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KR102009446B1 - Thermoelectric module and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102009446B1
KR102009446B1 KR1020150034480A KR20150034480A KR102009446B1 KR 102009446 B1 KR102009446 B1 KR 102009446B1 KR 1020150034480 A KR1020150034480 A KR 1020150034480A KR 20150034480 A KR20150034480 A KR 20150034480A KR 102009446 B1 KR102009446 B1 KR 102009446B1
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thermoelectric
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manufacturing
slicing
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Abstract

단위면적당 보다 많은 열전소자를 집적하여 출력밀도(power density)가 증가된 열전 모듈 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 열전 모듈 제조방법은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조하는 단계; 상기 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자(thermoelectric element)와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻는 단계; 및 상기 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함한다.Provided are a thermoelectric module having a higher power density by integrating more thermoelectric elements per unit area, and a method of manufacturing the same. Method for manufacturing a thermoelectric module according to the present invention comprises the steps of alternately laminating by bonding between the p-type wafer and the n-type wafer with an insulating adhesive to prepare a stack; Slicing the stack in two directions perpendicular to and perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod comprising a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements; And forming a lattice-shaped block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are alternated by integrating the rod.

Description

열전 모듈 및 그 제조방법 {Thermoelectric module and method for manufacturing the same}Thermoelectric module and method for manufacturing the same {Thermoelectric module and method for manufacturing the same}

본 발명은 열전 발전에 이용되는 열전 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소형이고 다수인 열전 소자의 쌍을 여러 개 포함하여 구성되는 열전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric device used for thermoelectric power generation and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a thermoelectric module including a plurality of small and large pairs of thermoelectric elements and a manufacturing method thereof.

고체 상태인 소재의 양단에 존재하는 온도차에 의해 열 의존성을 갖는 전자(혹은 홀)는 양단에서 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. 이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다. Due to the temperature difference between the two ends of the solid state material, electrons (or holes) having thermal dependences generate concentration differences at both ends, which are represented by an electrical phenomenon called thermoelectric power, that is, a thermoelectric phenomenon. These thermoelectric phenomena can be classified into thermoelectric power generation, which produces electrical energy, and thermoelectric cooling / heating, which causes a temperature difference between both ends by supplying electricity.

열전 현상을 보이는 열전 소재는 발전과 냉각 과정에서 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 산업 폐열, 자동차 폐열에서 전력을 생산함으로써 연비 향상 및 CO2 감축할 수 있는 기술로 관심이 높다. Thermoelectric materials exhibiting thermoelectric phenomena have an environmentally friendly and sustainable advantage in the process of power generation and cooling, and many studies have been conducted. In particular, the production of electric power from industrial waste heat and automobile waste heat is of interest for improving fuel efficiency and CO 2 reduction.

일반적으로 열전 디바이스는 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p형 열전소자(thermoelectric element)와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n형 열전소자로 이루어진 p-n 열전소자 1쌍이 기본 단위가 될 수 있으며, 이러한 p-n 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하면서 p-n 열전소자 상부 및 하부의 전극, 그리고 절연 기판극으로 구성된 모듈 타입으로 구성될 수도 있다. In general, a thermoelectric device may be a basic unit of a pair of pn thermoelectric elements consisting of a p-type thermoelectric element in which holes move and move thermal energy, and an n-type thermoelectric element in which electrons move and transfer thermal energy. Including a plurality of pairs of thermoelectric elements, it may be of a module type consisting of electrodes of the upper and lower pn thermoelectric elements, and an insulating substrate electrode.

도 1은 종래의 일반적인 열전 모듈을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다. 1 is a partial cutaway perspective view schematically illustrating a conventional general thermoelectric module.

도 1을 참조하면, 종래 열전 모듈(60')은 p형 열전소자(64)와 n형 열전 소자(65)를 구비한다. 한 쌍의 절연 기판(61, 62)에는 각각 소정 패턴으로 전극(63)이 부착되어 p형과 n형 열전소자(64, 65)는 전극(63)에 의해 전기적으로 연결된다. Referring to FIG. 1, a conventional thermoelectric module 60 ′ includes a p-type thermoelectric element 64 and an n-type thermoelectric element 65. The electrodes 63 are attached to the pair of insulating substrates 61 and 62 in predetermined patterns, respectively, so that the p-type and n-type thermoelectric elements 64 and 65 are electrically connected by the electrodes 63.

절연 기판(61, 62) 사이의 온도차가 있으면 p형 열전소자(64)와 n형 열전소자(65) 사이에 기전력이 발생하고 이것을 단자에 연결된 리드선을 통해 외부로 뽑아낸다. 이와 같이, 종래의 열전 모듈은 p형 열전소자(64)와 n형 열전소자(65)로 구성된 쌍을 사용 조건에 맞게 반복하여 배열한 구조를 가진다. 그리고, 각 쌍은 전극(63)으로 연결되며, 전극(63)은 절연 기판(61, 62)과 연결된다. 즉, 일반적인 열전 모듈은, 다수의 열전소자가 평면적으로 형성되도록 p형과 n형 열전소자(각각 대개 기둥형이므로 레그라고 부르기도 한다)를 규칙적으로 배치해, 이들의 열전소자를 전기적으로 직렬 접속, 열적으로는 병렬 접속한 것이다.If there is a temperature difference between the insulating substrates 61 and 62, an electromotive force is generated between the p-type thermoelectric element 64 and the n-type thermoelectric element 65, and this is pulled out through the lead wire connected to the terminal. As described above, the conventional thermoelectric module has a structure in which a pair consisting of a p-type thermoelectric element 64 and an n-type thermoelectric element 65 is repeatedly arranged in accordance with a use condition. Each pair is connected to the electrode 63, and the electrode 63 is connected to the insulating substrates 61 and 62. That is, a general thermoelectric module regularly arranges p-type and n-type thermoelectric elements (sometimes called legs because they are generally columnar) so that a plurality of thermoelectric elements are formed in a plane, and electrically connects these thermoelectric elements in series. Thermally, they are connected in parallel.

이러한 열전 모듈을 제조하는 기존의 방법으로는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 것이 알려져 있는데, 집적된 p-n 열전소자간 간격이 커서 단위면적당 열전소자 수를 증가시키는 데에 한계가 있다. 또한, 제조상으로도 개별 p-n 열전소자를 일일이 절연 기판에 형성된 전극에 접합하는 것과 같이 여러 공정을 거쳐야 하며, 이에 따라 제조 비용이 증가하고 제품의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.Conventional methods of manufacturing such thermoelectric modules are known to make p-type and n-type thermoelectric elements separately and then integrate them on an insulating substrate. The gap between the integrated pn thermoelectric elements is large, increasing the number of thermoelectric elements per unit area. There is a limit to this. In addition, in manufacturing, the individual p-n thermoelectric elements must be subjected to various processes such as bonding to electrodes formed on an insulating substrate, and thus, there is a problem in that manufacturing cost increases and product reliability falls.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단위면적당 보다 많은 열전소자를 집적하여 출력밀도(power density)가 증가된 열전 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric module having a higher power density by integrating more thermoelectric elements per unit area and a method of manufacturing the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 열전 모듈 제조방법은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조하는 단계; 상기 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자(thermoelectric element)와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻는 단계; 및 상기 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention comprises the steps of alternately laminating by bonding between the p-type wafer and the n-type wafer with an insulating adhesive to produce a stack; Slicing the stack in two directions perpendicular to and perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod comprising a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements; And forming a lattice-shaped block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are alternated by integrating the rod.

본 발명에 따른 다른 열전 모듈 제조방법은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 번갈아 적층해 스택을 제조하는 단계; 상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 제1 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 상기 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번하도록 상기 블록 사이를 상기 단열 접착제로 결합하여 적층하는 단계; 및 적층된 상기 블록을 상기 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 제2 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함한다.Another thermoelectric module manufacturing method according to the present invention comprises the steps of alternately stacking by bonding between the p-type wafer and the n-type wafer with an insulating adhesive to produce a stack; First slicing the stack along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which p-type thermoelectric bars and n-type thermoelectric bars are alternately stacked; Bonding the first slicing surface to each other while the p-type thermoelectric rod and the n-type thermoelectric rod are alternately bonded to each other by the insulating adhesive between the blocks; And second slicing the stacked blocks in a direction crossing the first slicing surface to form a lattice-shaped block in which a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element are alternately formed.

본 발명에 따른 열전 모듈 제조방법들에 있어서, 상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼는 SPS(Spark Plasma Sintering) 또는 핫프레스(Hot Press)로 소결하여 제조된 잉곳을 슬라이싱한 것이 바람직하다.In the thermoelectric module manufacturing method according to the present invention, the p-type wafer and n-type wafer is preferably sliced ingot prepared by sintering by SPS (Spark Plasma Sintering) or hot press (Hot Press).

상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 각각의 두께는 0.01 mm에서 10mm일 수 있다. 바람직하게는 0.1mm에서 2mm이다. Each of the p-type wafer and the n-type wafer may have a thickness of 0.01 mm to 10 mm. Preferably it is 0.1mm to 2mm.

상기 막대를 집적하는 단계는 상기 막대 사이를 상기 단열 접착제로 결합하는 것일 수 있다. Integrating the rods may be combining the rods with the insulating adhesive.

상기 단열 접착제는 경화성 물질에 무기 분말이 충전된 것일 수 있다. 상기 무기 분말은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 수산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 경화성 물질은 실리콘 수지, 아크릴, 폴리우레탄, 에폭시(Epoxy), 폴리 이미드(Poly Imide) 및 폴리 아미드(Poly Amide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The heat insulating adhesive may be one in which an inorganic powder is filled in the curable material. The inorganic powder may include at least one of metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and metal hydroxides. The curable material may include at least one of silicone resin, acrylic, polyurethane, epoxy, polyimide, and polyamide.

하나의 구체적인 실시예에서, 상기 막대를 얻는 단계는, 상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 및 상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록을 2차 슬라이싱하는 단계를 포함한다.In one specific embodiment, the step of obtaining the rod comprises: primary slicing the stack along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which p-type thermoelectric rods and n-type thermoelectric rods are alternately stacked; And secondary slicing the block in a direction crossing the primary slicing surface.

본 발명에 따른 열전 모듈은 필 팩터(Fill Factor : 열전소자 총면적 / 모듈 면적)가 0.8 이상이 되도록 제조될 수 있다.The thermoelectric module according to the present invention may be manufactured so that the fill factor (total area of the thermoelectric element / module area) is 0.8 or more.

본 발명에 따른 열전 모듈은 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 웨이퍼로부터의 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번되고 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자 사이는 단열 접착제로 결합되어 있다.In the thermoelectric module according to the present invention, a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element are alternated from a wafer manufactured by sintering with SPS or hot press, and the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are bonded with an insulating adhesive.

본 발명에 따르면, SPS 또는 핫프레스로 소결된 웨이퍼를 단열 접착제로 스택킹하여 열전 모듈을 제조함으로써 단위면적당 보다 많은 열전소자를 집적하여 열전 모듈의 출력밀도를 증가시킬 수 있다. According to the present invention, by stacking a wafer sintered with SPS or hot press with a heat insulating adhesive to manufacture a thermoelectric module, more thermoelectric elements per unit area may be integrated to increase the output density of the thermoelectric module.

본 발명에서는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 방식이 아니라, 스택을 자른 블록, 또는 블록을 자른 막대와 같이 일괄적으로 p형 열전재료와 n형 열전재료의 집합체를 이용하여 집적함으로써, 보다 손쉽게 적은 공정 횟수로 열전 모듈을 제조하는 것이 가능하다. 이와 같이 보다 간단한 제조 공정에 따라, 제조 비용을 줄일 수 있고 제품의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. In the present invention, the p-type and n-type thermoelectric elements are not individually made and then integrated into an insulating substrate, but the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material are collectively arranged like a block cut into a stack or a bar cut from a block. By integrating with an aggregate, it is possible to manufacture thermoelectric modules more easily and with fewer process times. This simpler manufacturing process can reduce manufacturing costs and increase product reliability.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 일반적인 열전 모듈을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제조한 격자 형태 블록의 사진이다.
The following drawings, which are attached to this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the contents of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is limited to the matters described in such drawings. It should not be construed as limited.
1 is a partial cutaway perspective view schematically illustrating a conventional general thermoelectric module.
2 is a flow chart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a thermoelectric module manufacturing method according to an embodiment of the present invention by process order.
4 is a flow chart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a thermoelectric module manufacturing method according to another embodiment of the present invention by process order.
6 is a photograph of a lattice-shaped block manufactured according to the experimental example of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Shapes of elements in the drawings and the like have been exaggerated for clarity and the same reference numbers refer to the same components.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.2 is a flow chart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 열전 모듈 제조방법은 스택 제조 단계(s1), 슬라이싱 단계(s2) 및 집적 단계(s3)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the thermoelectric module manufacturing method of the present invention includes a stack manufacturing step s1, a slicing step s2, and an integration step s3.

스택 제조 단계(s1)에서는 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조한다. '교번' 적층은 잘 알려진 바와 같이 번갈아 적층하는 것을 의미한다. 예를 들어 p형, n형, p형, n형, … 순서로 적층될 수 있도록 번갈아 적층한다. In the stack fabrication step (s1), a stack is manufactured by alternately stacking a p-type wafer and an n-type wafer with an insulating adhesive. 'Alternative' lamination means alternating lamination, as is well known. For example, p-type, n-type, p-type, n-type,…. Laminate alternately so that they can be stacked in order.

슬라이싱 단계(s2)에서는 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻게 된다. '스택의 베이스 표면' 이라 함은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼의 넓은 면에 대응된다.In the slicing step (s2), the stack is sliced along two directions perpendicular to and perpendicular to the base surface of the stack to obtain a bar including a plurality of pairs of p- and n-type thermoelectric elements. The term 'base surface of the stack' corresponds to the broad sides of the p-type wafer and the n-type wafer.

집적 단계(s3)에서는 이러한 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하게 된다. 스택은 적층 방향을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번하고, 격자 형태 블록은 행을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번할 뿐 아니라 열을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번하게 된다. In the integration step s3, the bars are integrated to form a lattice block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are alternated. The stacks are p-type, n-type, p-type, n-type,... Along the stacking direction. Alternating in order, the lattice blocks are p-type, n-type, p-type, n-type,... In addition to alternating order, p-type, n-type, p-type, n-type,... In order.

이러한 제조방법에 관하여 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. This manufacturing method will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a thermoelectric module manufacturing method according to an embodiment of the present invention by process order.

도 3의 (a)를 참조하면, 먼저 도 2의 스택 제조 단계(s1)를 수행하여 스택(30)을 제조한다. 스택(30)은 p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20)를 교번 적층해 제조하며, p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20) 사이는 단열 접착제(15)로 결합하여 제조한다. 단열 접착제(15)가 상온에서 작동하는 경우에는 스택(30) 제조 단계가 상온에서 수행되며, 열경화성 물질 등을 사용하는 단열 접착제(15)인 경우에는 적층 후 고온에서 큐어링하는 단계가 필요하다. Referring to FIG. 3A, first, the stack manufacturing step S1 of FIG. 2 is performed to manufacture the stack 30. The stack 30 is manufactured by alternately stacking the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20, and is manufactured by bonding the thermal insulation adhesive 15 between the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20. . When the heat insulating adhesive 15 operates at room temperature, the stack 30 manufacturing step is performed at room temperature, and in the case of the heat insulating adhesive 15 using a thermosetting material or the like, curing step at a high temperature is required after lamination.

p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)는 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 것일 수 있다. SPS 또는 핫프레스는 가압 소결방식이고, 이러한 가압 소결 방식에 의해 소결될 때, 열전 재료는 높은 소결 밀도와 열전 성능 향상 효과를 얻기 용이할 수 있다. SPS 방식은 분말 성형체의 입자 간극에 직접 펄스상의 전기 에너지를 투입하여, 불꽃 방전에 의해 순식간에 발생하는 방전 플라즈마의 고에너지를 열확산, 전기장의 작용 등에 의해 효과적으로 응용하는 공정이다. 급속한 승온이 가능하기 때문에 입자의 성장을 제어할 수 있고, 단시간에 치밀한 소결체를 얻을 수 있으며, 난소결 재료라도 용이하게 소결 가능하다는 장점이 있다. 핫프레스는 100 ~ 200Mpa의 높은 압력과 고온을 이용하는 것이고, 소정량의 분말 또는 성형체를 캡슐에 충전하고, 탈기 밀봉하고, 가압하면서 동시에 승온해 소결하는 방법이다.The p-type wafer 10 and the n-type wafer 20 may be manufactured by sintering with SPS or hot press. The SPS or hot press is a pressure sintering method, and when sintered by this pressure sintering method, the thermoelectric material may easily obtain a high sintered density and a thermoelectric performance improvement effect. The SPS method is a step of applying pulsed electrical energy directly to a particle gap of a powder compact to effectively apply high energy of a discharge plasma generated by a spark discharge by thermal diffusion, an action of an electric field, or the like. Since rapid temperature rising is possible, the growth of particles can be controlled, a compact sintered body can be obtained in a short time, and an sintered material can be easily sintered. The hot press uses a high pressure and a high temperature of 100 to 200 Mpa, and is a method of filling a capsule with a predetermined amount of powder or a molded product, degassing sealing, pressurizing and simultaneously heating and sintering.

대량생산 측면에서는 p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)가 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조한 잉곳에서 슬라이싱한 웨이퍼인 것임이 바람직하다. 이 때의 열전 재료는 소결 가능한 모든 열전 재료일 수 있다. 열전 재료는 바람직하게는 반도체, 금속, 금속 합금, 반금속, 또는 이들의 조합이다. 스커터루다이트(skutterudite), 클라스레이트(clathrate), 하프-호이슬러(Half-Heusler) 금속간 합금, 진틀 상(Zintl phase), 안티몬화 아연, 칼코게나이드(chalcogenide), 실리콘 게르마늄 및 Pb-Te 기반 재료의 반도체가 바람직하다. 결정성장 방법으로 제조한 웨이퍼를 사용하는 경우에는 결정성장 가능한 물질에 제한이 있고 기계적 강도가 좋지 않은 경우가 있다. 본 발명에서는 소결하여 제조한 펠렛 또는 웨이퍼를 사용하므로 사용 가능한 물질에 제한이 적고 기계적 강도가 우수하다. In terms of mass production, the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20 are preferably wafers sliced in an ingot manufactured by sintering with SPS or hot press. The thermoelectric material at this time may be any thermoelectric material sinterable. The thermoelectric material is preferably a semiconductor, metal, metal alloy, semimetal, or a combination thereof. Skaterudite, clathrate, Half-Heusler intermetallic alloy, Zintl phase, antimony zinc, chalcogenide, silicon germanium and Pb- Semiconductors of Te based materials are preferred. In the case of using a wafer manufactured by the crystal growth method, there is a limit to the material capable of crystal growth and the mechanical strength is sometimes poor. In the present invention, since pellets or wafers prepared by sintering are used, there are few restrictions on the materials that can be used and excellent mechanical strength.

p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20) 각각의 두께는 제조 및 취급 용이성, 원하는 열전 모듈의 크기를 고려하여 결정할 수 있는데, 0.01 mm에서 10mm일 수 있다. 바람직하게는 0.1mm에서 2mm이다. The thickness of each of the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20 may be determined in consideration of the ease of manufacture and handling and the size of the desired thermoelectric module, which may be 0.01 mm to 10 mm. Preferably it is 0.1mm to 2mm.

단열 접착제(15)는 세라믹 글루 또는 폴리머 글루라고도 불리며, 경화성 물질에 단열 무기 분말이 충전된 것이다. 가격적인 이점과 열전도 성능이 좋아 열적인 접합 계면에 많이 사용되고 있으며, 특히 고정이 용이하다는 이점이 있어, 다양한 형태로 사용되고 있다. The heat insulating adhesive 15 is also called ceramic glue or polymer glue, and is filled with a heat insulating inorganic powder in a curable material. It is widely used in thermal bonding interface due to its good price advantage and thermal conductivity performance, and in particular, it is easy to fix and used in various forms.

단열 접착제의 열전도율을 저감시키려면, 경화성 수지에 열전도성이 낮은 물질을 충전시킴과 함께, 박엽화하면 된다. 박엽화를 위해서는 접착제의 점도와 충전재의 사이즈를 조정하면 된다. 접착제의 점도가 작을수록 충전재의 사이즈가 작을수록 박엽화가 가능하다. 열전도성이 낮은 물질로는 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄 등의 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물이 가능하다. 경화성 물질은 실리콘 수지, 아크릴, 폴리우레탄, 에폭시(Epoxy), 폴리 이미드(Poly Imide) 및 폴리 아미드(Poly Amide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In order to reduce the thermal conductivity of the heat insulating adhesive, the curable resin may be filled with a material having a low thermal conductivity and thinned. What is necessary is just to adjust the viscosity of an adhesive agent and the size of a filler for thinning. The smaller the viscosity of the adhesive, the smaller the size of the filler can be thinned. Examples of low thermal conductivity materials include metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, quartz, and aluminum hydroxide, metal carbides, and metal hydroxides. The curable material may include at least one of silicone resin, acrylic, polyurethane, epoxy, poly imide, and poly amide.

본 발명에서 사용하는 단열 접착제(15)의 조성이 위에 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 단열 접착제(15)는 열전 모듈의 경박단소화를 이루면서 열전달을 줄이면 시중에 유통되는 어떠한 제품이라도 사용할 수 있다. 그 중에서도 접착성, 내충격성, 단열성 등이 우수한 접착제이면 더 좋다. The composition of the heat insulation adhesive 15 used by this invention is not limited to what was illustrated above. The heat insulating adhesive 15 can use any product on the market if the heat transfer is reduced while making the thermoelectric module light and small. Especially, if it is an adhesive excellent in adhesiveness, impact resistance, heat insulation, etc., it is better.

특별히 어떠한 제품을 한정적으로 사용하고자 하는 것은 아니지만, 가능한 단열 접착제(15)는 접합 두께(BLT)는 130 μm 정도로 작을 수 있다. 또한 다양한 유형의 기판과 안정적으로 접착한다. 이러한 작은 BLT는 본 발명에 따른 열전 모듈의 필 팩터를 증가시킨다. Although not specifically intended to be limited to any product, a possible thermal adhesive 15 may have a bonding thickness (BLT) as small as 130 μm. It also reliably adheres to various types of substrates. This small BLT increases the fill factor of the thermoelectric module according to the present invention.

다음으로, 도 3의 (b)를 참조하여, 스택(30)의 베이스 표면에 수직인 방향(c)을 따라 상기 스택(30)을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번 적층된 블록(30a)을 얻는다. 참조번호 40은 1차 슬라이싱 방향을 가리킨다. 슬라이싱에는 통상의 파인 커터(fine cutter) 등으로 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 잉곳으로부터 웨이퍼를 슬라이싱하는 데 사용되는 와이어 쏘(50) 등이 이용될 수 있다.Next, referring to FIG. 3 (b), the p-type thermoelectric rod 10a and the n-type thermoelectric are first sliced by slicing the stack 30 along a direction c perpendicular to the base surface of the stack 30. The block 30a in which the rods 20a are alternately stacked is obtained. Reference numeral 40 denotes the primary slicing direction. The slicing can be performed with a normal fine cutter or the like. For example, a wire saw 50 or the like used to slice the wafer from the ingot may be used.

1차 슬라이싱은 하나의 와이어 쏘(50)를 반복 사용해 여러 번 수행하여 여러 개의 블록(30a)을 순차적으로 얻는 방식으로 수행할 수 있다. 물론, 와이어 쏘(50)를 여러 개 등간격으로 배치한 후 한 번의 슬라이싱 공정으로 여러 개의 블록(30a)을 동시에 제조할 수도 있다. Primary slicing may be performed by repeatedly performing one wire saw 50 several times to sequentially obtain several blocks 30a. Of course, the wire saws 50 may be arranged at equal intervals, and then several blocks 30a may be simultaneously manufactured by one slicing process.

그런 다음, 도 3의 (c)에서와 같이, 상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록(30a)을 2차 슬라이싱하여, p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)의 쌍을 여러 개 포함하는 막대(30b)를 얻는다. 참조번호 60은 2차 슬라이싱 방향을 가리킨다. 일반적으로는 1차 슬라이싱 방향(40)과 2차 슬라이싱 방향(60)을 직교시키는 것이 최적이다. Then, as shown in FIG. 3C, the block 30a is second-sliced in the direction crossing the primary slicing surface, so that the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are separated. The rod 30b including several pairs is obtained. Reference numeral 60 denotes the secondary slicing direction. In general, it is optimal to orthogonal to the primary slicing direction 40 and the secondary slicing direction 60.

2차 슬라이싱에서도 하나의 와이어 쏘(50)를 반복 사용해 여러 번 수행하여 여러 개의 막대(30b)를 순차적으로 얻을 수 있다. 와이어 쏘(50)를 여러 개 등간격으로 배치한 후 한번의 슬라이싱 공정으로 여러 개의 막대(30b)를 동시에 제조할 수도 있다. In the second slicing, a plurality of rods 30b may be sequentially obtained by repeatedly performing a single wire saw 50. After placing the wire saws 50 at equal intervals, a plurality of rods 30b may be manufactured at the same time by a single slicing process.

이상 설명한 도 3의 (b) 및 (c)가 도 2의 슬라이싱 단계(s2)에 해당된다. 3 (b) and (c) described above correspond to the slicing step s2 of FIG. 2.

다음으로, 도 3의 (d)에서와 같이 막대(30b)를 집적하여 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번하는 격자 형태 블록(30c)을 형성한다. 이것은 도 2의 집적 단계(s3)에 해당된다. Next, as shown in FIG. 3D, the bar 30b is integrated to form a lattice block 30c in which the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are alternated. This corresponds to the integration step s3 of FIG.

막대(30b)를 집적할 때에는 격자 형태 블록(30c)의 열이나 행을 따라서 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번할 수 있도록, 인접하는 두 막대(30b)끼리는 그 적층 순서가 엇갈리도록 배치한다. 막대(30b) 사이도 단열 접착제(15)로 결합한다. When the bars 30b are integrated, the two adjacent bars 30b are separated from each other so that the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are alternated along the columns or rows of the lattice-shaped block 30c. Lay out the stacking order. The rod 30b is also bonded by the heat insulating adhesive 15.

이 때, 완전한 열전 모듈(100)을 형성하기 위해 도시한 바와 같이 2 개의 전기 분리된 기판(70, 80) 사이에 이 격자 형태 블록(30c)을 클램핑 또는 삽입할 수 있다. 기판(70, 80)은 세라믹 기판과 같은 절연 기판이다. 전극(미도시)은 격자 형태 블록(30c) 상부 및 하부에 직접 형성한 후 기판(70, 80)과 접착하거나, 기판(70, 80)에 전극을 형성한 후에 여기에 격자 형태 블록(30c)을 접착함으로써 기판(70, 80)과 격자 형태 블록(30c) 사이에 배치된다. 전극은 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 사용 조건에 맞게 직렬로 반복하여 배열되는 구조가 되도록 한다. 용도에 따라서는 기판(70, 80) 중에 어느 하나가 없거나 기판이 아예 없는 베어 타입(bare type) 열전 모듈로도 제조될 수 있다. At this time, the lattice block 30c may be clamped or inserted between two electrically separated substrates 70 and 80 as shown to form a complete thermoelectric module 100. The substrates 70 and 80 are insulating substrates such as ceramic substrates. The electrode (not shown) is directly formed on the upper and lower portions of the lattice-shaped block 30c and then adhered to the substrates 70 and 80, or after the electrodes are formed on the substrates 70 and 80, the lattice-shaped block 30c is attached thereto. Is bonded between the substrates 70 and 80 and the lattice block 30c. The electrode has a structure in which the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are repeatedly arranged in series according to the use conditions. Depending on the application, it may also be manufactured as a bare type thermoelectric module in which none or none of the substrates 70 and 80 are present.

기판(70, 80)으로서는 사파이어, 실리콘, 파이렉스, 석영 기판 등을 이용할 수 있다. 전극의 재질은 알루미늄, 니켈, 금, 티타늄 등 다양하게 선택될 수 있으며, 그 크기 또한 다양하게 선택될 수 있다. 전극이 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리프트 오프 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다.As the substrates 70 and 80, sapphire, silicon, pyrex, quartz substrates and the like can be used. The material of the electrode may be variously selected, such as aluminum, nickel, gold, titanium, etc., and the size thereof may also be variously selected. As the method for patterning the electrode, a conventionally known patterning method can be used without limitation, and for example, a lift-off semiconductor process, a deposition method, a photolithography method, or the like can be used.

이와 같이 본 발명에 따른 열전 모듈(100) 제조 방법에서는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, SPS 또는 핫프레스로 소결된 잉곳으로부터의 p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)를 단열 접착제(15)를 사용해 스택킹한 후[스택(30) 제조] 일 방향으로 슬라이싱하고[블록(30a) 제조], 슬라이싱된 부분을 세로 방향으로 절단하여 p-n 열전 소자의 열을 만든다[막대(30b) 제조]. 그 후, p-n 열전 소자의 열을 기판 상에 배열해 모듈로 만드는데 이 때에도 p-n 열전 소자의 열 사이에 단열 접착제(15)를 사용해 접착한다[격자 형태 블록(30c) 제조]. Thus, in the method of manufacturing the thermoelectric module 100 according to the present invention, as described with reference to FIG. 3, the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20 from the ingot sintered by SPS or hot press are coated with an insulating adhesive ( 15) after stacking (manufacturing the stack 30), slicing in one direction (manufacturing the block 30a), and slicing the sliced in the longitudinal direction to produce a row of pn thermoelectric elements (manufacturing the rod 30b). ]. Thereafter, the rows of p-n thermoelectric elements are arranged on a substrate to form a module, and at this time, the thermal insulation adhesive 15 is bonded between the rows of p-n thermoelectric elements (manufacture of grid-shaped block 30c).

본 발명에서는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 방식이 아니라, 스택(30), 스택(30)을 자른 블록(30a), 블록(30a)을 자른 막대(30b)와 같이 일괄적으로 p형 열전재료와 n형 열전재료의 집합체를 이용하며, 막대(30b)를 집적함으로써 보다 손쉽게 적은 공정 횟수로 열전 모듈(100)을 제조하는 것이 가능하다. In the present invention, rather than making the p-type and n-type thermoelectric elements separately and integrating them into an insulating substrate, the bar 30b cut the stack 30, the block 30a cut the stack 30, the block 30a It is possible to manufacture the thermoelectric module 100 more easily with fewer processes by integrating the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material collectively, and by integrating the rods 30b.

도 3의 (d)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 열전 모듈(100)은 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 펠렛 또는 웨이퍼로부터의 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번되고 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이는 단열 접착제(15)로 결합되어 있다. As shown in (d) of FIG. 3, the thermoelectric module 100 according to the present invention is a p-type thermoelectric element 10b and an n-type thermoelectric element 20b from pellets or wafers prepared by sintering with SPS or hot press. Are alternately coupled between the p-type thermoelectric element (10b) and the n-type thermoelectric element (20b) by a heat insulating adhesive (15).

기존의 방법으로 집적된 열전 모듈에서는 p-n 열전소자간 간격이 커서 단위면적당 열전소자 수를 증가시키는 데에 한계가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이가 단열 접착제(15)로 결합이 되며 빈 공간이 없이 콤팩트하게 집적되는 장점이 있다. 이에 따라, 필 팩터(Fill Factor : 열전소자 총면적 / 모듈 면적)가 0.8 이상이 되도록 제조할 수 있으며, 높은 전력 밀도를 가진 열전 모듈의 제조가 가능하다.In the thermoelectric module integrated by the conventional method, there is a limit in increasing the number of thermoelectric elements per unit area due to the large gap between p-n thermoelectric elements. However, according to the present invention, there is an advantage that the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are coupled with the heat insulating adhesive 15 and compactly integrated without empty space. Accordingly, the fill factor (thermoelectric element total area / module area) can be manufactured to be 0.8 or more, it is possible to manufacture a thermoelectric module having a high power density.

필 팩터는 1에 가까울수록 이상적이지만, 제조방법 및 열전소자 배치에 따라 한계가 있기 마련이다. 본 발명은 단열 접착제(15)의 두께가 결합을 유지하는 최소한의 두께인 경우 이상을 가정하여 계산하였을 때 0.8 이상이 되는 배치 및 제조방법을 가진다. The closer to 1 the fill factor is, the more it is ideal, but there are limitations depending on the manufacturing method and thermoelectric arrangement. The present invention has a batch and a manufacturing method that is 0.8 or more when the thickness of the heat insulating adhesive 15 is calculated on the assumption that the thickness is the minimum thickness to maintain the bond.

단열 접착제(15)는 바람직하게 전기전도성이 없는 것이다. 단열 접착제(15)는 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이 사이에서 절연 격막으로 작용하며 외부로부터의 수분 침투를 효과적으로 방지한다. 따라서, 단열 접착제(15)는 더 용이한 모듈 생산을 제공하고 추가로 습도, 산소 또는 화학물질과 같은 외부 인자에 의한 열화 및 오염으로부터 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)를 보호한다. The heat insulating adhesive 15 is preferably one that is not electrically conductive. The heat insulating adhesive 15 acts as an insulating diaphragm between the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b and effectively prevents moisture penetration from the outside. Thus, the thermal insulation adhesive 15 provides for easier module production and further protects the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b from degradation and contamination by external factors such as humidity, oxygen or chemicals. Protect.

본 발명에 따른 열전 모듈(100)은, 예를 들어 열전냉각시스템, 열전발전시스템일 수 있고, 상기 열전냉각시스템은, 무냉매 냉장고, 에어컨 등의 범용 냉각기기, 마이크로 냉각시스템, 공조기, 폐열 발전 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 열전냉각시스템의 구성 및 제조방법에 대해서는 당업계에 공지되어 있는 바 본 명세서에서는 구체적인 기재를 생략한다.The thermoelectric module 100 according to the present invention may be, for example, a thermoelectric cooling system or a thermoelectric power generation system. The thermoelectric cooling system may be a general-purpose cooling device such as a refrigerantless refrigerator or an air conditioner, a micro cooling system, an air conditioner, or waste heat generation. Systems, and the like, but are not limited thereto. The construction and manufacturing method of the thermoelectric cooling system are well known in the art, and thus detailed description thereof is omitted.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.4 is a flow chart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 열전 모듈 제조방법은 스택 제조 단계(s11), 제1 슬라이싱 단계(s12), 조립 단계(s13), 제2 슬라이싱 단계(s14) 및 집적 단계(s15)를 포함한다. Referring to FIG. 4, another method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention includes a stack manufacturing step s11, a first slicing step s12, an assembling step s13, a second slicing step s14, and an integration step s15. Include.

스택 제조 단계(s11)는 도 2를 참조하여 설명한 스택 제조 단계(s1)와 동일하다.The stack fabrication step s11 is the same as the stack fabrication step s1 described with reference to FIG. 2.

제1 슬라이싱 단계(s12)에서는 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 제1 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는다. In the first slicing step s12, the stack is first sliced along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which p-type thermoelectric bars and n-type thermoelectric bars are alternately stacked.

조립 단계(s13)에서는 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번하도록 상기 블록 사이를 상기 단열 접착제로 결합하여 적층한다.In the assembling step (s13), the first slicing surfaces are opposed to each other, and the p-type thermoelectric rods and the n-type thermoelectric rods are alternately bonded to each other with the heat insulating adhesive to be laminated.

제2 슬라이싱 단계(s14)에서는 조립 단계(s13)에서 제조한 적층 블록을 상기 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 제2 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성한다. In the second slicing step (s14), the stacked blocks manufactured in the assembling step (s13) are second sliced in a direction crossing the first slicing surface to form a lattice block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are alternately formed. do.

집적 단계(s15)에서는 격자 형태 블록과 전극, 기판을 집적하여 열전 모듈로 제조한다. In the integration step s15, the lattice-shaped block, the electrode, and the substrate are integrated to manufacture a thermoelectric module.

이러한 제조방법에 관하여 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.This manufacturing method will be described in more detail with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining a thermoelectric module manufacturing method according to another embodiment of the present invention by process order.

도 5의 (a)를 참조하면, 먼저 스택(30)을 제조한다. 스택(30)은 p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20)를 교번 적층해 제조하며, p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20) 사이는 단열 접착제(15)로 결합하여 제조한다. 이러한 스택(30) 제조 방법은 도 3의 (a)를 참조하여 한 설명과 동일하다.Referring to FIG. 5A, first, a stack 30 is manufactured. The stack 30 is manufactured by alternately stacking the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20, and is manufactured by bonding the thermal insulation adhesive 15 between the p-type wafer 10 and the n-type wafer 20. . The stack 30 manufacturing method is the same as that described with reference to FIG.

다음으로, 도 5의 (b)는 제1 슬라이싱으로 제조한 블록(30a)을 보여준다. 블록(30a)은 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번 적층된 것이다. 블록(30a)을 제조하는 방법은 도 3의 (b)를 참조하여 한 1차 슬라이싱 설명과 동일하다. 제1 슬라이싱 방향은 도 5의 (a)에 참조번호 40'로 도시하였다. Next, FIG. 5B shows a block 30a manufactured by the first slicing. The block 30a is formed by alternately stacking the p-type thermoelectric rod 10a and the n-type thermoelectric rod 20a. The method of manufacturing the block 30a is the same as the primary slicing description made with reference to FIG. 3 (b). The first slicing direction is shown at 40 'in FIG. 5A.

다음, 도 5의 (c)는 도 4의 조립 단계(s13)를 보여준다. 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번하도록 상기 블록(30a) 사이를 상기 단열 접착제(15)로 결합하여 적층한다. Next, FIG. 5C shows the assembling step s13 of FIG. 4. The first slicing surfaces face each other and are laminated by bonding the insulating adhesive 15 between the blocks 30a such that the p-type thermoelectric rod 10a and the n-type thermoelectric rod 20a alternate.

다음, 적층된 블록(30a)들을 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향(도 5의 (c)에 참조번호 60' 로 표시)으로 제2 슬라이싱한다. 일반적으로는 제1 슬라이싱면과 직교시키는 것이 최적이다. Next, the stacked blocks 30a are second sliced in a direction intersecting the first slicing surface (indicated by reference numeral 60 'in FIG. 5C). In general, it is optimal to orthogonal to the first slicing surface.

그러면, 도 5의 (d)와 같이 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번하는 격자 형태 블록(30d)이 형성된다. Then, as shown in FIG. 5D, a lattice-shaped block 30d in which the p-type thermoelectric element 10b and the n-type thermoelectric element 20b are alternately formed is formed.

이후의 열전 모듈로의 집적 단계(도 4의 단계 s15)는 도 3의 (d)를 참조하여 한 설명과 동일하다. 격자 형태 블록(30d)의 상부 및 하부에 전극을 형성하여 베어 타입 열전 모듈로 제조하거나 상부 및 하부에 기판을 더 집적하여 열전 모듈로 제조할 수 있다. Subsequent integration into the thermoelectric module (step s15 of FIG. 4) is the same as that described with reference to FIG. 3d. Electrodes may be formed on the upper and lower portions of the lattice block 30d to form a bare type thermoelectric module, or a substrate may be further integrated on the upper and lower portions to form a thermoelectric module.

도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제조한 격자 형태 블록의 사진이다.6 is a photograph of a lattice-shaped block manufactured according to the experimental example of the present invention.

격자 형태 블록은 도 5를 참조한 설명에 따라 제조하였으며, 모듈 치수는 7 x 4.5 mm2이 되도록 디자인한 경우이다. p-n 열전소자 쌍은 8개(열전소자 개수는 16개)로 하였다. 이와 같이 매우 콤팩트한 구조의 격자 형태 블록을 제조할 수 있고 이것을 열전 모듈로 이용할 수 있다. 필 팩터는 0.8 이상으로 매우 높은 전력 밀도를 가질 수 있다.The lattice-shaped block was manufactured according to the description with reference to FIG. 5, and the module dimension was designed to be 7 x 4.5 mm 2 . The pn thermoelectric element pair was eight (the number of thermoelectric elements was 16). In this way, a very compact lattice-shaped block can be manufactured and used as a thermoelectric module. The fill factor may have a very high power density of 0.8 or more.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As mentioned above, although the preferred embodiment of the present invention has been illustrated and described, the present invention is not limited to the specific preferred embodiment described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

10 : p형 웨이퍼 10a : p형 열전 막대
10b : p형 열전소자 15 : 단열 접착제
20 : n형 웨이퍼 20a : n형 열전 막대
20b : n형 열전소자 30 : 스택
30a : 블록 30b : 막대
30c, 30d :격자 형태 블록 40 : 1차 슬라이싱 방향
40' : 제1 슬라이싱 방향 50 : 와이어 쏘
60 : 2차 슬라이싱 방향 60' : 제2 슬라이싱 방향
70, 80 : 기판 100 : 열전 모듈
10: p-type wafer 10a: p-type thermoelectric rod
10b: p-type thermoelectric element 15: heat insulating adhesive
20: n-type wafer 20a: n-type thermoelectric rod
20b: n-type thermoelectric element 30: stack
30a: Block 30b: Bar
30c, 30d: Grid block 40: Primary slicing direction
40 ': first slicing direction 50: wire saw
60: second slicing direction 60 ': second slicing direction
70, 80: substrate 100: thermoelectric module

Claims (15)

p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제(thermal insulation adhesive)로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조하는 단계;
상기 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자(thermoelectric element)와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻는 단계; 및
상기 막대 사이를 상기 단열 접착제로 결합함으로써 상기 막대를 빈 공간이 없이 집적하여, 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조방법이고,
상기 단열 접착제는 경화성 물질에 단열 무기 분말 충전재가 포함된 것으로서,
상기 단열 접착제의 점도와 상기 충전재의 사이즈를 조절함으로써 상기 단열 접착제를 박엽화해 결합을 유지하는 최소한의 두께인 경우 이상으로 함으로써, 필 팩터(Fill Factor : 열전소자 총면적 / 모듈 면적)가 0.8 이상이 되는 열전 모듈을 얻는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.
thermal insulation between the p-type wafer and the n-type wafer bonding) alternately laminating to produce a stack;
Slicing the stack in two directions perpendicular to and perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod comprising a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements; And
A method of manufacturing a thermoelectric module, comprising: forming a lattice-shaped block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are alternately formed by integrating the rods without empty space by coupling the rods with the insulating adhesive.
The heat insulating adhesive is a heat insulating inorganic powder filler is included in the curable material,
By adjusting the viscosity of the heat insulating adhesive and the size of the filler to at least the thickness of the heat insulating adhesive thinning to maintain the bond, the fill factor (thermoelectric element total area / module area) is 0.8 or more The thermoelectric module manufacturing method characterized by obtaining a thermoelectric module.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼는 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조한 펠렛 또는 웨이퍼인 것임을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.The method of claim 1, wherein the p-type wafer and the n-type wafer are pellets or wafers prepared by sintering with SPS or hot press. 제1항에 있어서, 상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 각각의 두께는 0.1mm에서 2mm인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.The method of claim 1, wherein each of the p-type wafer and the n-type wafer has a thickness of 0.1 mm to 2 mm. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 무기 분말은 금속 산화물, 금속 탄화물 및 금속 수산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.The method of claim 1, wherein the inorganic powder comprises at least one of a metal oxide, a metal carbide, and a metal hydroxide. 제1항에 있어서, 상기 경화성 물질은 실리콘 수지, 아크릴, 폴리우레탄, 에폭시(Epoxy), 폴리 이미드(Poly Imide) 및 폴리 아미드(Poly Amide) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.The thermoelectric module of claim 1, wherein the curable material comprises at least one of silicone resin, acrylic, polyurethane, epoxy, polyimide, and polyamide. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 막대를 얻는 단계는,
상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 및
상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록을 2차 슬라이싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.
The method of claim 1, wherein the obtaining of the rod comprises:
Primary slicing the stack along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which p-type thermoelectric bars and n-type thermoelectric bars are alternately stacked; And
And slicing the block in a direction intersecting the primary slicing surface.
삭제delete 제1항에 따른 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.Thermoelectric module characterized in that produced by the manufacturing method according to claim 1. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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