(57)【要約】【課題】本発明は、低電圧でも駆動可能な薄型の熱電モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１０、下部電極１２０及び熱電半導体１３０を含み、下部電極１２０の露出した表面全体、熱電半導体１３０の露出した表面の一部及び基板１１０の露出した表面の一部に一体に形成された絶縁層１４０と、熱電半導体１３０の上面一部が露出するように、絶縁層１４０に設けられる接触ホール１４１と、この接触ホール１４１によって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び絶縁層１４０の上面一部に設けられ、該少なくとも二つ以上の熱電半導体間を電気的に接続する上部電極１５０とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、下部電極及び熱電半導体を含み、
前記下部電極の露出した表面全体、前記熱電半導体の露出した表面の一部及び前記基板の露出した表面の一部に、一体に形成された絶縁層と、
前記熱電半導体の上面一部が露出するように、前記絶縁層に設けられる接触ホールと、
前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に設けられ、該少なくとも二つ以上の熱電半導体間を電気的に接続する上部電極と
を、さらに含む熱電モジュール。
【請求項２】
前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられる請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記熱電半導体の厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲で決まる請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられ、その厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲内で決まる請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に一面が接触される異方伝導性フィルムを、さらに含む請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記異方伝導性フィルムの他面に接触される電極パターンが設けられる軟性回路基板を、さらに含む請求項５に記載の熱電モジュール。
【請求項７】
前記熱電半導体は、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とを含み、
前記熱電半導体は、Ｘ軸方向にＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とが交互に配設され、Ｐ型熱電半導体が最初に位置し、Ｎ型熱電半導体が最後に位置するように配列され、
前記下部電極は、Ｘ軸方向に２個ずつの熱電半導体が電気的に直列接続されるように配列され、
前記下部電極及び前記熱電半導体のＸ軸方向への配列から成る第１の配列単位がＸ軸と平行を成しＹ軸方向に繰り返して配置される請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項８】
前記上部電極は、Ｘ軸方向に連続して配列された二つの熱電半導体間を電気的に直列接続する請求項７に記載の熱電モジュール。
【請求項９】
前記上部電極は、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体とを除いた残りの熱電半導体に対して、Ｘ軸方向に連続して配列された二つの熱電半導体間を電気的に直列接続する請求項７に記載の熱電モジュール。
【請求項１０】
前記熱電半導体において、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールを介して、該熱電半導体の表面に一面が接触される異方伝導性フィルムを、さらに含む請求項７に記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
前記異方伝導性フィルムの他面に接触される電極パターンが設けられる軟性回路基板を、さらに含む請求項１０に記載の熱電モジュール。
【請求項１２】
前記下部電極または前記上部電極の厚さは、１〜５μｍで、
前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間した位置に形成される請求項１に記載の熱電モジュール。
【請求項１３】
基板に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極上に熱電半導体を形成するステップと、
前記基板、下部電極及び熱電半導体上に絶縁層を形成するステップと、
前記熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、
前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に接触され、該二つ以上の熱電半導体間を電気的に接続する上部電極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１４】
前記熱電半導体を形成するステップは、
揮発性樹脂及び熱電半導体材料を含むペーストを前記下部電極上に印刷して、１０〜５０μｍの厚さを有する熱電半導体を形成する請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記熱電半導体を形成するステップは、
前記下部電極上に熱電半導体をスパッタリングまたはＥビーム方式で蒸着して１〜５μｍの厚さを有する熱電半導体を形成する請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられ、その厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲で決まる請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁層を形成するステップは、
前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁フィルムを真空接着する請求項１４に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁層を形成するステップは、
前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に酸化膜を形成する請求項１５に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記接触ホールを形成するステップは、
前記絶縁層で熱電半導体の上面一部をエッチングする請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記接触ホールを形成するステップの後に、
前記接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に異方伝導性フィルムの一面を接触させるステップを、さらに含む請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記接触ホールを形成するステップの後に、
前記接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に異方伝導性フィルムの一面を接触させ、電極パターンの設けられる軟性回路基板を前記異方伝導性フィルムの他面に接触させるステップを、さらに含む請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２２】
前記下部電極または前記上部電極の厚さは、１〜５μｍで、
前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間した位置に形成される請求項１３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２３】
基板に下部電極を形成し、該下部電極上にＰ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体を形成するステップと、
前記基板、前記下部電極、前記Ｐ型熱電半導体及び前記Ｎ型熱電半導体上に絶縁層を形成するステップと、
前記Ｐ型熱電半導体及び前記Ｎ型熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、
前記接触ホールによって露出したＰ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体の表面並びに前記絶縁層の上面一部に接触され、前記Ｐ型熱電半導体と前記Ｎ型熱電半導体とを電気的に接続する上部電極を形成するステップとを含み、
前記熱電半導体は、Ｘ軸方向にＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とが交互に配設され、Ｐ型熱電半導体が最初に位置し、Ｎ型熱電半導体が最後に位置するように配列され、
前記下部電極は、Ｘ軸方向に２個ずつの熱電半導体が電気的に直列接続されるように配列され、
前記下部電極及び前記熱電半導体のＸ軸方向への配列から成る第１の配列単位がＸ軸と平行を成しＹ軸方向に繰り返して配置される熱電モジュールの製造方法。
【請求項２４】
前記上部電極を形成するステップは、
Ｘ軸方向に連続して配列された二つの熱電半導体間が電気的に直列接続されるように上部電極を形成する請求項２３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２５】
前記上部電極を形成するステップは、
前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体とを除いた残りの熱電半導体に対して、Ｘ軸方向に連続して配列された二つの熱電半導体間を電気的に直列接続するように上部電極を形成する請求項２３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２６】
前記接触ホールを形成するステップの後に、
前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールによって露出した熱電半導体の表面に、異方伝導性フィルムの一面を接触させるステップを、さらに含む請求項２３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２７】
前記接触ホールを形成するステップの後に、
前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールによって露出した熱電半導体の表面に、異方伝導性フィルムの一面を接触させ、電極パターンが設けられる軟性回路基板を前記異方伝導性フィルムの他面に接触させるステップを、さらに含む請求項２３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２８】
前記下部電極または前記上部電極の厚さは、１〜５μｍで、
前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間した位置に形成される請求項２３に記載の熱電モジュールの製造方法。
【請求項２９】
基板に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極上に熱電半導体を形成するステップと、
前記熱電半導体の上面内部に離形部を形成するステップと、
前記基板、前記下部電極、前記熱電半導体及び前記離形部上に絶縁層を形成するステップと、
前記離形部を取り除いて、前記熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、
前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に接触され、該二つ以上の熱電半導体間を電気的に接続する上部電極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。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギー使用の急増に伴って、地球の温暖化による天候変化やエネルギ枯渇の問題が深刻になっている。
【０００３】
最近、このような問題を解決するための対応策として、新再生エネルギ開発及び熱電素子開発プログラムが世界的に活発に進められている。
【０００４】
ところで、殆どの装備や電子機器は、熱力学的にカルノーサイクル（Ｃａｒｎｏｔ  ｃｙｃｌｅ）の限界を克服することができず、投入されたエネルギの大部分が不必要に捨てられている。そのため、捨てられる熱エネルギを再び用いて新しい領域に応用することが好適な対策になるべきである。
【０００５】
熱電現象とは、熱と電気との間の可逆的かつ直接的なエネルギ変換を意味し、材料内の電子及び正孔（ホール）の移動に伴って発生することである。外部から印加された電流によって形成された両端の温度差を用いて冷却分野に応用するペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）と、材料両端の温度差によって発生する起電力とを用いて、発電分野に応用するゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ  ｅｆｆｅｃｔ）とに区分される。
【０００６】
ＩＴ産業の発達に伴って、電子部品の小型化、高電力化、高集積化、スリム化などが可能になり、それに伴って発熱量が増加しており、該発生された熱は電子機器の誤作動を引き起こすか効率を落とすような重要な要因として作用している。このような問題を解決するために、熱電素子の冷却機能を活用しようとする試みが行われている。また、熱電素子の長所となる無騒音、早い冷却速度、局所冷却、親環境性などを考慮する時、今後の応用拡大が期待される。
【０００７】
また、発電分野においても自動車、廃棄物焼却炉、鍛造工場、発電所、地熱、電子機器、体温などで捨てられる多くの廃熱を用いて、電気的に再生産しようとする労力が世界的に盛んに行われている実情である。特に、熱電発電は、体積発電であって他の発電との融合が可能で、今後の応用可能性の拡大がさらに期待される。
【０００８】
また、電気エネルギを生産する過程で、汚染物質が放出されなく、親環境性にも応じ、これから熱電発電の速度は加速化されることと予想される。
【０００９】
ただ、熱電冷却及び発電の商用化は、世界的に普遍化されていなく、その研究も国家出演研究機関や学界の小規模実験室規模で行われている実情である。
【００１０】
しかし、最近、エネルギ関連資源原価の急騰による諸般問題及び環境汚染問題などを解決するため、熱電素子及びモジュールへの多い研究が行われており、その応用可能性、長所などを考慮して、未来の市場は大きいといえる。
【００１１】
このような状況に応じて、本発明では、熱電素子の応用性極大化のために、熱電素子及びモジュールの効率を極大化させる、最適の設計を提案しようとする。
【００１２】
一般的な熱電装置は、熱電素子、電極、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）で構成されたモジュール部と、該モジュールにＤＣ電源を供給する電源部とから構成される。図１は、一般的な熱電モジュールの構成を示す一部切欠斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、熱電素子（ｔｈｅｒｍｏ-ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｌｅｍｅｎｔ）には一般にＮ型及びＰ型半導体が用いられ、複数対を成すＮ型及びＰ型半導体を平面に配設し、これらを金属電極を用いて直列接続することによって、熱電モジュールを構成する。
【００１４】
同図のように、従来の一般的な熱電モジュールは、基本的に、熱電素子、金属電極、セラミック基板を含んで構成され、これを単一モジュールと称する。
【００１５】
一方、従来の一般的な熱電モジュールは、熱電素子の厚さが比較的厚く、これによって吸熱部から放熱部への熱の移動経路が短くなるという限界がある。そのため、放熱性能や加熱性能を向上させるのに限界があった。したがって、薄型熱電モジュールへの要求が大きくなっている。
【００１６】
特許文献１には、基板と電極との間にスクリーン印刷法によって形成された絶縁層を有する熱電モジュールが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１０−０１１６７４７号公報
【特許文献２】韓国公開特許第１０−２００４−００５６３６９号公報
【特許文献３】韓国公開特許第１０−２００５−００２７６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１に記載の技術をはじめて従来の一般的な技術で、薄型の熱電モジュールを具現しようとする場合、熱電半導体の形成及び上下部電極間の結合が難しく、上下部電極間の距離が著しく細くなることによって、絶縁性を確保しにくいという問題があった。
【００１９】
また、従来には、複数の熱電半導体を電気的に接続するに当って、電極をジグザグで配置したが、これによって熱電半導体の数が数個〜数十個になる場合にも、陰極端子及び陽極端子を一つずつ設けて電源を印加しなければならなかった。
【００２０】
このような場合、各々の熱電半導体を駆動するに必要な駆動電圧をＶ１とし、熱電モジュールを構成する熱電半導体の数をＮとすると、Ｎ×Ｖ１分の電源が該陰極端子と該陽極端子との間に印加されればこそ、熱電モジュールが駆動されるという限界があった。
【００２１】
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、薄型の熱電モジュール及びその製造方法を提供することに、その目的がある。
【００２２】
また、本発明の他の目的は、低電圧でも駆動可能な熱電モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を解決するために、本発明による熱電モジュールは、基板と、下部電極と、熱電半導体とを含み、前記下部電極の露出した表面全体、前記熱電半導体の露出した表面の一部及び前記基板の露出した表面の一部に一体に形成された絶縁層と、前記熱電半導体の上面一部が露出するように前記絶縁層に設けられる接触ホールと、前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に設けられて、該少なくとも二つ以上の熱電半導体間を電気的に接続する上部電極とを、さらに含む。
【００２４】
前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられる。
【００２５】
また、前記熱電半導体の厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲で決まる。
【００２６】
また、前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられ、その厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲内で決まる。
【００２７】
また、前記接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に一面が接触される異方伝導性フィルムを、さらに含む。
【００２８】
前記異方伝導性フィルムの他面に接触される電極パターンが設けられる軟性回路基板を、さらに含む。
【００２９】
また、本発明による熱電モジュールにおいて、前記熱電半導体は、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とを含み、前記熱電半導体は、Ｘ軸方向にＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とが交互に配設され、Ｐ型熱電半導体が最初に位置し、Ｎ型熱電半導体が最後に位置するように配列され、前記下部電極は、Ｘ軸方向に２個ずつの熱電半導体が電気的に直列接続されるように配列され、前記下部電極及び熱電半導体のＸ軸方向への配列から成る第１の配列単位がＸ軸と平行を成しＹ軸方向に繰り返して配置される。
【００３０】
前記上部電極は、Ｘ軸方向に連続するように配列された二つの熱電半導体を電気的に直列接続する。
【００３１】
また、前記上部電極は、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体とを除いた残りの熱電半導体に対して、Ｘ軸方向に連続するように配列された二つの熱電半導体を電気的に直列接続する。
【００３２】
また、前記熱議半導体で、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールを介して熱電半導体の表面に一面が接触される異方伝導性フィルムを、さらに含む。
【００３３】
前記異方伝導性フィルムの他面に接触される電極パターンが設けられる軟性回路基板を、さらに含む。
【００３４】
また、前記下部電極または上部電極の厚さは、１〜５μｍで、前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間された位置に形成される。
【００３５】
また、本発明による熱電モジュールの製造方法は、基板に下部電極を形成するステップと、前記下部電極上に熱電半導体を形成するステップと、前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁層を形成するステップと、前記熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に接触され、二つ以上の熱電半導体を電気的に接続する上部電極を形成するステップとを含む。
【００３６】
前記熱電半導体を形成するステップは、揮発性樹脂及び熱電半導体材料を含むペーストを前記下部電極上に印刷して、１０〜５０μｍの厚さを有する熱電半導体を形成する。
【００３７】
また、前記熱電半導体を形成するステップは、前記下部電極上に熱電半導体をスパッタリングまたはＥビーム（Ｅ−Ｂｅａｍ）方式で蒸着して１〜５μｍの厚さを有する熱電半導体を形成する。
【００３８】
また、前記熱電半導体は、１〜５０μｍの厚さで前記下部電極上に設けられ、その厚さは、水平断面積の０．１〜１倍の範囲内で決まる。
【００３９】
また、前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁層を形成するステップは、前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁フィルムを真空接着する。
【００４０】
また、前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に絶縁層を形成するステップは、前記基板、前記下部電極及び前記熱電半導体上に酸化膜（Ｏｘｉｄｅ）を形成する。
【００４１】
また、前記接触ホールを形成するステップは、前記絶縁層で熱電半導体の上面一部をエッチングする。
【００４２】
また、前記接触ホールを形成するステップの後に、該接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に異方伝導性フィルムの一面を接触させるステップを、さらに含む。
【００４３】
また、前記接触ホールを形成するステップの後に、該接触ホールによって露出した少なくとも一つの熱電半導体の表面に異方伝導性フィルムの一面を接触させ、電極パターンが設けられる軟性回路基板を前記異方伝導性フィルムの他面に接触させるステップを、さらに含む。
【００４４】
また、前記下部電極または前記上部電極の厚さは、１〜５μｍになるようにし、前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間された位置に形成されるようにする。
【００４５】
また、本発明による熱電モジュールの製造方法は、基板に下部電極を形成して、前記下部電極上にＰ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体を形成するステップと、前記基板、前記下部電極、前記Ｐ型熱電半導体及び前記Ｎ型熱電半導体上に絶縁層を形成するステップと、前記Ｐ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、前記接触ホールによって露出したＰ型熱電半導体及びＮ型熱電半導体の表面並びに前記絶縁層の上面一部に接触されて前記Ｐ型熱電半導体及び前記Ｎ型熱電半導体を電気的に連結する上部電極を形成するステップとを含み、前記熱電半導体は、Ｘ軸方向にＰ型熱電半導体とＮ型熱電半導体とが交互に配設され、該Ｐ型熱電半導体が最初に位置し、該Ｎ型熱電半導体が最後に位置するように配列され、前記下部電極は、Ｘ軸方向に２個ずつの熱電半導体が電気的に直列接続されるように配列され、前記下部電極及び熱電半導体のＸ軸方向への配列から成る第１の配列単位がＸ軸と平行を成しＹ軸方向に繰り返して配置されるようにする。
【００４６】
前記上部電極を形成するステップは、Ｘ軸方向に連続するように配列された二つの熱電半導体が電気的に直列接続されるように上部電極を形成する。
【００４７】
また、前記上部電極を形成するステップは、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体とを除いた残りの熱電半導体に対して、Ｘ軸方向に連続するように配列された二つの熱電半導体を電気的に直列接続する上部電極を形成する。
【００４８】
また、前記接触ホールを形成するステップの後に、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールによって露出した熱電半導体の表面に、異方伝導性フィルムの一面を接触させるステップを、さらに含む。
【００４９】
また、前記接触ホールを形成するステップの後に、前記第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体と前記第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体との上面に設けられた接触ホールによって露出した熱電半導体の表面に、異方伝導性フィルムの一面を接触させ、電極パターンが設けられる軟性回路基板を前記異方伝導性フィルムの他面に接触させるステップを、さらに含む。
【００５０】
また、前記下部電極または前記上部電極の厚さは、１〜５μｍになるようにし、前記絶縁層の上面は、前記熱電半導体の上面を基準にして垂直方向に１０μｍ以下離間された位置に形成されるようにする。
【００５１】
また、本発明による熱電モジュールの製造方法は、基板に下部電極を形成するステップと、該下部電極上に熱電半導体を形成するステップと、前記熱電半導体の上面内部に離形部を形成するステップと、前記基板、下部電極、熱電半導体及び離形部上に絶縁層を形成するステップと、前記離形部を取り除いて、前記熱電半導体の上面を露出させる接触ホールを形成するステップと、前記接触ホールによって露出した少なくとも二つ以上の熱電半導体の表面及び前記絶縁層の上面一部に接触され、二つ以上の熱電半導体を電気的に接続する上部電極を形成するステップとを含む。
【発明の効果】
【００５２】
前記のように構成された本発明の熱電モジュールによれば、薄膜型で具現されるので、放熱効率が向上すると共に、チップと一緒に実装される場合、これを含む電気電子装置の小型化に有利であるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明の熱電モジュールによれば、熱電半導体と電源端子との接続部がより効率的に具現され、該接続部の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、一つの熱電モジュールの一側に各々同じ電圧が印加される並列形態の配列単位が具備されることによって、従来より低い電圧で多数の熱電半導体を駆動することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来の一般的な熱電モジュールの構造を概略的に示す摸式図である。
【図２】本発明の一実施形態による熱電モジュールを概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による熱電モジュールを概略的に示す垂直断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による熱電モジュールの適用例を示す垂直断面図である。
【図５ａ】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工程斜視図である。
【図５ｂ】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工程斜視図である。
【図５ｃ】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工程斜視図である。
【図５ｄ】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工程斜視図である。
【図５ｅ】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工程斜視図である。
【図５ｆ】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工程斜視図である。
【図５ｇ】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工程斜視図である。
【図６ａ】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工程斜視図である。
【図６ｂ】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工程斜視図である。
【図６ｃ】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工程斜視図である。
【図６ｄ】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工程斜視図である。
【図６ｅ】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工程斜視図である。
【図６ｆ】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工程斜視図である。
【図６ｇ】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工程斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
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、本発明は以下に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。
【００５７】
本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。
【００５８】
以下、添付図面を参照して、本発明の構成及び作用効果について説明する。
【００５９】
図２は、本発明の一実施形態による熱電モジュールを概略的に示す斜視図で、図３は、本発明の一実施形態による熱電モジュールを概略的に示す垂直断面図である。
【００６０】
図２及び図３に示すように、本発明の一実施形態による熱電モジュールは、基板１１０、下部電極１２０、熱電半導体１３０及び上部電極１５０を含む。
【００６１】
前記基板１１０は、熱電モジュールを支持すると共に、放熱または吸熱の対象と接触して吸熱または放熱する作用を行うものであって、一般的な熱電モジュールで用いられるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料からなる。
【００６２】
下部電極１２０は、基板１１０上に多様な方式で形成され、熱電半導体１３０に電源を供給するか、または熱電半導体１３０が電気的に接続する働きを果たすもので、スクリーンプリント（Ｓｃｒｅｅｎ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方式によって設けられる。
【００６３】
本発明の一実施形態による熱電モジュールは、薄膜型状に具現される。このような本発明の特徴に応じるためには、下部電極１２０も薄膜に設けられることが望ましい。このため、スパッタリング(Ｓｕｐｔｔｅｒｉｎｇ）またはＥビーム（Ｅ-Ｂｅａｍ）方式で蒸着されることが望ましい。
【００６４】
また、望ましくは、下部電極１２０の厚さは、１〜５μｍの範囲にある。
【００６５】
熱電半導体１３０は、下部電極１２０上に形成され、電気エネルギによって熱を移すか、または上下部の温度差によって電気エネルギを発生させる。
【００６６】
熱電半導体１３０は、Ｐ型熱電半導体１３１及びＮ型熱電半導体１３２を備え、薄膜型熱電モジュールを具現するために、望ましくは、１〜５０μｍの厚さで設けられる。
【００６７】
熱電半導体１３０は、熱処理によって揮発される特性を有する樹脂と熱電半導体１３０の材料とを混合したペーストを、スクリーンプリント方法で、下部電極１２０上にコーティングして設けられる。
【００６８】
また、スパッタリングまたはＥビーム方式で５μｍ以下の厚さを有する熱電半導体１３０が、下部電極１２０上に設けられる。
【００６９】
熱電半導体１３０の水平断面積に対する厚さ、すなわち厚さ／断面積は、０．１〜１の範囲にある。この範囲を超過する場合、熱伝導度が減少して冷却効率が減少し、該範囲未満の場合、上部電極１５０と下部電極１２０との間で直接に熱伝達が行われるので、冷却効率が減少する。
【００７０】
絶縁層１４０は、基板１１０、下部電極１２０及び熱電半導体１３０上に設けられ、ショット現象を防止すると共に熱電半導体１３０などを保護する。
【００７１】
また、絶縁層１４０は、熱電モジュールの薄膜化のために、３０〜６０μｍの厚さの絶縁フィルムを真空接着方式で接着して設けられる。
【００７２】
成形特性、機械的特性が優秀で、材料原価が比較的安価なエポキシモールディングコンパウンド（Ｅｐｏｘｙ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）をコーティングする方式で、絶縁層１４０が設けられてもよい。
【００７３】
また、絶縁層１４０は、プラズマエンハンスドＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法を用いる酸化膜形成方法で設けられてもよい。この方法によって、厚さ５μｍの絶縁層１４０を形成するのが熱電モジュールの薄膜化に有利である。
【００７４】
一方、絶縁層１４０は、基板１１０、下部電極１２０及び熱電半導体１３０の露出した上面全体に一括して形成される。熱電半導体１３０の上面は、上部電極１５０によって電気的に接続されなければならないので、熱電半導体１３０の上面に設けられた絶縁層１４０には、接触ホール１４１が設けられるのが望ましい。
【００７５】
この接触ホール１４１は、絶縁層１４０の一括形成後、エッチング方式で、露出が必要な領域の絶縁層１４０を取り除くことによって形成される。
【００７６】
また、絶縁層１４０を形成する前に、接触ホール１４１が設けられる箇所に離形部１４２を形成し、絶縁層１４０が形成された後に、該離形部１４２を取り除いて接触ホール１４１を形成する。
【００７７】
接触ホール１４１は、熱電半導体１３０の上面全体または一部に形成される。上部電極１５０と下部電極１２０との間のショット現象を防止するために、接触ホール１４１は、熱電半導体１３０の上面の中心部領域に形成されることが望ましい。
【００７８】
上部電極１５０は、絶縁層１４０の表面及び接触ホール１４１に形成され、熱電半導体１３０を電気的に接続する。
【００７９】
熱電モジュールの薄膜化のために、上部電極１５０の厚さは、１〜５μｍの範囲を有するのが望ましい。また、上部電極１５０は、前述の下部電極１２０の具現方法と同様に、スクリーンプリント方式、スパッタリング、Ｅビームなどの蒸着方式を用いて設けられてもよい。
【００８０】
また、熱電モジュールの両端に位置する熱電半導体１３０の接触ホール１４１には、異方伝導性フィルム１６０（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ：ＡＣＦ）が付着される。従来は、半田付け方式などで電源線（図１中の６０）と電極（図１中の２０）との間を電気的に接続する方法が主に用いられたが、薄膜化及び電源線接続部の信頼性を考慮して、異方伝導性フィルム１６０を用いて電源を接続するのが望ましい。
【００８１】
また、本発明の一実施形態による熱電モジュールは、熱電半導体１３０の上面に接触ホール１４１が設けられる。このような接触ホール１４１と電極パターン１７１とを直接接続する場合にも、異方伝導性フィルム１６０のフィーラによる伝導性確保が可能な異方伝導性フィルム１６０を適用するのが望ましい。
【００８２】
すなわち、熱電半導体１３０の表面には、異方伝導性フィルム１６０の一面が付着され、異方伝導性フィルム１６０の他面には、電極パターン１７１が接触することによって、該電極パターン１７１を通じて供給される電源が熱電半導体１３０に伝達されるようにすることが望ましい。
【００８３】
電極パターン１７１は、軟性印刷回路基板１７０（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ：ＦＰＣＢ）に形成された状態で、異方伝導性フィルム１６０に接触される。
【００８４】
前記熱電半導体１３０は、Ｐ型熱電半導体１３１とＮ型熱電半導体１３２とを含む。
【００８５】
通常、熱電モジュールは、数個〜数百個の熱電半導体１３０の組合せで構成される。従来の一般的な熱電モジュールは、一つの熱電モジュールを成す熱電半導体を全て直列接続し、該直列接続された熱電半導体の中、一端及び他端に位置する熱電半導体と接続される電極にリード部などを備え、一つの＋電源端子及び一つの−電源端子を各々接続することによって電源を供給する仕組みを採用していた。
【００８６】
しかし、前記のような方式は、数多の熱電半導体を駆動するための電圧が＋電源端子及び−電源端子を通じて印加されなければならないため、相対的に高電圧を印加して熱電半導体１３０の放熱または吸熱の機能が具現していた。
【００８７】
このような問題を解決するために、本発明の一実施形態による熱電モジュールは、低電圧駆動が可能になるように、熱電半導体１３０、下部電極１２０及び上部電極１５０から成る第１の配列単位を並列で配置し、該第１の配列単位の各々に電圧が印加されるような熱電モジュールを提供する。
【００８８】
図２及び図３を参照して、Ｘ軸方向にＰ型熱電半導体１３１とＮ型熱電半導体１３２と交互に配設され、Ｐ型熱電半導体１３１が最初に位置し、Ｎ型熱電半導体１３２が最後に位置するように配列される。下部電極１２０は、Ｘ軸方向に２個ずつの熱電半導体１３０が電気的に直列接続されるように配列され、下部電極１２０及び熱電半導体１３０のＸ軸方向への配列から成る第１の配列単位がＸ軸と平行を成しＹ軸方向に繰り返して配置される。
【００８９】
上部電極１５０は、Ｘ軸方向に連続して配列された二つの熱電半導体１３０を電気的に直列接続する。第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体１３１と該第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体１３２とを除いた残りの熱電半導体１３０を電気的に直列接続する。
【００９０】
また、第１の配列単位の一端に位置するＰ型熱電半導体１３１と該第１の配列単位の他端に位置するＮ型熱電半導体１３２との上面に設けられた接触ホール１４１を介して、熱電半導体１３０の表面には異方伝導性フィルム１６０が貼り付けられる。
【００９１】
また、異方伝導性フィルム１６０の他面に接触される電極パターン１７１を結合することによって、各々の第１の配列単位を成す熱電半導体１３０だけ駆動する電圧を印加するようにして、従来より低電圧でも熱電モジュールを駆動するようになる。
【００９２】
図４は、本発明の一実施形態による熱電モジュールの適用例を示す垂直断面図である。
【００９３】
図４を参照して、本発明の一実施形態による熱電モジュールは、従来の一般的な熱電モジュールに比べて極めて薄い厚さで具現され、放熱効率が優れ、本発明の一実施形態による熱電モジュールを放熱手段として備えて電機電子装置を具現する場合、スリム化が可能になる。
【００９４】
図５ａ〜図５ｇは各々、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工程斜視図である。
【００９５】
以下、図５ａ〜図５ｇ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について詳記する。
【００９６】
まず、図５ａに示すように、基板１１０に下部電極１２０を形成する。
【００９７】
熱電モジュールの薄膜化のために、下部電極１２０は望ましくは、スパッタリングまたはＥビーム方式で１〜５μｍの厚さで蒸着されて設けられる。
【００９８】
続いて、図５ｂに示すように、下部電極１２０上に熱電半導体１３０を形成する。
【００９９】
熱電半導体１３０は、熱処理によって揮発される特性を有する樹脂と熱電半導体１３０の材料とを混合したペーストを、スクリーンプリント方法で下部電極１２０上にコーティングして設けられる。
【０１００】
また、スパッタリングまたはＥビーム方式で５μｍ以下の厚さを有する熱電半導体１３０が、下部電極１２０上に設けられる。
【０１０１】
熱電半導体１３０の水平断面積に対する厚さ、すなわち厚さ／断面積は、０．１〜１の範囲にある。この範囲を超過する場合、熱伝導度が減少して冷却効率が減少し、この範囲未満の場合、上部電極１５０と下部電極１２０との間で直接的な熱伝達が行われ、冷却効率も減少する。
【０１０２】
続いて、図５ｃに示すように、基板１１０、下部電極１２０及び熱電半導体１３０上に絶縁層１４０を形成する。
【０１０３】
絶縁層１４０は、３０〜６０μｍの厚さの絶縁フィルムを真空接着方式で接着して設けられる。
【０１０４】
また、プラズマエンハンスドＣＶＤ法を通じる酸化膜形成方法で、５μｍの厚さの絶縁層１４０を設ける。
【０１０５】
続いて、図５ｄに示すように、熱電半導体１３０の上面を露出させる接触ホール１４１を形成する。
【０１０６】
この接触ホール１４１は、絶縁層１４０の一括形成後、エッチング方式で、露出が必要な領域の絶縁層１４０を取り除いて設けられる。
【０１０７】
続いて、図５ｅに示すように、上部電極１５０を形成する。
【０１０８】
熱電モジュールの薄膜化のために、上部電極１５０の厚さは１〜５μｍの範囲を有するのが望ましい。この上部電極１５０は、前述の下部電極１２０の具現方法と同様に、スクリーンプリント方式、スパッタリング、Ｅビーム義蒸着方式を適用して設けられる。
【０１０９】
続いて、図５ｆ及び図５ｇに示すように、接触ホール１４１によって露出した少なくとも一つの熱電半導体１３０の表面に、異方伝導性フィルム１６０の一面を接触させ、電極パターン１７１の設けられる軟性回路基板１７０を該異方伝導性フィルム１６０の他面に接触させる。
【０１１０】
前述のように、熱電半導体１３０及び上下部電極から成る第１の配列単位を並列で配置し、異方伝導性フィルム１６０の他面に接触される電極パターン１７１を設けて、第１の配列単位の各々に電圧が印加されるようにする。
【０１１１】
これによって、各々の第１の配列単位を成す熱電半導体１３０だけ駆動する電圧を印加するようにして、従来より低電圧でも熱電モジュールを駆動するようになる。
【０１１２】
図６ａ〜図６ｇは各々、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工程斜視図である。
【０１１３】
まず、熱電半導体１３０の上面に離形部１４２を形成し（図６ｃ）、 絶縁層１４０を形成した後（図６ｄ）、該離形部１４２を取り除いて、図６Ｅに示すように接触ホール１４１を設ける（図６ｅ）。
【０１１４】
他の過程は、前述の図５ａ〜図５ｇでの説明と同様なので、重複する説明は略する。
【０１１５】
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】
【０１１６】
１０  基板
２０  下部電極
５０  熱電半導体
６０  電源線
１１０  基板
１２０  下部電極
１３０  熱電半導体
１３１  Ｐ型熱電半導体
１３２  Ｎ型熱電半導体
１４０  絶縁層
１４１  接触ホール
１４２  離形部
１５０  上部電極
１６０  異方伝導性フィルム
１７０  軟性印刷回路基板
１７１  電極パターン
【図１】
2013074291.tif 000003
【図２】
2013074291.tif 000004
【図３】
2013074291.tif 000005
【図４】
2013074291.tif 000006
【図５ａ】
2013074291.tif 000007
【図５ｂ】
2013074291.tif 000008
【図５ｃ】
2013074291.tif 000009
【図５ｄ】
2013074291.tif 000010
【図５ｅ】
2013074291.tif 000011
【図５ｆ】
2013074291.tif 000012
【図５ｇ】
2013074291.tif 000013
【図６ａ】
2013074291.tif 000014
【図６ｂ】
2013074291.tif 000015
【図６ｃ】
2013074291.tif 000016
【図６ｄ】
2013074291.tif 000017
【図６ｅ】
2013074291.tif 000018
【図６ｆ】
2013074291.tif 000019
【図６ｇ】
2013074291.tif 000020