電極とを一括焼成して両方を接合する熱電モジュールの製造方法及びこれによって製造された熱電モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの使用の急増は、地球温暖化及びエネルギー枯渇の問題を引き起こして、最近エネルギーを有効に利用できる熱電モジュールへの研究が盛んに行われている。
【０００３】
該熱電モジュールは、熱電素子の両端に温度差を与える場合、起電力が発生するゼーベック（Ｓｅｅｂｅｃｋ）効果を期待することができる発電装置、または熱電素子に直流を印加する場合、一端が発熱し他端が吸熱するペルティエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）効果を利用する冷却装置として利用されることができる。
【０００４】
このような熱電モジュールは、２個の基板の内側面に各々形成される第１及び第２の電極と、該第１及び第２の電極間に介在する熱電素子とを含むことができる。
【０００５】
熱電モジュールを形成するために、上下部基板上に各々金属物質をメッキまたは印刷して第１及び第２の電極を形成し、その後、半田付けを用いて下部基板と第１の電極と、該第１の電極と熱電素子と、該熱電素子と第２の電極と、該第２の電極と上部基板とを各々接合するためのリフロー工程を行う。
【０００６】
該熱電モジュールを形成するための工数が多いため、熱電モジュールの工程費用が増加してしまうことになる。
また、基板と電極との間の接合表面積の不在及びパターンの精密度不良とにより、該電極と該基板との間の不完全な接合をなすことになる。また、基板上に電極を形成する過程において、該基板の平坦度が低下して、該電極と熱電素子との間の接合不良及び接触抵抗を増大させることになる。この時、熱電モジュールを構成する構成要素間、すなわち基板と電極との間、または電極と熱電素子との間の接合不良によって、熱電モジュールの性能指数を低下させると共に、熱衝撃耐湿等による劣化が速やかに引き起こして、熱電モジュールの信頼性が低下してしまうことになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３４０５６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのため、従来の熱電モジュールは、工数を節減すると共に各構成要素間の接合不良を改善して、熱電モジュールの信頼性を確保するような新たな製造工程が要求される。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、基板と電極とを一括焼成して工数を減らすと共に、熱電モジュールの信頼性を確保することが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】
上記目的を解決するために、本発明の好適な実施の形態による熱電モジュールの製造方法は、第１及び第２のグリーンシート積層体を各々形成するステップと、前記第１及び第２のグリーンシート積層体上に各々導電性ペーストを印刷して第１及び第２の予備電極を形成するステップと、前記第１及び第２の予備電極のうちの少なくともいずれか一つの上に熱電素子を配設するステップと、前記第１及び第２の予備電極間に前記熱電素子が介在されるように前記第１のグリーンシート積層体と前記第２のグリーンシート積層体とを積層するステップと、前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体を焼成して、第１及び第２の電極と第１及び第２のセラミック基板とを形成すると共に、第１のセラミック基板と第１の電極と、第１及び第２の電極と熱電素子と、第２のセラミック基板と第２の電極とを接合するステップと、を含むことができる。
【００１１】
前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップと前記第１及び第２の予備電極を形成するステップとの間に、前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々の外側面に収縮拘束層を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１２】
また、前記収縮拘束層は、前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体を焼成するステップの後に除去されることができる。
【００１３】
また、前記積層された第１及び第２のグリーンシート積層体の焼成は、加圧焼成によって行われることができる。
【００１４】
また、前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップにおいて、前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々は、積層されたグリーンシート間に収縮拘束層を介在することができる。
【００１５】
また、前記第１及び第２のグリーンシート積層体を形成するステップと前記第１及び第２の予備電極を形成するステップとの間に、前記第１及び第２のグリーンシート積層体の各々に、前記第１及び第２の予備電極を埋め込むするための第１及び第２の溝を形成することができる。
【００１６】
また、前記導電性ベーストは、Ｓｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含むことができる。
【００１７】
また、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は、相対する第１及び第２のセラミック基板と、前記第１及び第２のセラミック基板間に介在し、前記第１及び第２のセラミック基板の各々の内側面に自体的に接合され、単一層から成る第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の電極による自体的な接合により前記第１及び第２の電極と接合された熱電素子と、を含むことができる。
【００１８】
ここで、前記第１及び第２のセラミック基板の内側面に各々前記第１及び第２の電極を埋め込む溝を設けることができる。
【００１９】
また、前記第１及び第２の電極の各々は、Ｓｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含むことができる。
【００２０】
また、前記第１及び第２のセラミック基板の外側面の各々に収縮拘束層を設けることができる。
【００２１】
また、前記各セラミック基板間に収縮拘束層を設けることができる。
【００２２】
また、前記収縮拘束層は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）を含むことができる。
【００２３】
また、前記第１及び第２のセラミック基板の各々は、複数で積層されたセラミックシートによって形成されることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の熱電モジュールによれば、基板及び電極の一括焼成によって該基板、該電極及び熱電素子を一度の工程で接合でき、熱電モジュールの製造工数を減らすことができる。
【００２５】
また、本発明の熱電モジュールによれば、基板及び電極の一括焼成によって該基板、該電極及び熱電素子を接合でき、別途の半田付け層を設けなくてもよく、材料費の節減だけでなく、各構成要素間の接合信頼性を確保することができる。
【００２６】
また、本発明の熱電モジュールによれば、基板に電極を埋め込んで該基板と該電極との間の接合安定性を確保することができる。
【００２７】
また、本発明の熱電モジュールによれば、基板と電極と、該電極と熱電素子との間の接合安定性を確保して、熱電モジュールの性能指数及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態による熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図２】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図３】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図４】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図５】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図７】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図８】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図９】同じく、熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
図１〜図４は、本発明の第１の実施形態による熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。
【００３１】
図１を参照して、熱電モジュールを製造するために、まず第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを形成する。
【００３２】
ここで、第１のグリーンシート積層体１１０ａを形成するために、まず第１のグリーンシートＧ１を提供する。該第１のグリーンシートＧ１はセラミック粉末、バインダ樹脂及び溶剤を含む塗布及び乾燥によって形成されることができる。続いて、該第１のグリーンシートＧ１を複数積層して第１のグリーンシート積層体１１０ａを形成することができる。
【００３３】
本発明の実施形態において、第１のグリーンシート積層体１１０ａを構成する第１のグリーンシートＧ１の個数はこれに限定するものではない。当業者においては、例えば工程条件や熱電モジュールの適用分野を考慮して多様に変更して製造してもよい。
【００３４】
また、第１のグリーンシート積層体１１０ａを形成した後、第１のグリーンシート積層体１１０ａの最外郭層に第１の収縮拘束層１２０をさらに形成することができる。
【００３５】
該第１の収縮拘束層１２０は、後述の第１のグリーンシート積層体１１０ａの焼成工程で焼成されない。すなわち、第１の収縮拘束層１２０は後述の第１のグリーンシート積層体１１０ａの焼成工程で変形されない。これにより、第１の収縮拘束層１２０は焼成工程で各グリーンシートの収縮を防止する役割を行うことができる。これによって、第１のグリーンシート積層体１１０ａの焼成工程で変形、例えば曲げの発生によって熱電モジュールの平滑度が低下するのを防止することができる。
【００３６】
第１の収縮拘束層１２０は、第１のグリーンシートＧ１を構成するセラミック粉末に比べて大きい焼成温度を有する材料、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等から成ることができる。
【００３７】
第１の収縮拘束層１２０は、収縮拘束シートで形成した後、第１のグリーンシート積層体１１０ａ上に収縮拘束シートを積層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第１の収縮拘束層１２０の形成方法に限定するのではなく、蒸着法によって形成してもよい。
【００３８】
本発明の実施形態において、第１の収縮拘束層１２０は第１のグリーンシート積層体１１０ａの最外郭層に設けられると説明したが、これに限定されるのではない。例えば、第１の収縮拘束層１２０は第１のグリーンシート積層体１１０ａの内部に配設されてもよい。すなわち、第１の収縮拘束層１２０は第１のグリーンシート積層体１１０ａを形成するための第１のグリーンシートＧ１の積層過程で積層された第１のグリーンシートＧ１間に介在させることができる。
【００３９】
第２のグリーンシート積層体２１０ａは、第２のグリーンシートＧ２の積層で形成されるもので、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａは同じ材料及び同じ工程を通じて形成されることができ、第２のグリーンシート積層体２１０ａの製造工程は省略して説明することにする。
【００４０】
また、第２のグリーンシート積層体２１０ａの最外郭層に第２の収縮拘束層２２０を形成して、後述の焼成工程で第２のグリーンシート積層体２１０ａの収縮を防止することができる。
【００４１】
図２を参照して、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを形成した後、これらの第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ上に各々第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａを形成する。
【００４２】
第１の予備電極１３０ａは、第１のグリーンシート積層体１１０ａ上に導電性ペーストを印刷して形成することができる。該導電性ベーストは、Ｓｎを含み、 Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含むことができる。Ｓｎは、焼成工程で第１のセラミック基板１１０と第１の電極１３０との間、該第１の電極１３０と熱電素子１５０との間の接合を向上させる役割をすることができる。
【００４３】
第２の予備電極１４０ａは、第２のグリーンシート積層体２１０ａ上に導電性ペーストを印刷して形成することができる。
【００４４】
第２の予備電極１４０ａはＳｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含む導電性ペーストから形成されることができる。該第２の予備電極１４０ａは第１の予備電極１３０ａと同じ材料または異なる材料によって形成されてもよい。
【００４５】
第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを相対するように配設する場合、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａは互いに一部分のみで重なるように形成されることができる。
【００４６】
図３を参照して、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａを形成した後、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａのうちの少なくともいずれか一つ上に熱電素子１５０を配設する。例えば、第１の予備電極１３０ａ上に熱電素子１５０を配設することができる。ここで、熱電素子１５０はＰ型半導体１５１及びＮ型半導体１５２を含むことができる。Ｐ型半導体１５１とＮ型半導体１５２とは同じ平面上に交互に配列されてもよい。
【００４７】
熱電素子１５０を配設した後、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａのうち熱電素子１５０の配設された予備電極上に、他の予備電極を含むグリーンシート積層体を積層する。例えば、熱電素子１５０と第２の電極１４０とが互いに接触するように第１のグリーンシート積層体１１０ａ上に第２のグリーンシート積層体２１０ａを積層する。
【００４８】
この時、一対のＰ型半導体１５１とＮ型半導体１５２とはその下面に配設された第１の予備電極１３０ａにより電気的に接続され、隣の他の一対のＰ型半導体１５１とＮ型半導体１５２とはその上面に配設された第２の予備電極１３０ａにより電気的に接続されることができる。
【００４９】
図４を参照して、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを積層した後、該積層された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを焼成して、熱電モジュール１００を形成することができる。すなわち、該積層された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの焼成によって第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０と第１及び第２の電極１３０、１４０とを形成することができる。これと共に、第１のセラミック基板１１０と第１の電極１３０と、該第１の電極１３０と熱電素子１５０と、該熱電素子１５０と第２の電極１４０と、該第２の電極１４０と第２のセラミック基板２１０とは一括して接合されることができる。
【００５０】
積層された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの焼成工程は、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの収縮を効果良く防止するために加圧焼成によって行われることができる。この時、積層された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの各々は、内部に第１及び第２の収縮拘束層を設ける場合、加圧焼成を行わなくてもよい。これは、グリーンシート積層体の内部に配設された収縮拘束層により、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ各々の変形を効果良く防止することができるためである。
【００５１】
図５を参照して、熱電モジュールを製作した後、第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０を除去する工程をさらに行うことができる。第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０を除去する方法の例としては、超音波を用いる粉砕工程法や研磨工程法が挙げられる。
【００５２】
本発明の実施形態において、第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０を除去することと説明したが、これに限定されるのではない。例えば、第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０を残してもよい。この時、第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０は熱電モジュールの製造工程が完了するまで、表面を保護する保護材の役割を行うことができる。
【００５３】
また、第１の電極１３０の一端及び第２の電極１４０の一端を外部電源部と接続する工程をさらに行って、熱電モジュール１００は外部電源部に対して電源の供給または受付が可能である。
【００５４】
また、熱電モジュール１００の一面、すなわち第１のセラミック基板１１０または第２のセラミック基板２１０の一面にヒートシンクを付着する工程をさらに行うことができる。この時、熱電モジュール１００は平滑度を維持できるので、熱電モジュール１００とヒートシンクとの間の接合安定性を確保することができ、放熱効果を増大させることができる。
【００５５】
したがって、本発明の実施形態のように、熱電モジュールを製造するために一度の焼成工程で熱電モジュールをなす各構成要素間の接合工程を行うことができ、熱電モジュールの製造工数を減らすことができる。
【００５６】
また、別途の半田付けなしに各構成要素間の接合をなすことができ、熱電モジュールの材料費を節減すると共に、第１及び第２の電極の層数を単層で構成でき、セラミック基板、電極及び熱電素子間の接合安定性をより一層向上させることができる。これにより、熱電モジュールの高温高湿及び熱衝撃による強い信頼性を確保し、各構成要素間の接触抵抗を低くすることができ、優秀な熱放出効果を期待することができる。
【００５７】
また、第１及び第２のグリーンシート積層体上への電極の形成は、印刷工程のような湿式工程、または蒸着工程のような乾式工程を選択的に用いて行われることができるので、熱電モジュールの設計自由度を高めることができる。
【００５８】
また、第１及び第２のグリーンシート積層体の焼成工程で、第１及び第２の収縮拘束層により第１及び第２のグリーンシート積層体の変形を防止して、熱電モジュール、すなわちセラミック基板、電極及び熱電素子の平滑度を維持することができる。
【００５９】
図５を参照して、本発明の第１の実施形態によって製造された熱電モジュールについて詳しく説明する。
【００６０】
図５を参照して、本発明の第１の実施形態によって製造された熱電モジュールは、相対する第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０と、これらの第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々に接合され、単一層から成る第１及び第２の電極１３０、１４０と、これらの第１及び第２の電極１３０、１４０間に介在して接合された熱電素子１５０とを含むことができる。
【００６１】
ここで、熱電モジュールの各構成、すなわち第１のセラミック基板１１０と第１の電極１３０と、該第１の電極１３０と熱電素子１５０と、該熱電素子１５０と第２の電極１４０と、該第２の電極１４０と第２のセラミック基板２１Oとは焼成工程により一括して接合され、半田付けのような別途の接合部材を要求しない。すなわち、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０と第１及び第２の電極１３０、１４０自体が各々接合部材の役割をすることができる。
【００６２】
第１及び第２の電極１３０、１４０の各々は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含むことができ、第１及び第２の電極１３０、１４０は互いに同じ材料であってもよいが、これに限定するものではない。例えば、第１及び第２の電極１３０、１４０は異なる材料から成ってもよい。この時、第１及び第２の電極１３０、１４０の各々は共通的に接合性を増大させるためにＳｎをさらに含むことができる。
【００６３】
また、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々は、複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成した後焼成工程を経て製造される。そのため、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々は、複数のグリーンシートの焼成によって形成される複数のセラミックシートから成ることができる。
【００６４】
熱電モジュール１００では、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の最外郭層に各々第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０をさらに設けられることができる。これらの第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０は熱電モジュールの製造工程のうち焼成工程で第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の熱変形を防止して、熱電モジュールの平滑度を維持させる役割をすることができる。また、第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０は熱電モジュールの焼成工程後にも残存して、熱電モジュールの表面を保護する役割をさらに行うことができる。
【００６５】
また、熱電モジュール１００では、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々の内部に第１及び第２の収縮拘束層が設けられ、焼成工程で加圧焼成を進行しなくても熱電モジュールの変形を防止することができる。すなわち、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々は、その内部に第１及び第２の収縮拘束層が設けられ、容易な工程によって熱電モジュールの平滑度を維持することができる。
【００６６】
また、示されていないが、第１の電極１３０の一端及び第２の電極１４０の一端は外部電源部と接続され、該外部電源部に対して電源を供給または受けることができる。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、電源を外部電源部へ供給し、冷却装置の役割をする場合は、電源を外部電源部から供給されることができる。
【００６７】
したがって、本発明の実施形態のように、熱電モジュールは、別途の接合部材なしに第１及び第２のセラミック基板と第１及び第２の電極との焼成工程で一括接合工程を通じて製造され、第１及び第２の電極の層数を単層で構成することができ、セラミック基板、電極及び熱電素子間の接合性をさらに向上させることができる。
【００６８】
これにより、熱電モジュールの高温高湿及び熱衝撃による強い信頼性を確保すると共に、各構成要素間の接触抵抗を低くすることができ、優秀な熱放出効果を期待することができる。
【００６９】
図６〜図９は、本発明の第２の実施形態による熱電モジュールの製造工程を示す断面図である。第１及び第２のセラミック基板上に溝を形成するのを除いて、前述の第１の実施形態による熱電モジュールの製造工程と同様で第１の実施形態と反復する説明は省略することにする。
【００７０】
図６を参照して、本発明の第２の実施形態による熱電モジュールの製造するために、まず第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを形成する。第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの外側面に各々第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０をさらに設けることができる。また、第１及び第２の収縮拘束層２１０、２２０は第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの内部にさらに設けられることができる。
【００７１】
第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを形成した後、該第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ各々の内側面に複数の第１及び第２の溝１１１、２１１を形成する。具体的に、第１のグリーンシート積層体１１０ａの内側面に、レーザーマーキングまたはレジストパターンから成るマスクパターン（図示せず）を形成する。続いて、該マスクパターンを利用したレーザー加工を通じて第１のグリーンシート積層体１１０ａ上に選択的に第１の溝１１１を形成する。同様に、第２のグリーンシート積層体２１０ａの内側面に第２の溝２１１を形成する。
【００７２】
続いて、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの内側面に各々第１及び第２の溝１１１、２１１を形成した後、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ各々の表面にラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）表面処理をさらに行うことができる。これにより、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの平坦度を向上させると共に、第１及び第２の溝１１１、２１１を加工する過程で形成された不純物を除去することができる。該ラッピング表面処理では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ及びボロン（ｂｏｒｏｎ）のうちの少なくともいずれか一つの研磨制を用いることができる。
【００７３】
また、表面処理を行った後、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ上に残存する有無機物及び異物を除去するための洗浄工程及び乾燥工程をさらに行うことができる。
【００７４】
続いて、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａに各々第１及び第２の溝１１１、２１１を形成した後、第１及び第２の溝１１１、２１１の内部に導電性ベーストを充填し、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａを形成する。これらの第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａは第１及び第２の溝１１１、２１１に各々収容されることができる。ここで、導電性ペーストは、Ｓｎを含み、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｓｂ及びＺｒのうちのいずれか一つをさらに含むことができる。
【００７５】
ここで、導電性ペーストの充填には、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティング及びメッキ工程を利用することができる。伝導性物質の充填のための他の方法としては、スパッタリング法、Ｅ−ｂｅａｍ法、ＣＶＤ法、コールドスプレー法（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒａｙ）等が挙げられる。
【００７６】
また、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａを形成した後、ラッピング表面処理をさらに行って、該第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａの形成された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａ各々の平坦度をより一層向上させることができる。
【００７７】
図７を参照して、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａを形成した後、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａのうちの少なくともいずれか一つ上に熱電素子１５０を配設する。例えば、第１の予備電極１３０ａ上に熱電素子１５０を配設することができる。該熱電素子１５０は交互に配設されたＰ型半導体１５１とＮ型半導体１５２とを含むことができる。
【００７８】
熱電素子１５０を配設した後、第１及び第２の予備電極１３０ａ、１４０ａのうち熱電素子１５０の配設された予備電極上に他の予備電極を含むグリーンシート積層体を積層する。例えば、熱電素子１５０と第２の電極１４０とが互いに接触するように第１のグリーンシート積層体１１０ａ上に第２のグリーンシート積層体２１０ａを積層する。
【００７９】
図８を参照して、第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを積層した後、該積層された第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａを焼成して、熱電モジュール１００を形成することができる。すなわち熱電モジュール１００とヒートシンクとの間の接合安定性を確保することができ、放熱効果を増大させることができる。
【００８０】
この時、第１の予備電極１３０ａは第１のグリーンシート積層体１１０ａの第１の溝１１１に設けられることによって、焼成工程後に第１の電極１３０は第１のセラミック基板１１０の第１の溝１１１に埋め込まれることができる。これにより、第１の電極１３０と第１のセラミック基板１１０との接合面積を増大させ、熱電素子１５０と第１及び第２の電極１３０、１４０との間の接合安定性を確保することができる。熱電モジュール１００をなす各構成要素間の接合安定性を確保し、電気的抵抗及び熱伝導度を低くすることができるので、熱電モジュール１００の性能指数を高めることができる。これは、熱電モジュール１００の性能指数は、熱伝導度に反比例し、電気伝導度に比例するためである。
【００８１】
また、第１の電極１４１は第１のセラミック基板１１０に埋め込まれるので、第１の電極１４１の厚さ分熱電モジュールの厚さを減らすことができる。また、第１及び第２の電極１３０、１４０は各々第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０に埋め込まれるので、第１及び第２の電極１３０、１４０は各々第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０上から厚さバラツキを減らして、熱電モジュールの平坦度を維持することができる。
【００８２】
図９を参照して、焼成工程で第１及び第２のグリーンシート積層体１１０ａ、２１０ａの変形を防止可能な第１及び第２の収縮拘束層１２０、２２０を除去することができる。
【００８３】
また、示されていないが、第１の電極１３０の一端及び第２の電極１４０の一端を外部電源部と接続する工程をさらに行って、熱電モジュール１００は外部電源部に対して電源を供給するかまたは供給されることができる。
【００８４】
また、熱電モジュール１００の一面、すなわち第１のセラミック基板１１０または第２のセラミック基板２１０の一面にヒートシンクを付着する工程をさらに行うことができる。この時、熱電モジュール１００は平滑度を維持可能で、
熱電モジュール１００とヒートシンクとの間の接合安定性を確保することができ、放熱効果を増大させることができる。
【００８５】
したがって、本発明の実施形態のように、熱電モジュールを製造するために一度の焼成工程で熱電モジュールをなす各構成要素間の接合工程を行うことができ、熱電モジュールの製造工数を減らすことができる。
【００８６】
また、第１及び第２の電極を第１及び第２のセラミック基板に埋め込んで、該第１及び第２のセラミック基板の各々に接合されることができる接合面積を増大させると共に、第１及び第２の電極の各々の厚さバラツキを減らすことができる。また、熱電モジュールの信頼性を向上させ、熱電モジュールの性能指数をさらに効果良く増大させることができる。
【００８７】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態によって製造された熱電モジュールについて具体的に説明する。
【００８８】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態によって製造された熱電モジュールは、相対する第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０と、第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々に接合されて単一層から成る第１及び第２の電極１３０、１４０と、これらの第１及び第２の電極１３０、１４０間に介在されて接合された熱電素子１５０とを含むことができる。
【００８９】
第１及び第２の電極１３０、１４０は各々第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０に埋め込まれることができる。これにより、第１及び第２の電極１３０、１４０は第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０に各々埋設されて、熱電モジュール１００の厚さを減らすと共に、第１及び第２の電極１３０、１４０の厚さバラツキを減らすことができ、熱電モジュール１００の平坦度を維持することができる。また、基板と電極との間の接合面積の増大によって、熱電モジュールの各構成要素間の接合安定性をさらに確保することができる。
【００９０】
第１及び第２のセラミック基板１１０、２１０の各々は、複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成した後焼成工程を経て製造されるので、複数のセラミックシートから成ることができる。
【００９１】
また、熱電モジュール１００は第１及び第２のセラミック基板１１０、２１Oの最外郭層に各々収縮拘束層をさらに設けることができる。または、熱電モジュール１００において、第１及び第２のセラミック基板の各々はその内部に第１及び第２の収縮拘束層を備えることができる。
【００９２】
また、示されていないが、第１の電極１３０の一端及び第２の電極１４０の一端は外部電源部と接続され、外部電源部に対して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、電源を外部電源部へ供給可能で、冷却装置の役割をする場合は、電源を外部電源部から供給されることができる。
【００９３】
したがって、本発明の実施形態のように、熱電モジュールは、別途の接合部材なしに第１及び第２のセラミック基板と第１及び第２の電極との焼成工程で一括接合によって形成されることができ、第１及び第２の電極の層数を単層で構成でき、セラミック基板、電極及び熱電素子間の接合性をさらに向上させることができる。
【００９４】
これにより、熱電モジュールの高温高湿及び熱衝撃による強い信頼性を確保すると共に、各構成要素間の接触抵抗を低くして熱伝導度を高めることができ、熱電モジュールの性能指数を高めて優秀な熱放出効果を期待することができる。
【００９５】
また、熱電モジュールは、収縮拘束層の使用で焼成工程でセラミック基板の変形を防止して、セラミック基板に電極を埋め込んで電極の厚さバラツキを減らすことができ、熱電モジュールの平滑度をさらに効果良く高めることができる。これにより、熱電モジュールの性能指数を高めることができ、熱電モジュールの信頼性を確保することができる。
【００９６】
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】
【００９７】
１００  熱電モジュール
１１０  第１のセラミック基板
１１１  第１の溝
１２０  第１の収縮拘束層
１３０  第１の電極
１４０  第２の電極
１５０  熱電素子
２１０  第２のセラミック基板
２２０  第２の収縮拘束層
２１１  第２の溝
【図１】
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【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】
2012044133.tif 000008
【図７】
2012044133.tif 000009
【図８】
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【図９】
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