(57)【要約】  実施例による熱電素子は、第１基板；前記第１基板上に配置される第１電極部；前記第１電極部上に配置される熱電半導体；前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、前記第２基板は、第１面；及び前記第１面と対向する第２面を含み、前記第１面には前記第２電極部が配置され、前記第２面には前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、前記第２基板は、前記ターミナル電極部と前記第２電極部との間に形成される。【選択図】図１
2020515051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板；
前記第１基板上に配置される第１電極部；
前記第１電極部上に配置される熱電半導体；
前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び
前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、
前記第２基板は、
第１面；及び
前記第１面と対向する第２面を含み、
前記第１面には、前記第２電極部が配置され、
前記第２面には、前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、
前記第２基板は、前記ターミナル電極部と前記第２電極部との間に形成される貫通孔を含む。
【請求項２】
前記ターミナル電極部は、前記第２電極部の少なくとも一つが前記第２基板の側面に沿って延びて配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第２基板は、前記ターミナル電極部を形成するための連結孔をさらに含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記第１面及び前記第２面を連結する第３面をさらに含み、
前記ターミナル電極部は、前記第１面から前記第３面及び前記第２面方向に延びて配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記貫通孔の幅のサイズは、前記ターミナル電極部と前記ターミナル電極部と最も隣接した前記第２電極部との間の距離のサイズに対して４０％ないし６０％である、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記貫通孔には、バッファ部材が配置され、
前記バッファ部材は、ポリイミドまたはパリレンを含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
第１基板；
前記第１基板上に配置される第１電極部；
前記第１電極部上に配置される熱電半導体；
前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び
前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、
前記第２基板は、
第１面；及び
前記第１面に対向する第２面を含み、
前記第１面には、前記第２電極部が配置され、
前記第２面には、前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、
前記第２基板は、前記第２電極部が配置される第１領域及び前記ターミナル電極部が配置される第２領域を含み、
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さより大きい熱電素子。
【請求項８】
前記第２領域の熱伝導性は、前記第１領域の熱伝導性より低い、請求項７に記載の熱電素子。
【請求項９】
前記第２領域は、異方的な熱伝導度を有する、請求項７に記載の熱電素子。
【請求項１０】
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さに対して１．５ないし３倍である、請求項７に記載の熱電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、熱電素子に関する。
【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り、熱と電気の間の直接的なエネルギー変換を意味する。
【０００３】
熱電素子は、熱電現象を用いる素子を総称し、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料を金属電極の間に接合させて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用いる素子、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用いる素子、電流による吸熱または発熱が発生する現象であるペルチェ効果を用いる素子などに区分することができる。
【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。これによって、熱電素子の熱電性能に対する要求はさらに高くなっている。
【０００６】
このような熱電素子は、配線電極、すなわち、ターミナルワイヤを介して電流の供給を受けることができ、例えば、上部または下部基板上に配線電極を熱電素子の電極層と連結することができる。
【０００７】
しかし、熱電素子が小型化されるほど配線電極と電極層との連結不良が増加され得る。
【０００８】
このような、不良の問題を解消するために配線電極の代わりに基板にターミナルパッド部分を広く形成して、外部回路とはんだ付けで接続する方法が用いられることもある。しかし、このような場合は、外部基板を広く形成する必要があるため、素子の総面積が広くなって、面積に対して性能が低くなるという問題点がある。
【０００９】
また、このような問題点を解決するために、ターミナルワイヤの代わりに下部基板上にポスト（ｐｏｓｔ、金属柱）を配置した後、配線電極を介して外部電源と熱電素子をワイヤボンディングする方法が用いられることもある。
【００１０】
しかし、このような場合でも、下部基板が上部基板より広く形成する必要があるため、面積に対して性能が低くなるという問題点がある。
【００１１】
また、このような問題点を解決するために、上部基板上の配線電極を介して外部電源と熱電素子をワイヤボンディングすることができるが、この場合、吸熱部として作用する部分に配線電極が配置されるので、電流の供給に応じて発生する可能性がある熱または配線電極で発生する熱によって吸熱部の性能が低下するという問題点が発生することがある。
【００１２】
したがって、上記のような問題点を解決することができる新しい構造の熱電素子が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
実施例は、ターミナルワイヤボンディング不良を防止することができ、向上した効率を有しながら小型化を実現することができる熱電素子を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
実施例による熱電素子は、第１基板；前記第１基板上に配置される第１電極部；前記第１電極部上に配置される熱電半導体；前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、前記第２基板は、第１面；及び前記第１面と対向する第２面を含み、前記第１面には前記第２電極部が配置され、前記第２面には前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、前記第２基板は、前記ターミナル電極部と前記第２電極部との間に形成される。
【発明の効果】
【００１５】
実施例による熱電素子は、ターミナル電極部から第２電極部方向に移動する熱を減少させることができる。
【００１６】
詳しくは、配線電極が配置されるターミナル電極部で発生する熱は、前記第２電極部方向に移動され得るが、実施例による熱電素子は、貫通孔及び貫通孔内部に充填されるバッファ部材によって前記ターミナル電極部と前記第２電極部を離隔させることによって、前記第２電極部方向に移動される熱量を減少させることができる。
【００１７】
したがって、前記熱によって冷却部として作用する第２基板で冷却性能が低下することを減少させることができる。
【００１８】
また、実施例による熱電素子は、ターミナル電極部が配置される領域の厚さを第２電極部が配置される領域の厚さより大きくすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域の熱伝導性を前記第２電極部が配置される領域の熱伝導性より低くすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域から垂直方向に移動される熱伝導を減少させることができる。
【００１９】
これによって、ターミナル電極部が配置される領域の段差部によってターミナル電極部と配線電極をボンディングするとき、フレームとの段差による機械的衝撃を緩和することができるので、熱電素子の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、垂直方向への熱伝達を減少させて、ターミナル電極及び配線電極で発生する熱が第２電極部方向に移動される熱量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例による熱電素子の一断面図を示した図である。
【図２】第１実施例による熱電素子の下部基板の一平面図を示した図である。
【図３】第１実施例による熱電素子の上部基板の一平面図を示した図である。
【図４】図３のＡ領域を拡大して示した拡大図である。
【図５】第１実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図６】第１実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図７】第２実施例による熱電素子の上部基板の一平面図を示した図である。
【図８】図７のＢ領域を拡大して示した拡大図である。
【図９】第２実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図１０】第２実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図１１】第３実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図１２】第３実施例による熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図１３】従来の熱電素子の一部分の断面図を示した図である。
【図１４】積層構造の熱電脚を示した図である。
【図１５】積層構造の熱電脚を示した図である。
【図１６】積層構造の熱電脚を示した図である。
【図１７】実施例による熱電脚用焼結体を製造するための工程フローチャートを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は多様な変更が可能であり、多様な実施例を有し得るので、特定実施例を図面に例示して説明しようとする。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ことではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
【００２３】
第２、第１などのように序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために使用され得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。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だけで使用される。例えば、本発明の技術的範囲を逸脱せずに第２構成要素は第１構成要素に命名されることができ、類似するように第１構成要素も第２構成要素に命名され得る。および／またはという用語は複数の関連して記載された項目の組合せまたは複数の関連して記載された項目のうちいずれかの項目を含む。
【００２４】
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」いると言及された際には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接繋がれて」いるとか「直接接続されて」いると言及された際には、中間に他の構成要素が存在しないことと理解されるべきである。
【００２５】
本出願で使用された用語は単なる特定の実施例を説明するために使用されたものであり、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で明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」など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ことであって、一つまたはその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可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。
【００２６】
異なるように定義されない限り、技術的や科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は本発明が属する技術分野の通常の知識を有有する者によって一般に理解されるものと同一の意味を有している。一般に使用される事前に定義されているような用語は関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本出願において明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味と解釈されない。
【００２７】
以下、添付された図面を参照して実施例を詳しく説明するが、図面符号に関係なく同一であったり対応する構成要素は同一の参照番号を付与し、これに対する重複説明は省略することにする。
【００２８】
図１は、実施例に含まれる熱電素子の一断面を示した図である。
【００２９】
図１を参照すれば、熱電素子１００は、第１基板１１０、第２基板１２０、第１電極部２１０、第２電極部２２０及び熱電半導体３００を含むことができる。また、前記熱電半導体３００は、第１熱電半導体３１０及び第２熱電半導体３２０を含むことができる。前記第１基板１１０は、下部基板であり得、前記第２基板１２０は、前記第１基板１１０上に配置される上部基板であり得る。
【００３０】
前記第１電極部２１０は、前記第１基板１１０と前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０の下部底面との間に配置され得る。前記第２電極部２２０は、前記第２基板１２０と前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０の上部底面との間に配置され得る。
【００３１】
これによって、複数の前記第１熱電半導体３１０及び複数の前記第２熱電半導体３２０は、前記第１電極部２１０及び前記第２電極部２２０によって電気的に連結され得る。前記第１電極部２１０と前記第２電極部２２０との間に配置され、互いに電気的に連結される一対の前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０は、単位セルを形成することができる。
【００３２】
例えば、配線を介して前記第１電極部２１０及び前記第２電極部２２０に電圧を印加すると、ペルチェ効果によって前記第１熱電半導体３１０から前記第２熱電半導体３２０に電流の流れる基板は、熱を吸収して冷却部として作用し、前記第２熱電半導体３２０から前記第１熱電半導体３１０に電流の流れる基板は、加熱されて発熱部として作用することができる。
【００３３】
例えば、前記第１基板１１０は、発熱部として作用され得、前記第２基板１２０は、冷却部として作用され得る。
【００３４】
前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０は、それぞれＰ型熱電脚及びＮ型熱電脚を含むことができる。例えば、前記第１熱電半導体３１０は、Ｐ型熱電脚を含むことができ、前記第２熱電半導体３２０は、Ｎ型熱電脚を含むことができる。
【００３５】
詳しくは、前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０は、ビスマス（Ｂｉ）およびチタニウム（Ｔｉ）を主原料として含むビスムステルルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系熱電脚であり得る。
【００３６】
例えば、前記第１熱電半導体３１０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）、ビスマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一つを含むビスムステルルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９ｗｔ％ないし９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１ｗｔ％ないし１ｗｔ％を含む熱電脚であり得る。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０．００１ｗｔ％ないし１ｗｔ％でさらに含むことができる。
【００３７】
前記第２熱電半導体３２０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）、ビスマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一つを含むビスムステルルライド（Ｂｉ−Ｔｅ）系主原料物質９９ｗｔ％ないし９９．９９９ｗｔ％とＢｉまたはＴｅを含む混合物０．００１ｗｔ％ないし１ｗｔ％を含む熱電脚であり得る。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０．００１ｗｔ％ないし１ｗｔ％でさらに含むことができる。
【００３８】
前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０は、バルク型または積層型に形成され得る。一般に、バルク型第１熱電半導体３１０またはバルク型第２熱電半導体３２０は、熱電素材を熱処理してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造し、インゴットを粉碎して篩分けして熱電脚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介して得ることができる。
【００３９】
積層型第１熱電半導体３１０または積層型第２熱電半導体３２０は、シート形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、単位部材を積層してカッティングする過程を介して得ることができる。
【００４０】
このとき、一対の第１熱電半導体３１０及び第２熱電半導体３２０は、同じ形状および体積を有するか、または互いに異なる形状および体積を有し得る。例えば、第１熱電半導体３１０と第２熱電半導体３２０の電気伝導特性が互いに異なるので、第２熱電半導体３２０の高さまたは断面積を第１熱電半導体３１０の高さまたは断面積と異なるように形成することもできる。
【００４１】
本発明の一実施例による熱電素子の性能は、ゼーベック指数で示すことができる。ゼーベック指数ＺＴは、式１のように示すことができる。
【００４２】
【数１】
2020515051.tif 000003
【００４３】
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に示すことができ、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。
【００４４】
熱電素子のゼーベック指数を得るために、Ｚメートルを用いてＺ値（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を用いてゼーベック指数ＺＴを計算することができる。
【００４５】
ここで、前記第１基板１１０と前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０との間に配置される前記第１電極部２１０、そして前記第２基板１２と前記第１熱電半導体３１０及び前記第２熱電半導体３２０との間に配置される前記第２電極部２２０は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくとも一つを含み、０．０１ｍｍないし０．３ｍｍの厚さを有し得る。
【００４６】
前記第１電極部２１０または前記第２電極部２２０の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、電極として機能が低下して電気伝導性能が低くなり得、０．３ｍｍを超過する場合、抵抗の増加によって伝導効率が低くなり得る。
【００４７】
そして、互いに対向する前記第１基板１１０と前記第２基板１２０は、絶縁基板または金属基板であり得る。
【００４８】
絶縁基板は、アルミナ基板または柔軟性を有する高分子樹脂基板であり得る。柔軟性を有する高分子樹脂基板は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、レジン（ｒｅｓｉｎ）のような高透過性プラスチックなどの多様な絶縁性樹脂材を含むことができる。
【００４９】
金属基板は、Ｃｕ、Ｃｕ合金またはＣｕ−Ａｌ合金を含むことができ、その厚さは０．１ｍｍないし０．５ｍｍであり得る。金属基板の厚さが０．１ｍｍ未満であるか、または０．５ｍｍを超過する場合、放熱特性または熱伝導率が過度に高くなり得るので、熱電素子の信頼性が低下し得る。
【００５０】
また、前記第１基板１１０と前記第２基板１２０が金属基板の場合、前記第１基板１１０と前記第１電極部２１０との間および前記第２基板１２０と前記第２電極部２２０との間には、それぞれ誘電体層１７０がさらに配置され得る。
【００５１】
前記誘電体層１７０は、５〜１０Ｗ／Ｋの熱伝導度を有する素材を含み、０．０１ｍｍないし０．１５ｍｍの厚さに形成され得る。前記誘電体層１７０の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、絶縁効率または耐電圧特性が低下し得、０．１５ｍｍを超過する場合、熱伝導度が低くなって放熱効率が低下し得る。
【００５２】
このとき、前記第１基板１１０と前記第２基板１２０のサイズは、異なるように形成されることもある。例えば、前記第１基板１１０と前記第２基板１２０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。これによって、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。
【００５３】
また、前記第１基板１１０と前記第２基板１２０の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ることもある。これによって、熱電素子の放熱性能を高めることができる。凹凸パターンが第１熱電半導体３１０または第２熱電半導体３２０と接触する面に形成される場合、熱電脚と基板との間の接合特性も向上し得る。
【００５４】
以下、図２ないし図６を参照して、第１実施例による熱電素子を説明する。詳しくは、図２ないし図４は、第１実施例による熱電素子で第１基板１１０及び第２基板１２０の平面図を示した図であり、図５及び図６は、第１実施例による熱電素子の断面図を示した図である。
【００５５】
図２を参照すれば、前記第１基板１１０には、複数の第１電極部２１０が配置され得る。前記第１電極部２１０は、前記第１基板１１０の一面上にパターンを有しながら配置され得る。すなわち、前記第１基板１１０の一面上には、互いに離隔する複数の第１電極パターンが配置され得る。
【００５６】
前記複数の第１電極パターンには、先に説明した前記第１熱電半導体３１０及び/または前記第２熱電半導体３２０が配置され得る。
【００５７】
前記第１基板１１０は、前記第２熱電半導体３２０から前記第１熱電半導体３１０に電流が流れる基板であって発熱部として作用する基板であり得る。
【００５８】
図３を参照すれば、前記第２基板１２０には、複数の第２電極部２２０が配置され得る。前記第２電極部２２０は、前記第２基板１２０の一面上にパターンを有しながら配置され得る。すなわち、前記第２基板１２０の一面上には、互いに離隔する複数の第２電極パターンが配置され得る。
【００５９】
前記複数の第２電極パターンには、先に説明した前記第１熱電半導体３１０及び/または前記第２熱電半導体３２０が配置され得る。
【００６０】
前記第２基板１２０は、前記第１熱電半導体３１０から前記第２熱電半導体３２０に電流が流れる基板であって冷却部として作用する基板であり得る。
【００６１】
図５及び図６を参照すれば、前記第２基板１２０は、第１面１２１及び第２面１２２を含むことができる。詳しくは、前記第２基板１２０は、前記第１面１２１及び前記第１面１２１と反対の前記第２面１２２を含むことができる。詳しくは、前記第２基板１２０は、前記第１面１２１及び前記第１面１２１と対向する第２面１２２を含むことができる。
【００６２】
また、前記第２基板１２０上には、熱電素子チップ８００が配置され得る。または、前記第２基板上には別途の基板がさらに配置され、前記別途の基板上には熱電素子チップ８００が実装され得る。すなわち、前記第２基板１２０上には熱電素子チップマウント基板が配置され得る。
【００６３】
図３ないし図６を参照すれば、第１実施例による熱電素子は、ターミナル電極部４００を含むことができる。前記ターミナル電極部４００は、外部の配線と連結される電極であり得る。詳しくは、前記ターミナル電極部４００は、外部フレーム６００上に配置される供給部５１０から配線電極５００を介して電圧が印加される領域であり得る。
【００６４】
前記ターミナル電極部４００は、前記第２電極部２２０の少なくとも一つの第２電極部２２０から一方向、例えば、側面方向に延びて配置され得る。詳しくは、前記ターミナル電極部４００は、前記第２電極部２２０と接触して配置され得る。詳しくは、前記ターミナル電極部４００は、前記第２電極部２２０と一体に形成され得る。詳しくは、前記ターミナル電極部４００は、前記第２電極部２００と同じ物質で形成され得る。
【００６５】
すなわち、前記第２電極部２２０は、熱電半導体が配置される領域であり、前記ターミナル電極部４００には熱電半導体が配置されない領域であり得る。
【００６６】
前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の端領域に配置され得る。詳しくは、前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の角領域に配置され得る。
【００６７】
図３ないし６を参照すれば、前記ターミナル電極部４００は、前記第２電極部２２０から一方向に延び、前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の第１面１２１及び第２面１２２上に配置され得る。
【００６８】
前記第２基板１２０には孔が形成され得る。詳しくは、前記第２基板１２０には連結孔ＣＨが形成され得る。詳しくは、前記連結孔ＣＨは、前記ターミナル電極部４００と前記第２電極部２２０が接触される領域と重畳される領域上に形成され得る。
【００６９】
前記ターミナル電極部４００は、前記連結孔ＣＨを介して前記第２基板１２０の第１面１２１から前記第２面１２２に延びることができる。すなわち、前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の前記第１面１２１及び前記第２面１２２に配置され、前記第１面１２１及び前記第２面１２２に配置される前記ターミナル電極部４００は、前記連結孔ＣＨに配置されるターミナル電極部４００によって連結され得る。
【００７０】
また、前記第２基板１２０には貫通孔Ｈが形成され得る。詳しくは、前記貫通孔Ｈは、前記ターミナル電極部４００と前記第２電極部２２０との間に配置され得る。詳しくは、前記貫通孔Ｈは、前記ターミナル電極部４００と接触する前記第２電極部２２０以外の他の第２電極部２２０と前記ターミナル電極部４００との間に形成され得る。
【００７１】
前記貫通孔Ｈは、前記ターミナル電極部４００及び前記ターミナル電極部４００と接触する前記第２電極部２２０の側面に沿って延びて形成され得る。前記貫通孔Ｈは、前記第２基板１２０の一側面から他側面方向に延びて形成され得る。
【００７２】
前記貫通孔Ｈの幅Ｗは、前記ターミナル電極部４００と最も隣接した前記第２電極部２２０との間の距離Ｄと異なることがある。詳しくは、前記貫通孔Ｈの幅Ｗは、前記ターミナル電極部４００と前記ターミナル電極部４００と接触する前記第２電極部２２０以外の他の第２電極部２２０との間の距離Ｄより小さいことがある。
【００７３】
詳しくは、前記貫通孔Ｈの幅Ｗと前記ターミナル電極部４００と最も隣接した前記第２電極部２２０との間の距離Ｄの比は、０．４：１ないし０．６：１であり得る。すなわち、前記貫通孔Ｈの幅Ｗのサイズは、前記ターミナル電極部４００と最も隣接した前記第２電極部２２０との間の距離Ｄのサイズに対して約４０％ないし６０％であり得る。
【００７４】
前記貫通孔Ｈの幅Ｗが前記ターミナル電極部４００と最も隣接した前記第２電極部２２０との間の距離Ｄのサイズに対して約４０％未満の場合、前記ターミナル電極部４００が配置される領域から前記第２電極部２２０方向に伝達される熱によって冷却性能が低下し得る。また、前記貫通孔Ｈの幅Ｗが前記ターミナル電極部４００と最も隣接した前記第２電極部２２０との間の距離Ｄのサイズに対して約６０％を超過する場合、前記第２基板１２０の強度が低下し得る。
【００７５】
前記貫通孔Ｈによって前記ターミナル電極部４００で発生する熱が前記ターミナル電極部４００と隣接した前記第２電極部２２０方向に伝達されることを減少させることができる。すなわち、前記配線電極５００が配置されるターミナル電極部４００で発生する熱は、前記第２電極部２２０方向に移動され得るが、実施例による熱電素子は、前記貫通孔Ｈによって前記ターミナル電極部４００と前記第２電極部２２０を離隔させることによって、前記第２電極部２２０方向に移動される熱量を減少させることができる。
【００７６】
したがって、前記熱によって冷却部として作用する第２基板で冷却性能が低下することを減少させることができる。
【００７７】
一方、図６を参照すれば、前記貫通孔Ｈにはバッファ部材７００が配置され得る。例えば、前記貫通孔Ｈには樹脂物質またはポリマー物質を含むバッファ部材７００が配置され得る。
【００７８】
例えば、前記バッファ部材７００は、熱伝導度が低い物質を含むことができる。例えば、前記バッファ部材７００は、ポリイミドまたはパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）などの熱伝導度が低い物質を含むことができる。
【００７９】
前記バッファ部材７００は、前記貫通孔Ｈの内部に配置され得る。前記バッファ部材７００は、前記貫通孔Ｈの内部に充填され得る。前記バッファ部材７００は、前記貫通孔Ｈの内部を埋めながら配置され得る。
【００８０】
前記バッファ部材７００は、前記貫通孔Ｈの内部に配置されて、前記貫通孔Ｈが形成された前記第２基板１２０の強度低下を防止することができる。また、前記バッファ部材７００は、前記第２基板１２０でターミナル電極部４００によって基板の温度変化が最も大きい領域で発生する可能性のある第２基板の収縮または膨張による応力を緩和させて、熱電素子の全体的な信頼性を向上させることができる。
【００８１】
以下、図７ないし図１０を参照して、第２実施例による熱電素子を説明する。第２実施例による熱電素子に対する説明においては、先に説明した第１実施例による熱電素子と同一または類似の説明については説明を省略して同じ構成に対しては同じ図面符号を付与する。
【００８２】
図７ないし図１０を参照すれば、第２実施例による熱電素子は、連結孔ＣＨが形成されないことがある。
【００８３】
前記第２基板１２０は、前記第１面１２１、前記第２面１２２及び前記第３面１２３を含むことができる。
【００８４】
前記第３面１２３は、前記第１面１２１、前記第２面１２２を連結する面であり得る。前記第３面１２３は、前記第２基板１２０の側面であり得る。
【００８５】
前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の第１面１２１から前記３面１２３及び前記第２面１２２に延びて配置され得る。すなわち、前記ターミナル電極部４００は、前記第２基板１２０の第１面１２１から前記第３面１２３を介して前記第２面１２２に延びて配置され得る。
【００８６】
これによって、前記第２基板１２０に前記ターミナル電極部を連結するための別途の連結孔を形成する工程を省略することができる。これによって、前記連結孔によって前記第２基板１２０の強度が低下することを防止することができるので、熱電素子の全体的な信頼性を向上させることができ、工程効率を向上させることができる。
【００８７】
以下、実施例および比較例による熱電素子を介して本発明をさらに詳細に説明する。このような実施例は、本発明をさらに詳細に説明するために例示で提示したものに過ぎない。したがって、本発明がこのような実施例に限定されるものではない。
【００８８】
実施例１
第２基板上に第２電極部とターミナル電極を配置し、前記第２電極部と前記ターミナル電極との間に貫通孔を形成して熱電素子を製造した後、前記ターミナル電極と配線電極を連結して電圧を印加した後、前記第２電極部に移動される熱伝達量を測定した。
【００８９】
実施例２
前記貫通孔にポリイミドを充填したという点を除いて実施例１と同様に熱電素子を製造した後、前記ターミナル電極と配線電極を連結して電圧を印加した後、前記第２電極部に移動される熱伝達量を測定した。
【００９０】
比較例１
貫通孔を形成しなかったという点を除いて実施例１と同様に熱電素子を製造した後、前記ターミナル電極と配線電極を連結して電圧を印加した後、前記第２電極部に移動される熱伝達量を測定した。
【００９１】
【表１】
2020515051.tif 000004
【００９２】
表１を参照すれば、実施例１及び実施例２による熱電素子の場合ターミナル電極部から第２電極部に伝達される熱が比較例１による熱電素子に比べて小さいことが分かる。
【００９３】
詳しくは、実施例１及び実施例２による熱電素子の場合、ターミナル電極部から第２電極部に伝達される熱が比較例１による熱電素子に対して約５％未満であることが分かる。
【００９４】
すなわち、実施例による熱電素子は、前記貫通孔及び前記貫通孔に充填されるバッファ部材によって前記ターミナル電極部から前記第２電極部方向に移動される熱を減少させることができることが分かる。
【００９５】
以下、図１１及び図１２を参照して、第３実施例による熱電素子を説明する。第３実施例による熱電素子に対する説明においては、先に説明した第１、２実施例による熱電素子と同一または類似の説明については説明を省略して同じ構成に対しては同じ図面符号を付与する。
【００９６】
図１１及び図１２を参照すれば、第３実施例による熱電素子は、第２基板１２０の厚さが領域ごとに互いに異なり得る。
【００９７】
詳しくは、前記第２基板１２０は、第１領域１Ａ及び第２領域２Ａを含むことができる。前記第１領域１Ａは、前記第２電極部２２０が配置される領域であり得る。詳しくは、前記第１領域１Ａは、前記熱電半導体３１０、３２０が配置された前記第２電極部２２０が配置される領域と定義することができる。
【００９８】
前記第２領域２Ａは、ターミナル電極部４００が配置される領域であり得る。詳しくは、前記第２領域２Ａは、前記熱電半導体３１０、３２０が配置されないターミナル電極部４００が配置される領域と定義することができる。
【００９９】
前記第１領域１Ａ及び前記第２領域２Ａは、互いに接触して配置され得る。前記第１領域１Ａ及び前記第２領域２Ａは、同一物質を含むことができる。前記第１領域１Ａ及び前記第２領域２Ａは、一体に形成され得る。
【０１００】
前記第１領域１Ａの厚さと前記第２領域２Ａの厚さは、互いに異なり得る。詳しくは、前記第１領域１Ａの厚さは、前記第２領域２Ａの厚さより小さいことがある。すなわち、前記第２領域２Ａの厚さは、前記第１領域１Ａの厚さより大きいことがある。
【０１０１】
すなわち、前記ターミナル電極部４００が配置される前記第２領域２Ａの厚さが前記第２電極部２２０が配置される前記第１領域１Ａの厚さより厚いことがある。
【０１０２】
前記第２領域２Ａは、段差部１２５を含むことができる。前記段差部１２５によって前記第１領域１Ａと前記第２領域２Ａは、段差を有することができる。前記段差部１２５によって前記第２領域２Ａの厚さは、前記第１領域１Ａの厚さより大きいことがある。
【０１０３】
前記熱電素子チップ８００の高さｈ１は、前記段差部１２５の高さｈ２以下であり得る。すなわち、前記熱電素子チップ８００の高さｈ１は、前記段差部１２５の高さｈ２と同じかまたは小さいことがある。このとき、前記熱電素子チップ８００の高さｈ１は、前記第１領域１Ａで前記第２基板と対向する前記熱電素子チップ８００の一面から前記一面と反対される他面までの距離と定義することができ、前記段差部１２５の高さは、前記第２領域２Ａで前記第２基板と対向する前記段差部１２５の一面から前記一面と反対される他面までの距離と定義することができる。
【０１０４】
これによって、前記熱電素子チップ８００と前記段差部１２５の段差を減少させて、熱電素子を他のモジュールと結合するとき容易に結合することができる。
【０１０５】
前記第２領域２Ａの厚さＴ２は、前記第１領域１Ａの厚さＴ１に対して約０．５倍ないし約３倍ほど大きいことがある。詳しくは、前記第２領域２Ａの厚さＴ２は、前記第１領域１Ａの厚さＴ１に対して約１．５倍ないし約３倍ほど大きいことがある。
【０１０６】
前記第２領域２Ａの厚さＴ２が前記第１領域１Ａの厚さＴ１に対して約０．５倍未満のサイズを有する場合、前記配線電極５００及びターミナル電極部４００で発生する垂直方向への熱伝達を効果的に減少させることができない。また、前記第２領域２Ａの厚さＴ２が前記第１領域１Ａの厚さＴ１に対して約３倍を超過するサイズを有する場合、工程効效率が低下し得る。
【０１０７】
前記第１領域１Ａと前記第２領域２Ａは、互いに異なる熱伝導性を有することができる。詳しくは、前記第２領域２Ａの熱伝導性は、前記第１領域１Ａの熱伝導性より小さいことがある。
【０１０８】
また、前記第２領域２Ａは、異方的な熱伝導度を有することができる。また、前記第２領域２Ａでの垂直的熱伝導率が約３０％以下であり得る。すなわち、前記第２領域２Ａは、垂直方向への熱伝導率を減少させることができる。
【０１０９】
例えば、前記第２領域２Ａは、セラミックス物質を含むことができる。詳しくは、前記第２領域２Ａは、ボロンナイトライド（ＢＮ）物質を含むことができる。前記セラミックス物質は、前記第２領域２Ａの全体に配置されるかまたは前記第２領域２Ａの段差部１２５にのみ配置され得る。
【０１１０】
第３実施例による熱電素子は、ターミナル電極部が配置される領域の厚さを第２電極部が配置される領域の厚さより大きくすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域の熱伝導性を前記第２電極部が配置される領域の熱伝導性より低くすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域から垂直方向に移動される熱伝達を減少させることができる。
【０１１１】
これによって、ターミナル電極部が配置される領域の段差部によってターミナル電極部と配線電極をボンディングするとき、フレームとの段差による機械的衝撃を緩和することができるので、熱電素子の信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
また、垂直方向への熱伝達を減少させて、ターミナル電極及び配線電極で発生する熱が第２電極部方向に移動される熱量を減少させることができる。
【０１１３】
以下、実施例および比較例による熱電素子を介して本発明をさらに詳細に説明する。このような実施例は、本発明をさらに詳細に説明するために例示で提示したものに過ぎない。したがって、本発明がこのような実施例に限定されるものではない。
【０１１４】
実施例３
第２基板上に段差部を形成し、段差部が配置されない領域には、第２電極部を配置して段差部が配置された領域にターミナル電極を配置して熱電素子を製造した後、前記ターミナル電極と配線電極を連結して電圧を印加した後、前記第２電極部に移動される熱伝達量を測定した。
【０１１５】
比較例２
段差部を形成しなかったという点を除いて実施例１と同様に熱電素子を製造した後、前記ターミナル電極と配線電極を連結して電圧を印加した後、前記第２電極部に移動される熱伝達量を測定した。
【０１１６】
【表２】
2020515051.tif 000005
【０１１７】
表２を参照すれば、実施例３による熱電素子の場合ターミナル電極部から第２電極部に伝達される熱が比較例２による熱電素子に比べて小さいことが分かる。
【０１１８】
詳しくは、実施例３による熱電素子の場合ターミナル電極部から第２電極部に伝達される熱が比較例２による熱電素子に対して約３％未満であることが分かる。
【０１１９】
すなわち、実施例による熱電素子は、前記段差部によって前記ターミナル電極部から前記第２電極部方向に移動される熱を減少させることができることが分かる。
【０１２０】
一方、最近では熱電素子を小型化する傾向であり、光通信用レーザーモジュールなど熱電素子がモジュールの中央領域に配置する場合、小型化された熱電素子の場合、配線電極、すなわち、ターミナル電極と熱電素子の電極層連結が困難であり得る。すなわち、ターミナル電極までワイヤボンディングをするには、各種部品が実装されており、ワイヤボンディングが容易ではない。
【０１２１】
このために、従来には図１３のように下部基板上にポスト９００、すなわち、金属柱を配置し、外部電源と熱電素子の電極層を連結した。しかし、下部基板の面積が上部基板より大きくなり、広くなった下部基板に熱電半導体が配置されることがないので、小型化に不利であり、面積に比べて効率が減少され得る。
【０１２２】
一方、実施例による熱電素子は、ターミナルワイヤボンディング不良を防止することができ、向上した効率を有しながら小型化された熱電素子を実現することができる。
【０１２３】
すなわち、実施例による熱電素子は、ターミナル電極部から第２電極部方向に移動する熱を減少させることができる。
【０１２４】
詳しくは、配線電極が配置されるターミナル電極部で発生する熱は、前記第２電極部方向に移動され得るが、実施例による熱電素子は、貫通孔及び貫通孔内部に充填されるバッファ部材によって前記ターミナル電極部と前記第２電極部を離隔させることによって、前記第２電極部方向に移動される熱量を減少させることができる。
【０１２５】
したがって、前記熱によって冷却部として作用する第２基板で冷却性能が低下することを減少させることができる。
【０１２６】
また、実施例による熱電素子は、ターミナル電極部が配置される領域の厚さを第２電極部が配置される領域の厚さより大きくすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域の熱伝導性を前記第２電極部が配置される領域の熱伝導性より低くすることができる。また、前記ターミナル電極部が配置される領域で垂直方向に移動される熱伝達を減少させることができる。
【０１２７】
これによって、ターミナル電極部が配置される領域の段差部によってターミナル電極部と配線電極をボンディングするとき、フレームとの段差による機械的衝撃を緩和することができるので、熱電素子の信頼性を向上させることができる。
【０１２８】
また、垂直方向への熱伝達を減少させて、ターミナル電極及び配線電極で発生する熱が第２電極部方向に移動される熱量を減少させることができる。
【０１２９】
したがって、実施例による熱電素子は、小型化を実現しながら、下部基板ではない上部基板でワイヤボンディングされるので、ボンディング領域に追加の熱電半導体を配置することができ、熱電効率を向上させることができる。また、実施例による熱電素子は、ワイヤボンディングの段差が減少されて、ボンディング不良を減少させ、向上した信頼性を有することができる。
【０１３０】
一方、先に説明した実施例による熱電素子の熱電脚は、積層型構造を有することもできる。例えば、Ｐ型熱電脚またはＮ型熱電脚は、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。これによって、材料の損失を防ぎ、電気伝導特性を向上させることができる 。
【０１３１】
図１４は、積層型構造の熱電脚を製造する方法を示す。
【０１３２】
図１４を参照すれば、半導体物質を含む材料をペースト形に製作した後、シート、フィルムなどの基材１１１０上に塗布して半導体層１１２０を形成する。これによって、一つの単位部材１１００が形成され得る。
【０１３３】
複数の単位部材１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃを積層して積層構造物１２００を形成し、これを切断すれば単位熱電脚１３００を得ることができる。
【０１３４】
このように、単位熱電脚１３００は、基材１１１０上に半導体層１１２０が形成された単位部材１１００が複数に積層された構造物によって形成され得る。
【０１３５】
ここで、基材１１１０上にペーストを塗布する工程は、多様な方法で行われ得る。例えば、テープキャスティング（Ｔａｐｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）方法で行われ得る。テープキャスティング方法は、微細な半導体物質の粉末を水系または非水系溶媒（ｓｏｌｖｅｎｔ）、結合剤（Ｂｉｎｄｅｒ）、可塑剤（ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）、分散剤（ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ）、消泡剤（ｄｅｆｏａｍｅｒ）及び界面活性剤のうち選択される少なくとも一つと混合してスラーリ（ｓｌｕｒｒｙ）形に製造した後、動く刃（ｂｌａｄｅ）または動く基材の上で成形する方法である。このとき、基材１１１０は、１０μｍ〜１００μｍ厚さのフィルム、シートなどであり得、塗布される半導体物質としては、上述したバルク型素子を製造するＰ型熱電材料またはＮ型熱電材料がそのまま適用され得る。
【０１３６】
単位部材１１００を複数の層にアラインして積層する工程は、５０℃〜２５０℃の温度で圧着する方法で行われることがあり、積層される単位部材１１０の数は、例えば、２〜５０個であり得る。以後、所望の形状とサイズに切断されることができ、焼結工程が追加され得る。
【０１３７】
このように製造される単位熱電脚１３００は、厚さ、形状及びサイズの均一性を確保することができ、薄型化が有利であり、材料の損失を減らすことができる。
【０１３８】
単位熱電脚１３００は、円柱状、多角柱状、楕円形柱状などであり得、図１４ｄで例示したような形状に切断されることもある。
【０１３９】
一方、積層型構造の熱電脚を製造するために、単位部材１１００の一表面に伝導性層をさらに形成することもできる。
【０１４０】
図１５は、図１４の積層構造物内の単位部材の間に形成される伝導性層を例示する。
【０１４１】
図１５を参照すれば、伝導性層Ｃは、半導体層１１２０が形成される基材１１１０の反対面に形成され得、基材１１１０の表面の一部が露出するようにパターン化され得る。
【０１４２】
図１５は、本発明の実施例による伝導性層Ｃの多様な変形例を示す。図１５ａ及び図１５ｂに示されたように、閉鎖型開口パターンｃ１、ｃ２を含むメッシュタイプ構造または図１５ｃ及び図１５ｄに示されたように、開放型開口パターンｃ３、ｃ４を含むラインタイプ構造などに多様に変形され得る。
【０１４３】
このような伝導性層Ｃは、単位部材の積層型構造に形成される単位熱電脚内の単位部材の間の接着力を高めることができ、単位部材間の熱伝導度を低めて、電気伝導度は向上させることができる。伝導性層Ｃは、金属物質、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉなどが適用され得る。
【０１４４】
一方、単位熱電脚１３００は、図１６に示したことと同じ方向に切断されることもある。このような構造によると、垂直方向の熱伝導効率を低めると共に電気伝導特性を向上させることができて、冷却効率を高めることができる。
【０１４５】
一方、先に説明した実施例による熱電脚は、ゾーンメルティング（ｚｏｎｅ  ｍｅｌｔｉｎｇ）方式または粉末焼結方式に従って製作され得る。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、インゴットに熱をゆっくり加えて、単一の方向に粒子が再配列されるように精製し、ゆっくりと冷却させる方法で熱電脚を得る。粉末焼結方式によると、熱電材料を用いてインゴットを製造した後、インゴットを粉砕して篩分けして熱電脚用粉末を獲得し、これを焼結する過程を介して熱電脚を得る。
【０１４６】
図１７は、本発明の一実施例による熱電脚用焼結体を製造する方法を示すフローチャートである。
【０１４７】
図１７を参照すれば、熱電素材を熱処理して、インゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造する（Ｓ１００）。熱電素材は、Ｂｉ、Ｔｅ及びＳｅを含むことができる。例えば、熱電素材は、Ｂｉ２Ｔｅ３−ｙＳｅｙ（０．１＜ｙ＜０．４）を含むことができる。一方、Ｂｉの蒸気圧力は、７６８℃で１０Ｐａであり、Ｔｅの蒸気圧力は、７６９℃で１０４Ｐａであり、Ｓｅの蒸気圧力は、６８５℃で１０５Ｐａである。したがって、一般的な溶融温度６００〜８００℃でＴｅとＳｅの蒸気圧力が高いので、揮発性が大きい。したがって、熱電脚を製作するとき、Ｔｅ及びＳｅの少なくとも一つの揮発を考慮して秤量することができる。すなわち、Ｔｅ及びＳｅの少なくとも一つを１ないし１０重量部でさらに含ませることができる。例えば、Ｎ型脚を製作するとき、Ｂｉ２Ｔｅ３−ｙＳｅｙ（０．１＜ｙ＜０．４）１００重量部に対して１ないし１０重量部のＴｅ及びＳｅをさらに含ませることもできる。
【０１４８】
次に、インゴットを粉碎する（Ｓ１１０）。このとき、インゴットは、メルトスピニング（ｍｅｌｔ  ｓｐｉｎｎｉｎｇ）技法によって粉砕され得る。これによって、板状フレークの熱電素材が得られ得る。
【０１４９】
次に、板状フレークの熱電素材をドーピング用添加剤と共にミーリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）する（Ｓ１２０）。このために、例えば、スーパーミキサー（Ｓｕｐｅｒ  Ｍｉｘｅｒ）、ボールミル（ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）、アトリッションミル（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ  ｍｉｌｌ）、３ロールミル（３ｒｏｌｌ  ｍｉｌｌ）などが用いられ得る。ここで、ドーピング用添加剤は、ＣｕおよびＢｉ２Ｏ３を含むことができる。このとき、Ｂｉ、Ｔｅおよび Ｓｅを含む熱電素材は９９．４ないし９９．９８ｗｔ％、Ｃｕは０．０１ないし０．１ｗｔ％、そしてＢｉ２Ｏ３は０．０１ないし０．５ｗｔ％の組成比、望ましくは、Ｂｉ、ＴｅおよびＳｅを含む熱電素材は９９．４８ないし９９．９８ｗｔ％、Ｃｕは０．０１ないし０．０７ｗｔ％、そして、Ｂｉ２Ｏ３は０．０１ないし０．４５ｗｔ％の組成比、さらに望ましくは、Ｂｉ、ＴｅおよびＳｅを含む熱電素材は９９．６７ないし９９．９８ｗｔ％、Ｃｕは０．０１ないし０．０３ｗｔ％、そして、Ｂｉ２Ｏ３は、０．０１ないし０．３０ｗｔ％の組成比で添加された後、ミーリングされ得る。
【０１５０】
次に、篩分け（ｓｉｅｖｉｎｇ）を介して熱電脚用粉末を得る（Ｓ１３０）。但し、篩分け工程は、必要に応じて追加されることであって、本発明の実施例では必要不可欠な工程ではない。このとき、熱電脚用粉末は、例えば、マイクロ単位の粒子サイズを有することができる。
【０１５１】
次に、熱電脚用粉末を焼結する（Ｓ１４０）。焼結過程を介して得られた焼結体を切断して熱電脚を製作することができる。焼結は、例えば、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ、Ｓｐａｒｋ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）装備を用いて４００ないし５５０℃、３５ないし６０ＭＰａ条件で１ないし３０分間焼結されるか、または、ホットプレス（Ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓ）装備を用いて４００ないし５５０℃、１８０ないし２５０ＭＰａ条件で１ないし６０分間焼結され得る。
【０１５２】
このとき、熱電脚用粉末は、非晶質リボンと共に焼結され得る。熱電脚用粉末が非晶質リボンと共に焼結されると、電気伝導度が高くなるので、高い熱電性能を得ることができる。このとき、非晶質リボンは、Ｆｅ系非晶質リボンであり得る。
【０１５３】
一例として、非晶質リボンは、熱電脚が上部電極と接合するための面及び下部電極と接合するための面に配置された後、焼結され得る。これによって、上部電極または下部電極方向に電気伝導度が高くなることができる。このために、下部非晶質リボン、熱電脚用粉末及び上部非晶質リボンがモールド内に順に配置された後、焼結され得る。このとき、下部非晶質リボン及び上部非晶質リボン上には、それぞれ表面処理層が形成されることもある。表面処理層は、メッキ法、スパッタリング法、蒸着法などによって形成される薄膜であって、半導体材料である熱電脚用粉末と反応しても性能の変化がほとんどないニッケルなどが使用され得る。
【０１５４】
他の例として、非晶質リボンは、熱電脚の側面に配置された後、焼結されることもある。これによって、熱電脚の側面に沿って電気伝導度が高くなることができる。このために、非晶質リボンがモールドの壁面を囲むように配置された後、熱電脚用粉末を満たし、焼結することができる。
【０１５５】
本発明の実施例による熱電素子は、発電用装置、冷却用装置、温熱用装置などに適用され得る。具体的には、本発明の実施例による熱電素子は、主に光通信モジュール、センサー、医療機器、測定器機、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、乾燥器、ワインセラー、浄水器、センサー用電源供給装置、サーモパイル（ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）などに適用され得る。
【０１５６】
ここで、本発明の実施例によ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の塩基配列を決めるための装備であり、精緻な温度制御が要求され、熱循環（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｅ）が必要な器機である。このために、ペルチェ効果に基づく熱電素子が適用され得る。
【０１５７】
本発明の実施例によ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／紫外線検出器は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサー、Ｘ−ｒａｙ検出器、ＴＴＲＳ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｏｕｒｃｅ）などがある。光検出器の冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）のためにペルチェ効果に基づく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変化、出力低下および解像力の低下などを防止することができる。
【０１５８】
本発明の実施例による熱電素子が医療機器に適用されるまた他の例として、免疫分析（ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）の分野、インビトロ診断（Ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の分野、温度制御および冷却システム（ｇｅｎｅｒａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ）、物理治療の分野、液状チラーシステム、血液／プラズマ温度制御の分野などがある。これによって、精密な温度制御が可能である。
【０１５９】
本発明の実施例による熱電素子が医療機器に適用されるまた他の例として、人工心臓がある。これによって、人工心臓に電源を供給することができる。
【０１６０】
本発明の実施例によ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、熱イミジングカメラ、赤外線／紫外線検出器、ＣＣＤセンサー、ハッブル宇宙望遠鏡、ＴＴＲＳなどがある。これによって、イメージセンサーの温度を維持することができる。
【０１６１】
本発明の実施例によ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。
【０１６２】
この他にも、本発明の実施例による熱電素子は、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。
【０１６３】
以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、該当の技術分野の熟練され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外れない範囲内で本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月7日(2019.8.7)
【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基板上に配置される第１電極部；
前記第１電極部上に配置される熱電半導体；
前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び
前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、
前記第２基板は、
第１面；及び
前記第１面と対向する第２面を含み、
前記第１面には、前記第２電極部が配置され、
前記第２面には、前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、
前記第２基板は、前記ターミナル電極部と前記第２電極部との間に形成される貫通孔を含み、
前記貫通孔は、前記第２基板の一側面から他側面方向に延びて形成される熱電素子。
【請求項２】
前記ターミナル電極部は、前記第２電極部の少なくとも一つが前記第２基板の側面に沿って延びて配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第２基板は、前記ターミナル電極部を形成するための連結孔をさらに含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記連結孔は、前記ターミナル電極部と前記第２電極部が重畳される領域に形成される、請求項３に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記ターミナル電極部は、外部の配線と連結される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記ターミナル電極部は、前記第２電極部と同一物質を含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
前記第１面及び前記第２面を連結する第３面をさらに含み、
前記ターミナル電極部は、前記第１面から前記第３面及び前記第２面方向に延びて配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項８】
前記貫通孔の幅のサイズは、前記ターミナル電極部と前記ターミナル電極部と最も隣接した前記第２電極部との間の距離のサイズに対して４０％ないし６０％である、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項９】
前記貫通孔には、バッファ部材が配置され、
前記バッファ部材は、ポリイミドまたはパリレンを含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１０】
前記熱電半導体は、Ｐ型熱電脚及びＮ型熱電脚を含み、
前記ターミナル電極部と重畳される領域上には、前記Ｐ型熱電脚または前記Ｎ型熱電脚が配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１１】
前記貫通孔は、前記第２電極部の側面に沿って延びて形成される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１２】
第１基板；
前記第１基板上に配置される第１電極部；
前記第１電極部上に配置される熱電半導体；
前記熱電半導体上に配置される第２電極部；及び
前記第２電極部上に配置される第２基板を含み、
前記第２基板は、
第１面；及び
前記第１面に対向する第２面を含み、
前記第１面には、前記第２電極部が配置され、
前記第２面には、前記第２電極部の少なくとも一つが延びて形成されるターミナル電極部が配置され、
前記第２基板は、前記第２電極部が配置される第１領域及び前記ターミナル電極部が配置される第２領域を含み、
前記第１領域及び前記第２領域は、一体に形成され、
前記第１領域と前記第２領域は、段差を有し、
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さより大きい熱電素子。
【請求項１３】
前記第２領域の熱伝導性は、段差部によって前記第１領域の熱伝導性より低い、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１４】
前記第２領域は、異方的な熱伝導度を有する、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１５】
前記第２領域での垂直的熱伝導率は、３０％以下である、請求項１４に記載の熱電素子。
【請求項１６】
前記第２領域は、セラミックス物質またはボロンナイトライド（ＢＮ）物質を含む、請求項１４に記載の熱電素子。
【請求項１７】
前記ターミナル電極部は、外部の配線と連結される、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１８】
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さに対して１．５ないし３倍である、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１９】
前記第１領域上には、熱電素子チップが配置され、
前記熱電素子チップの高さは、前記段差部の高さ以下である、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項２０】
前記熱電半導体は、Ｐ型熱電脚及びＮ型熱電脚を含み、
前記第２領域には、前記Ｐ型熱電脚または前記Ｎ型熱電脚が配置される、請求項１２に記載の熱電素子。
【国際調査報告】
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