(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-11
(54)【発明の名称】熱電素子
(51)【国際特許分類】
H10N 10/17 20230101AFI20231003BHJP
H10N 10/852 20230101ALI20231003BHJP
H10N 10/13 20230101ALI20231003BHJP
H02N 11/00 20060101ALI20231003BHJP
【ＦＩ】
H10N10/17 Z
H10N10/852
H10N10/13
H02N11/00 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023519048
(86)(22)【出願日】2021-07-20
(85)【翻訳文提出日】2023-03-24
(86)【国際出願番号】 KR2021009353
(87)【国際公開番号】W WO2022065651
(87)【国際公開日】2022-03-31
(31)【優先権主張番号】10-2020-0124094
(32)【優先日】2020-09-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0091531
(32)【優先日】2021-07-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0095001
(32)【優先日】2021-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517099982
【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114188
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119253
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 賢教
(74)【代理人】
【識別番号】100129713
【弁理士】
【氏名又は名称】重森 一輝
(74)【代理人】
【識別番号】100137213
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100143823
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 英彦
(74)【代理人】
【識別番号】100183519
【弁理士】
【氏名又は名称】櫻田 芳恵
(74)【代理人】
【識別番号】100196483
【弁理士】
【氏名又は名称】川嵜 洋祐
(74)【代理人】
【識別番号】100160749
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 陽一
(74)【代理人】
【識別番号】100160255
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 祐輔
(74)【代理人】
【識別番号】100172683
【弁理士】
【氏名又は名称】綾 聡平
(74)【代理人】
【識別番号】100219265
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 崇大
(74)【代理人】
【識別番号】100203208
【弁理士】
【氏名又は名称】小笠原 洋平
(74)【代理人】
【識別番号】100146318
【弁理士】
【氏名又は名称】岩瀬 吉和
(72)【発明者】
【氏名】チェ，マンヒュ
(72)【発明者】
【氏名】イ，ジョンミン
(72)【発明者】
【氏名】イ，セウン
(72)【発明者】
【氏名】チョ，ヨンサン
(57)【要約】
本発明の一実施例に係る熱電素子は一つの第１基板、前記一つの第１基板上に配置された絶縁層、前記絶縁層上に配置された第１電極部、前記絶縁層上に配置され、前記第１電極部から前記第１基板の第１外側に向かうように突出した第１ターミナル電極および第２ターミナル電極、前記第１電極部上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極部、そして前記第２電極部上に配置された第２基板部を含み、前記第２基板部は互いに離隔するように配置された複数の第２基板を含み、前記第１電極部は、前記複数の第２基板それぞれと垂直に重なった複数の電極グループ、そして前記複数の電極グループのうち互いに異なる二つの電極グループを連結する第１連結電極を含み、前記第１連結電極の長辺は前記複数の電極グループに含まれた第１電極の長辺より長く、前記第１連結電極の少なくとも一部は前記複数の第２基板と垂直に重ならないように配置される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一つの第１基板、前記一つの第１基板上に配置された絶縁層、
前記絶縁層上に配置された第１電極部、
前記絶縁層上に配置され、前記第１電極部から前記第１基板の第１外側に向かうように突出した第１ターミナル電極および第２ターミナル電極、
前記第１電極部上に配置された半導体構造物、
前記半導体構造物上に配置された第２電極部、そして
前記第２電極部上に配置された第２基板部を含み、
前記第２基板部は互いに離隔するように配置された複数の第２基板を含み、
前記第１電極部は、
前記複数の第２基板それぞれと垂直に重なった複数の電極グループ、そして
前記複数の電極グループのうち互いに異なる二つの電極グループを連結する第１連結電極を含み、
前記第１連結電極の長辺は前記複数の電極グループに含まれた第１電極の長辺より長く、
前記第１連結電極の少なくとも一部は前記複数の第２基板と垂直に重ならないように配置される、熱電素子。
【請求項2】
前記第１ターミナル電極および前記第２ターミナル電極はそれぞれ互いに異なる電極グループに配置され、前記第１連結電極は前記互いに異なる電極グループを連結するように前記複数の電極グループ内で前記第１ターミナル電極および前記第２ターミナル電極に最も近い行に配置された、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項3】
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で分割された互いに異なる電極グループを含み、前記第１電極部は前記互いに異なる電極グループを連結するように二つの連結電極を含み、前記二つの連結電極は、
前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極である、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項4】
前記二つの連結電極は前記複数の電極グループ内で最外側列に最も隣接した二つの列に配置された、請求項３に記載の熱電素子。
【請求項5】
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で順次分割された第１電極グループ、第２電極グループおよび第３電極グループを含み、前記第１電極部は前記第１電極グループおよび前記第２電極グループを連結するように互いに隣接して配置される二つの連結電極および前記第２電極グループおよび前記第３電極グループを連結するように互いに隣接して配置される他の二つの連結電極を含み、
前記二つの連結電極は前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極を含み、前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側のうち一側に配置され、
前記他の二つの連結電極は第３連結電極および前記第３連結電極と隣接して互いに並んで配置された第４連結電極を含み、前記第３外側および前記第４外側のうち他の一側に配置される、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項6】
前記二つの連結電極は前記第３外側の最外側列に最も隣接した二つの列に配置され、前記他の二つの連結電極は前記第４外側の最外側列に最も隣接した二つの列に配置された、請求項５に記載の熱電素子。
【請求項7】
前記複数の電極グループは前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側の間で分割された互いに異なる電極グループを含み、前記第１連結電極は前記互いに異なる電極グループ内の最外側行に配置された、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項8】
前記第１電極部は前記互いに異なる電極グループを連結するように配置される二つの連結電極を含み、前記二つの連結電極は前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極を含み、前記互いに異なる電極グループ内の最外側行および前記最外側行に最も隣接した行に配置された、請求項７に記載の熱電素子。
【請求項9】
前記絶縁層は前記第１基板上に配置された第１絶縁層、そして前記第１絶縁層上に配置され、前記第１絶縁層の面積より小さい面積を有する第２絶縁層を含み、前記第２絶縁層は前記第２基板部と垂直に重なる重なり領域および前記重なり領域から前記第１基板の第１外側に向かって突出した突出パターンを含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項10】
前記突出パターンは互いに離隔するように配置された第１突出パターンおよび第２突出パターンを含み、前記第１突出パターン上に前記第１ターミナル電極が配置され、前記第２突出パターン上に前記第２ターミナル電極が配置された、請求項９に記載の熱電素子。
【請求項11】
前記複数の電極グループは前記絶縁層上で互いに離隔するように配置され、前記絶縁層上で前記複数の電極グループの間に配置されたダミー部をさらに含む、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項12】
前記ダミー部は前記複数の電極グループそれぞれに含まれた各電極と同一の形状および大きさを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含む、請求項１１に記載の熱電素子。
【請求項13】
各ダミー構造物は金属層または樹脂層である、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項14】
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で分割された第１電極グループおよび第２電極グループを含み、前記第１電極グループは前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側の間で分割された第１－１電極グループおよび第１－２電極グループを含み、
前記第２電極グループは前記第３外側および前記第４外側の間で分割された第２－１電極グループおよび第２－２電極グループを含み、
前記ダミー部は前記第１－１電極グループと前記第１－２電極グループの間に配置された第１ダミー部、前記第２－１電極グループと第２－２電極グループの間に配置された第２ダミー部および前記第１電極グループと前記第２電極グループの間に配置された第３ダミー部を含む、請求項１１に記載の熱電素子。
【請求項15】
前記第１ダミー部および前記第２ダミー部は互いに離隔するように配置された、請求項１４に記載の熱電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は熱電素子に関し、より詳細には熱電素子の電極部の構造に関する。
【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、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利用する素子を総称するものであり、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利用する素子、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利用する素子、電流による吸熱または発熱が発生する現象であるペルティエ効果を利用する素子などに区分され得る。
【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。これに伴い、熱電素子の熱電性能に対する要求はますます高まっている。
【0006】
熱電素子は基板、電極および熱電レッグを含み、上部基板と下部基板の間に複数の熱電レッグがアレイの形態で配置され、複数の熱電レッグと上部基板の間に複数の上部電極が配置され、複数の熱電レッグとおよび下部基板の間に複数の下部電極が配置される。
【0007】
熱電素子の製造工程上基板、電極および熱電レッグ間の接合のために高温の環境で処理され得る。これに伴い、基板に曲げ現象が発生し得、基板の曲げ現象によって熱電素子の長期的な信頼性、耐久性および発電性能が低下し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明が達成しようとする技術的課題は、熱電モジュールの電極部の構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施例に係る熱電素子は一つの第１基板、前記一つの第１基板上に配置された絶縁層、前記絶縁層上に配置された第１電極部、前記絶縁層上に配置され、前記第１電極部から前記第１基板の第１外側に向かうように突出した第１ターミナル電極および第２ターミナル電極、前記第１電極部上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極部、そして前記第２電極部上に配置された第２基板部を含み、前記第２基板部は互いに離隔するように配置された複数の第２基板を含み、前記第１電極部は、前記複数の第２基板それぞれと垂直に重なった複数の電極グループ、そして前記複数の電極グループのうち互いに異なる二つの電極グループを連結する第１連結電極を含み、前記第１連結電極の長辺は前記複数の電極グループに含まれた第１電極の長辺より長く、前記第１連結電極の少なくとも一部は前記複数の第２基板と垂直に重ならないように配置される。
【0010】
前記第１ターミナル電極および前記第２ターミナル電極はそれぞれ互いに異なる電極グループに配置され、前記第１連結電極は前記互いに異なる電極グループを連結するように前記複数の電極グループ内で前記第１ターミナル電極および前記第２ターミナル電極に最も近い行に配置され得る。
【0011】
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で分割された互いに異なる電極グループを含み、前記第１電極部は前記互いに異なる電極グループを連結するように二つの連結電極を含み、前記二つの連結電極は、前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極であり得る。
【0012】
前記二つの連結電極は前記複数の電極グループ内で最外側列に最も隣接した二つの列に配置され得る。
【0013】
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で順次分割された第１電極グループ、第２電極グループおよび第３電極グループを含み、前記第１電極部は前記第１電極グループおよび前記第２電極グループを連結するように互いに隣接して配置される二つの連結電極および前記第２電極グループおよび前記第３電極グループを連結するように互いに隣接して配置される他の二つの連結電極を含み、前記二つの連結電極は前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極を含み、前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側のうち一側に配置され、前記他の二つの連結電極は第３連結電極および前記第３連結電極と隣接して互いに並んで配置された第４連結電極を含み、前記第３外側および前記第４外側のうち他の一側に配置され得る。
【0014】
前記二つの連結電極は前記第３外側の最外側列に最も隣接した二つの列に配置され、前記他の二つの連結電極は前記第４外側の最外側列に最も隣接した二つの列に配置され得る。
【0015】
前記複数の電極グループは前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側の間で分割された互いに異なる電極グループを含み、前記第１連結電極は前記互いに異なる電極グループ内の最外側行に配置され得る。
【0016】
前記第１電極部は前記互いに異なる電極グループを連結するように配置される二つの連結電極を含み、前記二つの連結電極は前記第１連結電極および前記第１連結電極と隣接して互いに並んで配置された第２連結電極を含み、前記互いに異なる電極グループ内の最外側行および前記最外側行に最も隣接した行に配置され得る。
【0017】
前記絶縁層は前記第１基板上に配置された第１絶縁層、そして前記第１絶縁層上に配置され、前記第１絶縁層の面積より小さい面積を有する第２絶縁層を含み、前記第２絶縁層は前記第２基板部と垂直に重なる重なり領域および前記重なり領域から前記第１基板の第１外側に向かって突出した突出パターンを含むことができる。
【0018】
前記突出パターンは互いに離隔するように配置された第１突出パターンおよび第２突出パターンを含み、前記第１突出パターン上に前記第１ターミナル電極が配置され、前記第２突出パターン上に前記第２ターミナル電極が配置され得る。
【0019】
前記複数の電極グループは前記絶縁層上で互いに離隔するように配置され、前記絶縁層上で前記複数の電極グループの間に配置されたダミー部をさらに含むことができる。
【0020】
前記ダミー部は前記複数の電極グループそれぞれに含まれた各電極と同一の形状および大きさを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含むことができる。
【0021】
各ダミー構造物は金属層または樹脂層であり得る。
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で分割された第１電極グループおよび第２電極グループを含み、前記第１電極グループは前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側の間で分割された第１－１電極グループおよび第１－２電極グループを含み、前記第２電極グループは前記第３外側および前記第４外側の間で分割された第２－１電極グループおよび第２－２電極グループを含み、前記ダミー部は前記第１－１電極グループと前記第１－２電極グループの間に配置された第１ダミー部、前記第２－１電極グループと第２－２電極グループの間に配置された第２ダミー部および前記第１電極グループと前記第２電極グループの間に配置された第３ダミー部を含むことができる。
前記複数の電極グループは前記第１外側および前記第１外側に対向する第２外側の間で分割された第１電極グループおよび第２電極グループを含み、前記第１電極グループは前記第１外側に垂直な第３外側および前記第３外側に対向する第４外側の間で分割された第１－１電極グループおよび第１－２電極グループを含み、前記第２電極グループは前記第３外側および前記第４外側の間で分割された第２－１電極グループおよび第２－２電極グループを含み、前記ダミー部は前記第１－１電極グループと前記第１－２電極グループの間に配置された第１ダミー部、前記第２－１電極グループと第２－２電極グループの間に配置された第２ダミー部および前記第１電極グループと前記第２電極グループの間に配置された第３ダミー部を含むことができる。
【0022】
前記第１ダミー部および前記第２ダミー部は互いに離隔するように配置され得る。
【0023】
本発明の他の実施例に係る熱電素子は第１基板；前記第１基板上に配置され、互いに離隔するように配置された第１電極グループおよび第２電極グループを含む第１電極部；前記第１電極部上に配置され、互いに離隔するように配置された第３電極グループおよび第４電極グループを含む第２電極部；そして前記第１電極部と前記第２電極部の間に配置された半導体構造物；を含み、前記第１電極グループと前記第３電極グループは第１領域を形成するように前記第１基板に対して垂直な方向に互いに重なり、前記第２電極グループと前記第４電極グループは第２領域を形成するように前記第１基板に対して垂直な方向に互いに重なり、前記第１領域と前記第２領域の間に離隔領域が形成され、前記離隔領域の少なくとも一部に配置されたダミー部を含む。
【0024】
各電極グループは互いに離隔するように配置された複数の電極を含み、前記第１電極グループと前記第２電極グループ間の離隔距離は前記各電極グループ内の複数の電極間の離隔距離より大きくてもよい。
【0025】
前記第１電極グループと前記第２電極グループは第１方向に離隔し、前記第１電極グループは前記第１方向に垂直な第２方向に離隔した第１－１電極グループおよび第１－２電極グループを含み、前記第２電極グループは前記第１方向に垂直な第２方向に離隔した第２－１電極グループおよび第２－２電極グループを含むことができる。
【0026】
前記ダミー部は前記第１－１電極グループと前記第２－１電極グループの間に配置された第１ダミー部および前記第１－２電極グループと前記第２－２電極グループの間に配置された第２ダミー部を含むことができる。
【0027】
前記第１ダミー部および前記第２ダミー部は互いに離隔され得る。
【0028】
前記ダミー部は前記第１－１電極グループと前記第１－２電極グループの間および前記第２－１電極グループと前記第２－２電極グループの間に配置される第３ダミー部をさらに含むことができる。
【0029】
前記第１電極部は前記第１－１電極グループに連結される第１ターミナル電極および前記第２－１電極グループに連結される第２ターミナル電極をさらに含むことができる。
【0030】
前記第１電極部は前記第１－１電極グループ、前記第１－２電極グループ、前記第２－１電極グループおよび前記第２－２電極グループのうち少なくとも一部を連結する連結電極部をさらに含むことができる。
【0031】
前記連結電極部は前記第１－１電極グループおよび前記第２－１電極グループの間に配置された第１連結電極、前記第１－１電極グループおよび前記第１－２電極グループの間に配置された第２連結電極、前記第１－２電極グループおよび前記第２－２電極グループの間に配置された第３連結電極および前記第２－１電極グループおよび前記第２－２電極グループの間に配置された第４連結電極のうち少なくとも一つを含むことができる。
【0032】
前記第１ダミー部および前記第２ダミー部は前記第１連結電極、前記第３ダミー部および前記第２連結電極によって離隔され得る。
【0033】
前記第１ダミー部、前記第２ダミー部および前記第３ダミー部のうち少なくとも一つは各電極グループに含まれた各電極と同一の形状および大きさを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含むことができる。
【0034】
各ダミー構造物は金属層または樹脂層であり得る。
前記第２電極部上に配置された第２基板部をさらに含み、前記第２基板部は互いに離隔するように配置された複数の第２基板を含み、各第２基板は各電極グループに対応するように配置され得る。
前記第２電極部上に配置された第２基板部をさらに含み、前記第２基板部は互いに離隔するように配置された複数の第２基板を含み、各第２基板は各電極グループに対応するように配置され得る。
【0035】
前記複数の第２基板間の離隔領域に配置された絶縁体をさらに含むことができる。
【0036】
前記絶縁体は前記複数の第２基板間の離隔領域から前記ダミー部まで延びるように配置され得る。
【0037】
前記各第２基板から前記各電極グループを通じて前記第１基板まで延びた複数の貫通ホールを通過する複数の結合部材をさらに含むことができる。
【0038】
前記各第２基板上に配置された複数のヒートシンクをさらに含むことができる。
【0039】
各ヒートシンクから前記各電極グループを通じて前記第１基板まで延びた複数の貫通ホールを通過する複数の結合部材をさらに含むことができる。
【0040】
前記第１基板と前記第１電極部の間に配置された絶縁層をさらに含むことができる。
【0041】
前記絶縁層は組成および弾性のうち少なくとも一つが互いに異なる複数の絶縁層を含むことができる。
【発明の効果】
【0042】
本発明の実施例によると、基板の曲げ現象を改善して長期的な信頼性、耐久性および発電性能が高い熱電素子を得ることができる。
【0043】
また、本発明の実施例によると、高温部基板および低温部基板の構造を異なるように設計して熱電素子の信頼性、耐久性および発電性能を最適化することができる。
【0044】
特に、本発明の実施例によると、基板上に電極が配置される形状により基板が曲がる問題を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】熱電素子の断面図である。
【図2】熱電素子の斜視図である。
【図3】シーリング部材を含む熱電素子の斜視図である。
【図4】シーリング部材を含む熱電素子の分解斜視図である。
【図5】熱電素子内の基板、絶縁層および電極の断面図である。
【図6】本発明の一実施例に係る熱電モジュールの斜視図である。
【図11】本発明の他の実施例に係る熱電モジュールの斜視図である。
【図13】本発明の一実施例に係る熱電モジュールでヒートシンクと第２基板間の接合構造を示す。
【図14a】比較例に係る熱電素子の基板および電極部の上面図である。
【図14b】実施例１に係る熱電素子の基板および電極部の上面図である。
【図14c】実施例２に係る熱電素子の基板および電極部の上面図である。
【図14d】実施例３に係る熱電素子の基板および電極部の上面図である。
【図15】本発明の一実施例に係る熱電素子の斜視図である。
【図17】本発明の他の実施例に係る熱電素子の斜視図である。
【図19】本発明のさらに他の実施例に係る熱電素子の斜視図である。
【図21】本発明の実施例に係る熱電素子に含まれる電極配置の概略図である。
【図22】本発明の実施例に係る熱電素子に含まれる電極配置の概略図である。
【図23】本発明の実施例に係る熱電素子に含まれる電極配置の概略図である。
【図24】本発明の実施例に係る熱電素子に含まれる電極配置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0046】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【0047】
ただし、本発明の技術思想は説明される一部の実施例に限定されるものではなく互いに異なる多様な形態で具現され得、本発明の技術思想範囲内であれば、実施例間にその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置き換えて使うことができる。
【0048】
また、本発明の実施例で使われる用語（技術および科学的用語を含む）は、明白に特に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に一般的に理解され得る意味で解釈され得、辞書に定義された用語のように一般的に使われる用語は関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができるであろう。
【0049】
また、本発明の実施例で使われた用語は実施例を説明するためのものであり本発明を制限しようとするものではない。
【0050】
本明細書で、単数型は文面で特に言及しない限り複数型も含むことができ、「Ａおよび（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（または一つ以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせできるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。
【0051】
また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を使うことができる。
【0052】
このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。
【0053】
そして、或る構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、結合または接続される場合だけでなく、その構成要素とその他の構成要素の間にあるさらに他の構成要素によって「連結」、「結合」または「接続」される場合も含むことができる。
【0054】
また、各構成要素の「上（うえ）または下（した）」に形成または配置されるものと記載される場合、上（うえ）または下（した）は２個の構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく一つ以上のさらに他の構成要素が２個の構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上（うえ）または下（した）」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。
【0055】
図１は熱電素子の断面図であり、図２は熱電素子の斜視図である。図３はシーリング部材を含む熱電素子の斜視図であり、図４はシーリング部材を含む熱電素子の分解斜視図である。図５は、熱電素子内の基板、絶縁層および電極の断面図である。
【0056】
図１～２を参照すると、熱電素子１００は下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、上部電極１５０および上部基板１６０を含む。
【0057】
下部電極１２０は下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の下部底面の間に配置され、上部電極１５０は上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の上部底面の間に配置される。これに伴い、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０は下部電極１２０および上部電極１５０によって電気的に連結される。下部電極１２０と上部電極１５０の間に配置され、電気的に連結される一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は単位セルを形成することができる。
【0058】
例えば、口出し線１８１、１８２を通じて下部電極１２０および上部電極１５０に電圧を印加すると、ペルティエ効果によってＰ型熱電レッグ１３０からＮ型熱電レッグ１４０に電流が流れる基板は熱を吸収して冷却部として作用し、Ｎ型熱電レッグ１４０からＰ型熱電レッグ１３０に電流が流れる基板は加熱して発熱部として作用することができる。または下部電極１２０および上部電極１５０間に温度差を加えると、ゼーベック効果によってＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０内の電荷が移動し、電気が発生することもある。
【0059】
図１～図４で口出し線１８１、１８２が下部基板１１０に配置されるものとして図示されているが、これに制限されるものではなく、口出し線１８１、１８２が上部基板１６０に配置されたり、口出し線１８１、１８２のうち一つが下部基板１１０に配置され、残りの一つが上部基板１６０に配置されたりしてもよい。
【0060】
ここで、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はビズマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）を主原料で含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。Ｐ型熱電レッグ１３０はアンチモン（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）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０は全体重量１００ｗｔ％に対して主原料物質であるＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、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）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。Ｎ型熱電レッグ１４０はセレニウム（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）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。例えば、Ｎ型熱電レッグ１４０は全体重量１００ｗｔ％に対して主原料物質であるＢｉ－Ｓｅ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、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）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。これに伴い、本明細書で熱電レッグは半導体構造物、半導体素子、半導体材料層、半導体物質層、半導体素材層、導電性半導体構造物、熱電構造物、熱電材料層、熱電物質層、熱電素材層などと指称されてもよい。
【0061】
Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はバルク型または積層型で形成され得る。一般的にバルク型Ｐ型熱電レッグ１３０またはバルク型Ｎ型熱電レッグ１４０は熱電素材を熱処理してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造し、インゴットを粉砕し篩分けして熱電レッグ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通じて得られ得る。この時、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は多結晶熱電レッグであり得る。このように、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は多結晶熱電レッグである場合、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の強度が高くなり得る。積層型Ｐ型熱電レッグ１３０または積層型Ｎ型熱電レッグ１４０はシート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、単位部材を積層しカッティングする過程を通じて得られ得る。
【0062】
この時、一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は同一の形状および体積を有するか、互いに異なる形状および体積を有することができる。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０とＮ型熱電レッグ１４０の電気伝導特性が異なるので、Ｎ型熱電レッグ１４０の高さまたは断面積をＰ型熱電レッグ１３０の高さまたは断面積と異なるように形成してもよい。
【0063】
この時、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は円筒状、多角柱状、楕円状の柱状などを有することができる。
【0064】
またはＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は積層型構造を有してもよい。例えば、Ｐ型熱電レッグまたはＮ型熱電レッグ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。これに伴い、材料の損失を防止し電気伝導特性を向上させることができる。各構造物は開口パターンを有する導電性層をさらに含むことができ、これに伴い、構造物間の接着力を高め、熱伝導度を下げ、電気伝導度を高めることができる。
【0065】
またはＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は一つの熱電レッグ内で断面積が異なるように形成されてもよい。例えば、一つの熱電レッグ内で電極に向かうように配置される両端部の断面積が両端部の間の断面積より大きく形成されてもよい。これによると、両端部間の温度差を大きく形成できるため、熱電効率が高くなり得る。
【0066】
本発明の一実施例に係る熱電素子の性能は熱電性能指数（ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ、ＺＴ）で示すことができる。熱電性能指数（ＺＴ）は数学式１のように示すことができる。
［数学式１］
［数学式１］
【0067】
【数1】
【0068】
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、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで示すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ２／Ｓ］で、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ３］である。
【0069】
熱電素子の熱電性能指数を得るために、Ｚメーターを利用してＺ値（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を利用して熱電性能指数（ＺＴ）を計算することができる。
【0070】
ここで、下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される下部電極１２０、そして上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される上部電極１５０は銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つを含み、０．０１ｍｍ～０．３ｍｍの厚さを有することができる。下部電極１２０または上部電極１５０の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、電極として機能が落ちることになって電気伝導性能が低下し得、０．３ｍｍを超過する場合、抵抗の増加によって伝導効率が低下し得る。
【0071】
そして、互いに対向する下部基板１１０と上部基板１６０は金属基板であり得、その厚さは０．１ｍｍ～１．５ｍｍであり得る。金属基板の厚さが０．１ｍｍ未満であるか、１．５ｍｍ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。また、下部基板１１０と上部基板１６０が金属基板である場合、下部基板１１０と下部電極１２０の間および上部基板１６０と上部電極１５０の間にはそれぞれ絶縁層１７０がさらに形成され得る。絶縁層１７０は１～２０Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有する素材を含むことができる。
【0072】
この時、下部基板１１０と上部基板１６０の大きさは異なって形成されてもよい。例えば、下部基板１１０と上部基板１６０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。これに伴い、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。例えば、ゼーベック効果のために高温領域に配置されるか、ペルティエ効果のために発熱領域に適用されるかまたは熱電モジュールの外部環境から保護のためのシーリング部材が配置される基板の体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つが他の基板の体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つよりさらに大きくてもよい。
【0073】
また、下部基板１１０と上部基板１６０のうち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てもよい。これに伴い、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Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０と接触する面に形成される場合、熱電レッグと基板間の接合特性も向上し得る。熱電素子１００は下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、上部電極１５０および上部基板１６０を含む。
【0074】
図３～図４に図示された通り、下部基板１１０と上部基板１６０の間にはシーリング部材１９０がさらに配置されてもよい。シーリング部材１９０は下部基板１１０と上部基板１６０の間で下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および上部電極１５０の側面に配置され得る。これに伴い、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および上部電極１５０は外部の湿気、熱、汚染などからシーリングされ得る。ここで、シーリング部材１９０は、複数の下部電極１２０の最外郭、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０の最外郭および複数の上部電極１５０の最外郭の側面から所定距離離隔して配置されるシーリングケース１９２、シーリングケース１９２と下部基板１１０の間に配置されるシーリング材１９４およびシーリングケース１９２と上部基板１６０の間に配置されるシーリング材１９６を含むことができる。このように、シーリングケース１９２はシーリング材１９４、１９６を媒介として下部基板１１０および上部基板１６０と接触することができる。これに伴い、シーリングケース１９２が下部基板１１０および上部基板１６０と直接接触する場合、シーリングケース１９２を通じて熱伝導が起きることになり、結果として、下部基板１１０と上部基板１６０間の温度差が低くなる問題を防止できる。ここで、シーリング材１９４、１９６はエポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つを含むか、エポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つが両面に塗布されたテープを含むことができる。シーリング材１９４、１９４はシーリングケース１９２と下部基板１１０の間およびシーリングケース１９２と上部基板１６０の間を気密する役割をし、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および上部電極１５０のシーリング効果を高めることができ、仕上げ材、仕上げ層、防水材、防水層などと混用され得る。ここで、シーリングケース１９２と下部基板１１０の間をシーリングするシーリング材１９４は下部基板１１０の表面に配置され、シーリングケース１９２と上部基板１６０の間をシーリングするシーリング材１９６は上部基板１６０の側面に配置され得る。一方、シーリングケース１９２には電極に連結された口出し線１８１、１８２を引き出すためのガイド溝Ｇが形成され得る。このために、シーリングケース１９２はプラスチックなどからなる射出成形物であり得、シーリングカバーと混用され得る。ただし、シーリング部材に関する以上の説明は例示に過ぎず、シーリング部材は多様な形態で変形され得る。図示されてはいないが、シーリング部材を囲むように断熱材がさらに含まれ得る。またはシーリング部材は断熱成分を含んでもよい。
【0075】
以上で、下部基板１１０、下部電極１２０、上部電極１５０および上部基板１６０という用語を使っているが、これは理解の容易および説明の便宜のために任意に上部および下部と指称したものに過ぎず、下部基板１１０および下部電極１２０が上部に配置され、上部電極１５０および上部基板１６０が下部に配置されるように位置が逆転されてもよい。
【0076】
本明細書で、下部基板１１０は第１基板１１０または第１基板部１１０と混用され、上部基板１６０は第２基板１６０または第２基板部１６０と混用され得る。これと同様に、下部電極１２０は第１電極１２０または第１電極部１２０と混用され、上部電極１５０は第２電極１５０または第２電極部１５０と混用され得る。
【0077】
一方、前述した通り、熱電素子の熱伝導性能を向上させるために、金属基板を使おうとする試みが増加している。ただし、熱電素子が金属基板を含む場合、熱伝導の側面では有利な効果を得ることができるが、耐電圧が低くなる問題がある。特に、熱電素子が高電圧環境下で適用される場合、２．５ｋＶ以上の耐電圧性能が要求されている。熱電素子の耐電圧性能を改善するために金属基板と電極の間に組成が互いに異なる複数の絶縁層を配置することができる。
【0078】
図５を参照すると、絶縁層１７０は第１基板１１０上に配置された第１絶縁層１７２および第１絶縁層１７２上に配置された第２絶縁層１７４を含み、第２絶縁層１７４上には第１電極１２０が配置され得る。説明の便宜のために、第１基板１１０側の絶縁層を中心に説明するが、同じ内容が第２基板１６０側の絶縁層にも適用され得る。
【0079】
この時、第１絶縁層１７２は例示的に樹脂物質を含むことができ、シリコンとアルミニウムを含む複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）および無機充填材を含むことができる。ここで、複合体はＳｉ元素とＡｌ元素を含む無機物とアルキルチェーンで構成された有機無機複合体であり得、シリコンとアルミニウムを含む酸化物、炭化物および窒化物のうち少なくとも一つであり得る。例えば、複合体はＡｌ－Ｓｉ結合、Ａｌ－Ｏ－Ｓｉ結合、Ｓｉ－Ｏ結合、Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ結合およびＡｌ－Ｏ結合のうち少なくとも一つを含むことができる。このように、Ａｌ－Ｓｉ結合、Ａｌ－Ｏ－Ｓｉ結合、Ｓｉ－Ｏ結合、Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ結合およびＡｌ－Ｏ結合のうち少なくとも一つを含む複合体は絶縁性能が優秀であり、これに伴い高い耐電圧性能を得ることができる。または複合体はシリコンおよびアルミニウムと共にチタン、ジルコニウム、ホウ素、亜鉛などをさらに含む酸化物、炭化物、窒化物であってもよい。このために、複合体は無機バインダーおよび有機無機混合バインダーのうち少なくとも一つとアルミニウムを混合した後、熱処理する過程を通じて得られ得る。無機バインダーは、例えばシリカ（ＳｉＯ２）、金属アルコキシド、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）および酸化亜鉛（ＺｎＯ２）のうち少なくとも一つを含むことができる。無機バインダーは無機粒子であるものの、水に触れるとゾルまたはゲル化されてバインディングの役割をすることができる。この時、シリカ（ＳｉＯ２）、金属アルコキシドおよび酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）のうち少なくとも一つはアルミニウム間の密着力または第１基板１１０との密着力を高める役割をし、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）は第１絶縁層１７２の強度を高め、熱伝導率を高める役割をすることができる。無機充填材は複合体内に分散され得、酸化アルミニウムおよび窒化物のうち少なくとも一つを含むことができる。ここで、窒化物は、窒化ホウ素および窒化アルミニウムのうち少なくとも一つを含むことができる。
【0080】
一方、第２絶縁層１７４はエポキシ樹脂および無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物およびＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含むシリコン樹脂組成物のうち少なくとも一つを含む樹脂層からなり得る。これに伴い、第２絶縁層１７４は第１絶縁層１７２と第１電極１２０間の絶縁性、接合力および熱伝導性能を向上させることができる。
【0081】
ここで、無機充填材は樹脂層の６０～８０ｗｔ％で含まれ得る。無機充填材が６０ｗｔ％未満で含まれると熱伝導効果が低い可能性があり、無機充填材が８０ｗｔ％を超過して含まれると無機充填材が樹脂内に均一に分散されることが難しく、樹脂層は容易に壊れ得る。
【0082】
そして、エポキシ樹脂はエポキシ化合物および硬化剤を含むことができる。この時、エポキシ化合物１０体積比に対して硬化剤１～１０体積比で含まれ得る。ここで、エポキシ化合物は結晶性エポキシ化合物、非結晶性エポキシ化合物およびシリコンエポキシ化合物のうち少なくとも一つを含むことができる。無機充填材は酸化アルミニウムおよび窒化物のうち少なくとも一つを含むことができる。ここで、窒化物は、窒化ホウ素および窒化アルミニウムのうち少なくとも一つを含むことができる。
【0083】
一方、第２絶縁層１７４は未硬化状態または半硬化状態の樹脂組成物を第１絶縁層１７２上に塗布した後、予め整列された複数の第１電極１２０を配置して加圧後に硬化工程を通じて構成することができる。これに伴い、複数の第１電極１２０の側面の一部は第２絶縁層１７２内に埋め込まれ得る。この時、第２絶縁層１７４内に埋め込まれた複数の第１電極１２０の側面の高さＨ１は複数の第１電極３３０の厚さＨの０．１～１倍、好ましくは０．２～０．９倍、さらに好ましくは０．３～０．８倍であり得る。このように、複数の第１電極１２０の側面の一部が第２絶縁層１７４内に埋め込まれると、複数の第１電極１２０と第２絶縁層１７４間の接触面積が広くなり、これに伴い、複数の第１電極１２０と第２絶縁層１７４間の熱伝達性能および接合強度がさらに高くなり得る。第２絶縁層１７４内に埋め込まれた複数の第１電極１２０の側面の高さＨ１が複数の第１電極１２０の厚さＨの０．１倍未満の場合、複数の第１電極１２０と第２絶縁層１７４間の熱伝達性能および接合強度を十分に得ることが困難であり得、第２絶縁層１７４内に埋め込まれた複数の第１電極１２０の側面の高さＨ１が複数の第１電極１２０の厚さＨの１倍を超過する場合、第２絶縁層１７４が複数の第１電極１２０上に上がってくる可能性があり、これに伴い、電気的に短絡する可能性がある。
【0084】
このように、第２絶縁層１７４の上面は第１凹面Ｒ１および第１凹面Ｒ１の周囲に配置される第２凹面Ｒ２を含むことができる。複数の第１電極１２０はそれぞれ第１凹面Ｒ１上に配置され、第１凹面Ｒ１と第１基板１１０の間の第１垂直距離は第２凹面Ｒ２と第１基板１１０の間の第２垂直距離より小さくてもよい。さらに詳しくは、複数の第１電極１２０の間で第２絶縁層１７４の厚さはそれぞれの電極の側面から中心領域に行くほど減少して、頂点がゆるやかな「Ｖ」字状を有し得る。したがって、複数の第１電極１２０の間の絶縁層１７０は厚さの偏差を有し、複数の第１電極１２０の側面と直接接触する領域での高さＤ２が最も高く、中心領域での高さＤ３は複数の第１電極１２０の側面と直接接触する領域での高さＤ２より低くてもよい。すなわち、複数の第１電極１２０の間の絶縁層１７０の中心領域の高さＤ３は複数の第１電極１２０の間の絶縁層１７０内で最も低くてもよい。また、複数の第１電極１２０の下の絶縁層１７０の高さＤ１は複数の第１電極１２０の間の絶縁層１７０の中心領域の高さＤ３より低くてもよい。第２絶縁層１７４が第２凹面Ｒ２を含むことによって、絶縁層に印加される応力を緩和できるため、絶縁層のクラックや剥離などの問題を改善することができる。
【0085】
一方、第１絶縁層１７２および第２絶縁層１７４の組成は互いに異なり、これに伴い、第１絶縁層１７２および第２絶縁層１７４の硬度、弾性係数、引張強度、延伸率（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）およびヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）のうち少なくとも一つが変わり得、これに伴い、耐電圧性能、熱伝導性能、接合性能および熱衝撃緩和性能などを制御することが可能である。例えば、第１絶縁層１７２全体に対する複合体および無機充填材の重量比は第２絶縁層１７４全体に対する無機充填材の重量比より高くてもよい。前述した通り、複合体はシリコンとアルミニウムを含む複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、さらに具体的にはシリコンとアルミニウムを含む酸化物、炭化物および窒化物のうち少なくとも一つを含む複合体であり得る。例えば、第１絶縁層１７２全体に対するセラミック、すなわち複合体および無機充填材の重量比は８０ｗｔ％を超過し、第２絶縁層１７４全体に対するセラミック、すなわち無機充填材の重量比は６０～８０ｗｔ％であり得る。このように、第１絶縁層１７２に含まれる複合体および無機充填材の含量が第２絶縁層１７４に含まれる無機充填材の含量より高い場合、第１絶縁層１７２の硬度が第２絶縁層１７４の硬度より高いこともある。これに伴い、第１絶縁層１７２は高い耐電圧性能および高い熱伝導性能を同時に有することができ、第２絶縁層１７４は第１絶縁層１７２より高い弾性を有することができ、第２絶縁層１７４は第１絶縁層１７２と第１電極１２０の間の接着性能を高めることができる。この時、弾性は引張強度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）で示すことができる。例えば、第２絶縁層１７４の引張強度は２～５ＭＰａ、好ましくは２．５～４．５ＭＰａ、さらに好ましくは３～４ＭＰａであり得、第１絶縁層１７２の引張強度は１０ＭＰａ～１００Ｍｐａ、好ましくは１５ＭＰａ～９０ＭＰａ、さらに好ましくは２０ＭＰａ～８０ＭＰａであり得る。
【0086】
この時、第２絶縁層１７４の厚さは第１絶縁層１７２の厚さの１倍超過３．５倍以下、好ましくは１．０５倍以上２倍以下、さらに好ましくは１．１倍以上～１．５倍以下であり得る。例えば、第１絶縁層１７２の厚さは３５μｍ以下であり、第２絶縁層１７４の厚さは３５μｍ超過８０μｍ以下、好ましくは３５μｍ超過７０μｍ以下、さらに好ましくは３５μｍ超過５０μｍ以下であり得る。
【0087】
第１絶縁層１７２の厚さおよび第２絶縁層１７４の厚さがそれぞれこのような数値範囲を満足させる場合、耐電圧性能、熱伝導性能、接合性能および熱衝撃緩和性能を同時に得ることが可能である。
【0088】
また、第１凹面Ｒ１の幅は第２凹面Ｒ２の幅より大きく配置され得る。したがって、電極を基板上に稠密に配置する構造が可能となり得るため、熱電素子の発電性能または温度調節性能を改善することができる。
【0089】
また、第２絶縁層１７４の熱膨張係数は第１絶縁層１７２の熱膨張係数に比べて高くてもよい。これによると、基板の曲げ現象を改善することができる。
【0090】
図６は本発明の一実施例に係る熱電モジュールの斜視図であり、図７は図６の熱電モジュールの分解斜視図であり、図８は図６の熱電モジュールの断面図であり、図９は図６の熱電モジュールに含まれた第１基板側の上面図の一例であり、図１０は図６の熱電モジュールに含まれた第１基板側の上面図の他の例である。
【0091】
図６～図９を参照すると、本発明の一実施例に係る熱電素子３００は第１基板３１０、第１基板３１０上に配置された第１絶縁層３２０、第１絶縁層３２０上に配置された第１電極部３３０、複数の第１電極３３０上に配置された複数のＰ型熱電レッグ３４０および複数のＮ型熱電レッグ３５０、複数のＰ型熱電レッグ３４０および複数のＮ型熱電レッグ３５０上に配置された第２電極部３６０、第２電極部３６０上に配置された第２絶縁層３７０、第２絶縁層３７０上に配置された第２基板部３８０および第２基板部３８０上に配置されたヒートシンク３９０を含む。第１基板３１０、第１電極部３３０、Ｐ型熱電レッグ３４０、Ｎ型熱電レッグ３５０、第２電極部３６０および第２基板部３８０それぞれに対して、図１～図４の第１基板１１０、第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、第２電極１５０および第２基板１６０に対する説明と同じ内容については重複した説明を省略する。また、第１絶縁層３２０および第２絶縁層３７０に対して、図１～図５の絶縁層１７０に対する説明と同じ内容については重複した説明を省略する。図６～図８に図示されてはいないが、第１基板３１０と第２基板部３８０の間にはシーリング部材がさらに配置されてもよい。
【0092】
本発明の実施例によると、第２基板部３８０は互いに離隔するように配置された複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４を含むことができ、第１基板３１０および第２基板部３８０に含まれる各第２基板３８１、３８２、３８３、３８４には結合部材４００が通過するための貫通ホールが形成され得る。
【0093】
第１基板３１０は板状に形成され得、図示されてはいないが第１基板は冷却部または発熱部上に配置され得る。冷却部または発熱部上に本発明の実施例に係る熱電モジュール３００を固定するために、冷却部Ｃまたは発熱部には結合部材４００が挿入され得る溝またはホールが形成され得る。
【0094】
第１基板３１０および第２基板部３８０に含まれる複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４はアルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金のうち少なくとも一つを含むことができる。この時、熱電モジュールに電圧を印加すると、第１基板３１０はペルティエ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）により熱を吸収して低温部として作用し、第２基板部３８０は熱を放出して高温部として作用することができる。一方、第１基板３１０および第２基板部３８０に互いに異なる温度を加えると、温度差によって高温領域の電子が低温領域に移動して熱起電力が発生する。これをゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ ｅｆｆｅｃｔ）といい、これによる熱起電力によって熱電素子の回路内に電気が発生し得る。
【0095】
第１基板３１０には複数の第１貫通ホール３１１が形成され得る。そして、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４それぞれには第２貫通ホール３８１１、３８２１、３８３１、３８４１が形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は第２貫通ホール３８１１、３８２１、３８３１、３８４１に対応する位置に配置され得る。これに伴い、複数の結合部材４００は複数の第１貫通ホール３１１と第２貫通ホール３８１１、３８２１、３８３１、３８４１を通過することができ、複数の結合部材４００によって第１基板３１０と第２基板部３８０が固定され得る。
【0096】
一方、各第２基板３８１、３８２、３８３、３８４上に各ヒートシンク３９１、３９２、３９３、３９４が配置される場合、各ヒートシンク３９１、３９２、３９３、３９４には第３貫通ホール３９１１、３９２１、３９３１、３９４１が形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は第２貫通ホール３８１１、３８２１、３８３１、３８４１および第３貫通ホール３９１１、３９２１、３９３１、３９４１に対応する位置に配置され得る。これに伴い、複数の結合部材４００は複数の第１貫通ホール３１１、第２貫通ホール３８１１、３８２１、３８３１、３８４１および第３貫通ホール３９１１、３９２１、３９３１、３９４１を通過することができ、複数の結合部材４００によって第１基板３１０、第２基板部３８０およびヒートシンク３９０が固定され得る。
【0097】
図６～図８で図示された通り、第２基板部３８０が複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４に分割された場合、第２基板部３８０が高温に頻繁な頻度で露出しても第２基板部３８０の熱膨張による熱変形が発生する問題を防止でき、大面積アプリケーションに適用することが容易である。
【0098】
この時、第１基板３１０の面積に対する各第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の面積比は０．１０～０．５０、好ましくは０．１５～０．４５、さらに好ましくは０．２～０．４０であり得る。
【0099】
第２基板部３８０が互いに離隔するように配置された複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４を含む場合、第１基板３１０上に配置される第１電極部３３０は複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４に対して対応するように配置され得る。
【0100】
すなわち、図８に図示された通り、第１電極部３３０は互いに離隔するように配置された複数の電極グループを含み、第２電極部３６０は互いに離隔するように配置された複数の電極グループを含み、第１電極部３３０の各電極グループは第２電極部３６０の各電極グループと第１領域Ａ１を形成するように第１基板３１０から前記第２基板部３８０に向かう方向に互いに重なり、第１電極部３３０の各電極グループは第２電極部３６０の各電極グループと第２領域Ａ２を形成するように第１基板３１０から前記第２基板部３８０に向かう方向に互いに重なり得、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の間には離隔領域が形成され得る。
【0101】
さらに具体的には、図９を参照すると、第１電極部３３０は互いに離隔するように配置された複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４を含むことができ、各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４は互いに離隔するように配置された複数の電極３３０Ｅを含むことができる。図８で図示されてはいないが、第２電極部３６０は第１電極部３３０の複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４とそれぞれ第１基板３１０に対して垂直な方向に重なる複数の電極グループを含むことができる。
【0102】
第１電極部３３０は複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４のうち一つに連結される第１ターミナル電極３３０Ｔ１および複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４のうち他の一つに連結される第２ターミナル電極３３０Ｔ２を含むことができる。第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２それぞれにはコネクタ（図示されず）が配置され得、これを通じて外部電源と連結され得る。一方、第１電極部３３０は複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４のうち少なくとも一部を連結する連結電極部３３０Ｃをさらに含むことができる。連結電極部３３０Ｃは例えば、第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２の間に配置された第１連結電極３３０Ｃ１、第１－１電極グループ３３１および第２－１電極グループ３３３の間に配置された第２連結電極３３０Ｃ２、第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４の間に配置された第３連結電極３３０Ｃ３および第１－２電極グループ３３２および第２－２電極グループ３３４を連結する第４連結電極のうち少なくとも一つを含むことができる。複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４は連結電極部３３０Ｃを通じて直接または間接で他の電極グループと連結され得、第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２を通じて電気的経路を形成することができる。
【0103】
各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４はホール配置領域３１０Ｈを空けておいて配置され得る。図示されてはいないが、第２電極部３６０もホール配置領域３１０Ｈに対応するホール配置領域を空けておいて配置され得る。ここで、ホール配置領域３１０Ｈはホール３１１に最も隣接するように配置された電極３３０Ｅのホール３１１に最も隣接するように配置された縁を連結した仮想の線からなる領域を意味し得る。ホール配置領域の面積は電極３３０Ｅの面積の４倍以上、好ましくは６倍以上、さらに好ましくは８倍以上であり得る。これによると、熱電モジュール３００の耐電圧性能がＡＣ １ｋＶ以上に維持され得る。
【0104】
この時、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４間の離隔領域は複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４間の離隔領域に対応することができ、複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４間の離隔距離は各電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４内の複数の電極３３０Ｅ間の離隔距離より大きくてもよい。
【0105】
例えば、第１電極部３３０が第１－１電極グループ３３１、第１－１電極グループ３３１から第１方向に離隔するように配置された第１－２電極グループ３３２、第１－１電極グループ３３１から第１方向に垂直な第２方向に離隔するように配置された第２－１電極グループ３３３および第２－１電極グループ３３３から第１方向に離隔し、第１－２電極グループ３３２から第２方向に離隔するように配置された第２－２電極グループ３３４を含む場合、第１－１電極グループ３３１および第２－１電極グループ３３３は第１－２電極グループ３３２および第２－２電極グループ３３４と第１方向に離隔し、第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２は第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４と第２方向に離隔され得る。
【0106】
これによると、製造工程上第１電極部３３０が搭載された第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０は各電極グループの離隔領域を中心に第１方向だけでなく第２方向にＷ字状に曲がり得る。このようなＷ字状の曲げ現象は熱電モジュール３００と冷却部Ｃ間の接合力を低下させ、熱電モジュール３００の長期的な信頼性、耐久性および発電性能を低下させ得る。
【0107】
本発明の実施例によると、第１基板３１０の曲げ現象を改善するために、電極グループ間の離隔領域にダミー部をさらに配置しようとする。
【0108】
図１０を参照すると、ダミー部９００が第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の間の離隔領域の少なくとも一部で第１基板３１０上にさらに配置され得る。例えば、ダミー部９００は複数の電極グループ（３３１、３３２、３３３、３３４間の離隔領域の少なくとも一部で複数の電極グループ３３１、３３２、３３３、３３４の側面に配置され得る。このように、ダミー部９００が配置されると、第１基板３１０全体に対して均一に応力が加えられ得るため、Ｗ字状曲げ現象を防止できる。
【0109】
例えば、第１ダミー部９１０は第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２の間に配置され得る。そして、第２ダミー部９２０は第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４の間に配置され得る。そして、第３ダミー部９３０は第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２と第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４の間に配置され得る。この時、第１ダミー部９１０および第２ダミー部９２０は第３ダミー部９３０によって離隔され得る。または第１ダミー部９１０と第３ダミー部９３０の間には第１－１電極グループ３３１と第１－２電極グループ３３２の間に配置された第１連結電極３３０Ｃ１が配置され、第２ダミー部９２０と第３ダミー部９３０の間には第２－１電極グループ３３３と第２－２電極グループ３３４の間に配置された第３連結電極３３０Ｃ３が配置され得る。
【0110】
これによると、第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０に全体的に均一に応力が加えられるので、第１基板３１０のＷ字状曲げ現象を最小化することができる。
【0111】
この時、第１ダミー部９１０、第２ダミー部９２０および第３ダミー部９３０のうち少なくとも一つは各電極グループに含まれた各電極３３０Ｅと同一の形状および大きさを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含むことができる。
【0112】
これによると、第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０に全体的に均一に応力が加えられるので、第１基板３１０のＷ字状曲げ現象を最小化することができ、製造工程上ダミー部９００の設計および配置が容易である。
【0113】
この時、各ダミー構造物は金属層であり得る。例えば、金属層は電極３３０Ｅと同じ材料、形状および大きさを有するものの、金属層上に熱電レッグが配置されず、金属層が他の電極３３０Ｅと電気的に連結されなくてもよい。これによると、製造工程上ダミー部９００の設計および配置が容易である。
【0114】
または各ダミー構造物は樹脂層であってもよい。例えば、樹脂層はエポキシ樹脂およびポリイミド樹脂のうち少なくとも一つを含むことができる。このような樹脂層は耐熱性能を有するので、各電極グループ間の熱伝導を防止でき、各電極グループ内の電極と第１基板間の熱伝導効率を高めることができる。また、このような樹脂層は絶縁性能を有するので、第１基板３１０側の耐電圧性能を高めることができる。
【0115】
一方、本発明の実施例によると、第１基板３１０上に配置された第１電極部３３０が第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２を含む場合、第１基板３１０側の耐電圧性能のために別途の構成が必要となり得る。
【0116】
これに伴い、本発明の実施例によると、第１基板３１０上に配置された第１絶縁層３２０は複数の絶縁層であり得る。例えば、第１－１絶縁層３２１は第１基板３１０上に配置され、第１－２絶縁層３２２は第１－１絶縁層３２１上に配置され、第１－２絶縁層３２２上に第１電極部３３０およびダミー部９００が配置され得る。図示された通り、第１－１絶縁層３２１は第１基板３１０の前面上に配置され、第１－２絶縁層３２２は第１電極部３３０が配置された領域にのみ配置されてもよい。第１－１絶縁層３２１および第１－２絶縁層３２２それぞれに関する内容は図５を参照して説明した第１絶縁層１７２および第２絶縁層１７４それぞれに関する内容と同一に適用され得る。
【0117】
【0118】
図１１～図１２を参照すると、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４間の離隔領域に絶縁体１０００がさらに配置され得る。これによると、絶縁体１０００は複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４の間を接合することができ、これに伴い、複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４間の離隔領域はシーリングされ得る。
【0119】
この時、絶縁体１０００は複数の第２基板３８１、３８２、３８３、３８４間の離隔領域からダミー部９００の上面まで延びるように配置され得る。または絶縁体１０００とダミー部９００は一体に形成されてもよい。これによると、第１電極部３３０と第２電極部３６０の間のＰ型熱電レッグ３４０およびＮ型熱電レッグ３５０に外部の異物または湿気が浸透する問題を防止でき、第１基板３１０および第２基板部３８０間の絶縁、シーリングおよび断熱が維持され得る。
【0120】
図１３は、本発明の一実施例に係る熱電モジュールでヒートシンクと第２基板間の接合構造を示す。
【0121】
図１３を参照すると、熱電素子３００は複数の結合部材４００によって締結され得る。例えば、第２基板３８０にヒートシンク３９０が配置された場合、複数の結合部材４００はヒートシンク３９０と第２基板３８０を締結するか、ヒートシンク３９０、第２基板３８０と第１基板（図示されず）を締結するか、ヒートシンク３９０、第２基板３８０、第１基板（図示されず）と冷却部（図示されず）を締結するか、第２基板３８０、第１基板（図示されず）と冷却部（図示されず）を締結するか、第２基板３８０と第１基板（図示されず）を締結することができる。または第１基板（図示されず）と冷却部（図示されず）は第１基板（図示されず）上の有効領域の外側で他の締結部材を通じて連結されてもよい。
【0122】
このために、ヒートシンク３９０、第２基板３８０、第１基板（図示されず）、冷却部（図示されず）には結合部材４００が貫通する貫通ホールＳが形成され得る。ここで、貫通ホールＳと結合部材４００の間には別途の絶縁挿入部材４１０がさらに配置され得る。別途の絶縁挿入部材４１０は結合部材４００の外周面を囲む絶縁挿入部材または貫通ホールＳの壁面を囲む絶縁挿入部材であり得る。これによると、熱電素子の絶縁距離を広げることが可能である。
【0123】
【0124】
図１３（ａ）を参照すると、第２基板２８０の第２電極と接する第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１基板の第１電極と接する第１面の貫通ホールの直径と同一であり得る。この時、絶縁挿入部材４１０の形状により、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と異なり得る。図示されてはいないが、貫通ホールＳ領域に段差を形成せずに第２基板３８０の上面の一部にのみ絶縁挿入部材４１０が配置されるか、第２基板３８０の上面から貫通ホールＳの壁面の一部又は全部まで絶縁挿入部材４１０が延びるように配置される場合、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と同一であってもよい。
【0125】
図１３（ｂ）を参照すると、絶縁挿入部材４１０の形状によって、第２基板３８０の第２電極と接する第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１基板の第１電極と接する第１面の貫通ホールの直径より大きくてもよい。この時、第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１基板の第１面の貫通ホールの直径の１．１～２．０倍であり得る。第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’が第１基板の第１面の貫通ホールの直径の１．１倍未満であると、絶縁挿入部材４１０の絶縁効果が微小であるので熱電素子の絶縁破壊が引き起こされ得、第２基板３８０の第１面の貫通ホールＳの直径ｄ２’が第１基板の第１面の貫通ホールの直径の２．０倍を超過すると、貫通ホールＳが占める領域の大きさが相対的に増加することになって第２基板３８０の有効面積が減少することになり、熱電素子の効率が低下し得る。
【0126】
そして、絶縁挿入部材４１０の形状によって、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と異なり得る。前述した通り、第２基板３８０の貫通ホールＳ領域に段差が形成されない場合、第２基板３８０の第１面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２’は第１面の反対面である第２面に形成された貫通ホールＳの直径ｄ２と同一であり得る。
【0127】
以下、本発明の実施例に係る熱電素子内の第１基板の曲げの改善効果を実験した結果を説明する。
【0128】
図１４ａは比較例に係る熱電素子の基板および電極部の上面図であり、図１４ｂは実施例１に係る熱電素子の基板および電極部の上面図であり、図１４ｃは実施例２に係る熱電素子の基板および電極部の上面図であり、図１４ｄは実施例３に係る熱電素子の基板および電極部の上面図である。
【0129】
図１４ａに図示された通り、複数の電極グループ間の離隔領域にダミー部を配置していない場合、第１基板の横方向および縦方向のいずれにもＷ字状の曲げが発生し、特に、横方向の曲げ幅は１３５μｍで、縦方向の曲げ幅は２０７μｍであることが分かった。ここで、曲げ幅は第１基板の平面方向に対して垂直な方向で最低点および最高点間の高さの差を意味する。
【0130】
これに反し、図１４ｂに図示された通り、複数の電極グループのうち第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２間の離隔領域に第１ダミー部９１０を配置し、第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４間の離隔領域に第２ダミー部９２０を配置した場合、第１基板の横方向にＵ字状の曲げが発生したし、横方向の曲げ幅も１００μｍに減少した。そして、第１基板の縦方向にＷ字状の曲げが発生したが、縦方向の曲げ幅が１３８μｍと比較例に比べて顕著に改善したことが分かる。
【0131】
また、図１４ｃに図示された通り、複数の電極グループのうち第１－１電極グループ３３１および第１－２電極グループ３３２と第２－１電極グループ３３３および第２－２電極グループ３３４の間に第３ダミー部９３０を配置した場合、第１基板の横方向にＵ字状の曲げが発生したし、横方向の曲げ幅も８３μｍと顕著に減少した。そして、第１基板の縦方向にＷ字状の曲げが発生したが、縦方向の曲げ幅が１８２μｍと比較例に比べて改善したことが分かる。
【0132】
また、図１４ｄに図示された通り、複数の電極グループ間の離隔領域に第１ダミー部９１０、第２ダミー部９２０および第３ダミー部９３０をすべて配置した場合、第１基板の横方向および縦方向のいずれにもＵ字状の曲げが発生したことが分かる。また、第１基板の横方向の幅が７３μｍで、縦方向の幅が１００μｍであり、横方向および縦方向すべてが比較例に比べて曲げ幅が大きく改善したことが分かる。
【0133】
このように、第１基板の曲げの形状および曲げ幅が改善する場合、熱電素子と冷却部間の接合力が高くなり得、これに伴い、長期的な信頼性、耐久性および発電性能が優秀な熱電素子を得ることができる。
【0134】
以上で、第２基板部が４個に分割された例を中心に説明しているが、これに制限されるものではなく、２個以上に分割されてもよい。
【0135】
以下、第２基板部の多様な分割方式およびそれによる電極配置構造を説明しようとする。
【0136】
図１５は本発明の一実施例に係る熱電素子の斜視図であり、図１６は図１５の実施例で第１基板、絶縁層および複数の第１電極の上面図であり、図１７は本発明の他の実施例に係る熱電素子の斜視図であり、図１８は図１７の実施例で第１基板、絶縁層および複数の第１電極の上面図であり、図１９は本発明のさらに他の実施例に係る熱電素子の斜視図であり、図２０は図１９の実施例で第１基板、絶縁層および複数の第１電極の上面図である。説明の便宜のために、図１～図１４を参照して説明した内容と同じ内容については重複した説明を省略する。
【0137】
図１５～図２０を参照すると、本発明の実施例に係る熱電素子は第１基板３１０、絶縁層３２０、第１電極部３３０、半導体構造物３４０、３５０、第２電極部３６０、絶縁層３７０および第２基板部３８０を含み、第２基板部３８０は複数の第２基板に分割され、各第２基板上にはヒートシンク３９０が配置され得る。熱電素子３００に電圧を印加すると、第１基板３１０はペルティエ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）により熱を吸収して低温部として作用し、第２基板部３８０は熱を放出して高温部として作用することができる。または第１基板３１０および第２基板部３８００に互いに異なる温度を加えると、温度差によって高温領域の電子が低温領域に移動して熱起電力が発生する。これをゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ ｅｆｆｅｃｔ）といい、これによる熱起電力によって熱電素子の回路内に電気が発生し得る。第１基板３１０には複数の第１貫通ホール３１１が形成され得る。これと同様に、第２基板部３８０およびヒートシンク３９０には複数の第２貫通ホール３９０１が形成され得、複数の第１貫通ホール３１１は複数の第２貫通ホール３９０１に対応する位置に配置され得る。これに伴い、複数の結合部材（図示されず）は複数の第１貫通ホール３１１と複数の第２貫通ホール３９０１を通過することができ、複数の結合部材（図示されず）によって第１基板３１０と第２基板部３９０１が固定され得る。
【0138】
【0139】
一般的に、銅基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約１８＊１０－６／ｍＫであり、半導体構造物である熱電レッグの熱膨張係数（ＣＴＥ）は約１７．５＊１０－６／ｍＫであり、第１絶縁層３２１および第２絶縁層３２２の熱膨張係数は銅基板および熱電レッグの熱膨張係数より大きく、第２絶縁層３２２の熱膨張係数は第１絶縁層３２１の熱膨張係数より大きくてもよい。例えば、第２絶縁層３２２の接合性能および第１絶縁層３２１の耐電圧性能をすべて満足させるために、第２絶縁層３２２の熱膨張係数は第１絶縁層３２１の熱膨張係数の２倍以上となり得る。
【0140】
図１６、図１８および図２０に図示された通り、第２絶縁層３２２の面積は第１絶縁層３２１の面積より小さくてもよい。すなわち、第２絶縁層３２２は第１絶縁層３２１の前面ではなく一部上に配置され得る。これによると、第１絶縁層３２１と第２絶縁層３２２間の熱膨張係数の差による第１基板３１０の曲げ現象を改善し、熱応力を緩和することができる。これに伴い、第１電極３３０または半導体構造物３４０、３５０が脱落したり、電気的に開放される問題を防止でき、熱伝達効果を改善することができ、最終的には熱電素子の発電量または冷却特性を改善することができる。
【0141】
さらに具体的には、第２絶縁層３２２は第１電極部３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０および第２電極部３８０が垂直に重なる領域Ｐ１を含むことができる。以下、本明細書で、垂直方向は第１基板３１０から第２基板部３８０に向かう方向（第３方向）を意味し得る。
【0142】
そして、第２絶縁層３２２は第１電極部３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０および第２電極部３８０が垂直に重なる領域Ｐ１から第１基板３１０の第１外側Ｓ１に向かって突出した突出パターンＰ２、Ｐ３をさらに含むことができる。ここで、第１外側Ｓ１は第１基板３１０をなす第１～第４外側Ｓ１～Ｓ４のうち一つであり、ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２が突出した方向であり得る。本明細書で、ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２は電線を連結するための電極であり、第２絶縁層３２２上で第１電極部３２１と同一平面上に配置され得る。ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２それぞれの面積は第１電極部３３０に含まれた各電極の面積より大きくてもよく、これに伴い、各ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２上には電線連結のためのコネクタが配置され得る。ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２が第１電極部３３０から第１外側Ｓ１に向かって突出する場合、第１基板３１０の第１外側Ｓ１から第１外側Ｓ１に対向する第２外側Ｓ２に向かう距離、すなわち第２方向距離は第１基板３１０の第３外側Ｓ３から第３外側Ｓ３に対向する第４外側Ｓ４に向かう距離、すなわち第１方向距離より大きくてもよい。
【0143】
本発明の実施例によると、突出パターンＰ２、Ｐ３は互いに離隔するように配置された第１突出パターンＰ２および第２突出パターンＰ３を含み、第１突出パターンＰ２上に第１ターミナル電極３３０Ｔ１が配置され、第２突出パターンＰ３上に第２ターミナル電極３３０Ｔ２が配置され得る。これによると、第１基板３１０の一部には第２絶縁層３２２が配置されないことができるので、熱膨張係数が大きい第２絶縁層３２２によって第１基板３１０が曲がる問題を最小化することができる。
【0144】
さらに具体的には、本発明の実施例によると、突出パターンＰ２、Ｐ３の幅Ｌ１＋Ｌ２は複数の第１電極３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０および複数の第２電極３６０が垂直に重なる領域Ｐ１の幅Ｌより小さくてもよく、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１は互いに離隔され得る。本明細書で、幅は第１方向の距離と定義され、長さは第２方向の距離と定義され得る。これによると、第１電極部３３０、複数の半導体構造物３４０、３５０および第２電極部３６０が垂直に重なる領域Ｐ１と第１基板３１０の第１外側Ｓ１間の一部に第２絶縁層３２２が配置されないので、第１基板３１０の第２方向への曲げを減らすことができる。
【0145】
この時、第１突出パターンＰ２および第２突出パターンＰ３間の離隔距離ｄ１は第１基板３１０の第３外側Ｓ３と第１突出パターンＰ２間の距離ｄ２および第１基板３１０の第４外側Ｓ４と第２突出パターンＰ３間の距離ｄ３それぞれの０．９～２倍、好ましくは０．９５～１．５倍、さらに好ましくは０．９７～１．２倍であり得る。これによると、第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で第２絶縁層３２２が配置されていない領域および第１突出パターンＰ２と第２突出パターンＰ３の間で第２絶縁層３２２が配置されていない領域が第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ３の熱膨張に対する緩衝作用をするので、第１基板３１０の第１方向に対する曲げを減少させることができ、第１基板３１０の第１方向に対する曲げは第１基板３１０の第１方向の中心に対して対称であり得る。
【0146】
一方、前述した通り、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１は互いに離隔され得る。これによると、突出パターンＰ２、Ｐ３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１の間で第２絶縁層３２２が配置されていない領域は第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ３の熱膨張に対する緩衝作用をするので、第１基板３１０の第２方向に対する曲げを減らすことができる。
【0147】
この時、シーリング部材（図示されず）は第１外側Ｓ１で第１絶縁層３２１と接触するように配置され、第２外側Ｓ２で第２絶縁層３２２と接触するように配置され得る。すなわち、第２絶縁層３２２は第１基板３１０の第１外側Ｓ１に配置されないので、ターミナル電極Ｔ１、Ｔ２によって第１基板３１０の第２方向の長さが長くなっても、第１基板３１０の第２方向の曲げを減らすことができる。この時、突出パターンＰ２、Ｐ３の突出の長さは突出パターンＰ２、Ｐ３から第１基板３１０の第１外側Ｓ１までの長さより大きくてもよい。これによると、第１基板３１０のＹ方向の長さが必要以上に長くないので、第１基板３１０の第２方向に対する曲げを減らすことができる。
【0148】
一方、本発明の実施例によると、第１絶縁層３２１は第１基板３１０の縁、すなわち第１基板３１０の第１～第４外側Ｓ１～Ｓ４の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。第１絶縁層３２１が第１基板３１０の縁の少なくとも一部から離隔するように配置される場合、第１基板３１０の縁は第１絶縁層３２１の熱膨張による緩衝の役割をすることができるので、第１基板３１０の曲げを減らすことができる。また、例示的に、第１絶縁層３２１の熱膨張係数は第１基板３１０の熱膨張係数と異なり得、第１基板３１０の熱膨張係数より大きくてもよい。
【0149】
これと同様に、第２絶縁層３２２は第１絶縁層３２１の縁の少なくとも一部から離隔するように配置され得る。第２絶縁層３２２が第１絶縁層３２１の縁の少なくとも一部から離隔するように配置される場合、第１絶縁層３２１の縁は第２絶縁層３２２の熱膨張による緩衝の役割をすることができるので、第１基板３１０の曲げを減らすことができる。また、例示的に、第２絶縁層３２２の熱膨張係数は第１絶縁層３２１の熱膨張係数より大きくてもよい。
【0150】
一方、第２基板部３８０は第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ３と垂直に重ならなくてもよい。第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ３上にはターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２が配置され、ターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２上には電線連結のためのコネクタが配置されるので、第２基板部３８０は第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ３と垂直に重ならない場合、コネクタを通じての電線連結が容易である。
【0151】
前述した通り、第２絶縁層３２２の第２凹面Ｒ２は第１電極部３３０に含まれた各電極周辺に配置され得る。各電極は第１方向の長さと第２方向の長さが互いに異なる形状を有することができる。したがって、第２絶縁層３２２の第２凹面Ｒ２も第２方向の長さが互いに異なるか第１方向の長さが互いに異なる複数の形状を有することができる。第１電極部３３０および第２電極部３６０が垂直に重なる領域内で、第２絶縁層３２４の第２凹面Ｒ２が電極と電極の間に位置する構造を有することができ、第２絶縁層３２４の突出パターンＰ２、Ｐ３には凹部ではなく平坦部が位置することができる。したがって、第１基板３１０で第２絶縁層３２２に印加される応力を第１方向および第２方向に緩和して基板の曲げ現象を防止でき、第１絶縁層３２１および第２絶縁層３２２のクラックや剥離現象を防止できる。ただし、これに限定されず、ターミナル電極３３０Ｔ１と第１電極３３０の間の距離が第１電極部３３０内の隣り合う電極間の距離に比べて大きいので、第２絶縁層３２２の突出パターンＰ２、Ｐ２では第２絶縁層３２２の第２凹面Ｒ２が平坦部で示され得、第１電極部３３０内の隣り合う電極間に配置された第２絶縁層３２２の第２凹面Ｒ２より第１方向の幅および第２方向の長さが大きい凹面が配置されてもよい。第２絶縁層３２２の第２凹面Ｒ２が第１電極部３３０および第２電極部３６０が垂直に重なる領域Ｐ１で互いに異なる幅を有し、突出パターンＰ２、Ｐ３で有する幅も互いに異なる構造を有することができるので、基板の曲げを抑制する効果を有することができ、第２絶縁層３２２のクラックや剥離を防止するのに効果的であり得る。
【0152】
前述した実施例では第１絶縁層３２１と第２絶縁層３２２を別途に配置した構成について開示したが、これに限定せず、第１絶縁層３２１と第２絶縁層３２２は単一層で配置され得る。単一層で配置される場合にも、前述した熱伝導特性と耐電圧特性を確保するために無機物充填材を含む樹脂物質が適用され得るが、これに限定しない。また、単一層で配置される場合にも第２絶縁層３２２のパターンは同一の形態を有することができる。
【0153】
一方、本発明の実施例によると、基板の曲げを減らすために、一つの第１基板３１０に対して第２基板部３８０は分割された複数の基板で構成され得る。
【0154】
第２基板部３８０は、図１５に図示した通り第２方向に沿って分割されるか、図１７に図示された通り第１方向に沿って分割されるか、図１９に図示された通り第１方向および第２方向に沿って分割され得る。ここで、第２方向に沿って分割されることは、第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４と平行な方向に分割されることを意味し、第１方向に沿って分割されることは、第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２と平行な方向に分割されることを意味し得る。
【0155】
本発明の実施例によると、第２基板部３８０の分割方向または分割位置により一つの第１基板３１０上に第１電極部３３０を配置することができる。これによると、第２基板部３８０が互いに離隔して配置される複数の第２基板を含んでも、第１電極部３３０、半導体構造物３４０、３５０および第２電極部３６０は一対のターミナル電極３３０Ｔ１、３３０Ｔ２を利用して電気的に連結され得、単位面積当たり最大個数の半導体構造物３４０、３５０を収容できるので、高い熱電性能を有することができる。
【0156】
【0157】
例えば、図１５～図１６に図示された通り、第２基板部３８０が第２方向に沿って互いに離隔するように配置された第２－１基板３８０－１および第２－２基板３８０－２を含む場合、第１電極グループＧ１は第２－１基板３８０－１と垂直に重なるように配置され、第２電極グループＧ２は第２－２基板３８０－２と垂直に重なるように配置され得る。これによると、第１電極グループＧ１および第２電極グループＧ２は第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0158】
第１ターミナル電極３３０Ｔ１は第１電極グループＧ１側に配置され、第２ターミナル電極３３０Ｔ２は第２電極グループＧ２側に配置され、第１電極グループＧ１と第２電極グループＧ２は連結電極ＣＥ１によって連結され得る。第１電極グループＧ１と第２電極グループＧ２はそれぞれ複数の第１電極Ｅ１、Ｅ２を含むことができ、連結電極ＣＥ１は第１電極グループＧ１と第２電極グループＧ２内の複数の第１電極Ｅ１、Ｅ２のうち第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置され得る。連結電極ＣＥ１の長辺は各第１電極Ｅ１、Ｅ２の長辺より長く、連結電極ＣＥ１の少なくとも一部は第２－１基板３８０－１および第２－２基板３８０－２と垂直に重ならなくてもよい。すなわち、連結電極ＣＥ１の少なくとも一部は第２－１基板３８０－１および第２－２基板３８０－２の間の離隔領域内に配置され、第１電極グループＧ１と第２電極グループＧ２を連結することができる。
【0159】
図１７～図１８に図示された通り、第２基板部３８０が第１方向に沿って互いに離隔するように配置された第２－３基板３８０－３および第２－４基板３８０－４を含む場合、第３電極グループＧ３は第２－３基板３８０－３と垂直に重なるように配置され、第４電極グループＧ４は第２－４基板３８０－４と垂直に重なるように配置され得る。これによると、第３電極グループＧ３および第４電極グループＧ４は第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され得る。
【0160】
ここで、第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２はすべて第３電極グループＧ３側に配置され得、互いに隣接して配置される二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３は第３電極グループＧ３および第４電極グループＧ４を連結することができる。二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３は連結電極ＣＥ２および連結電極ＣＥ２と隣接して互いに並んで配置される連結電極ＣＥ３であり得る。本明細書で二つの連結電極が隣接して互いに並んで配置されることは、二つの連結電極のうち一つの長辺と他の一つの長辺が隣接して対向するように配置されることを意味し得る。すなわち、二つの連結電極が長辺方向に互いに平行するように配置されることを意味し得る。図示されてはいないが、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３の少なくとも一部は第２－３基板３８０－３および第２－４基板３８０－４と垂直に重ならず、第２－３基板３８０－３および第２－４基板３８０－４の間の離隔領域に配置され得る。
【0161】
この時、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３は第３電極グループＧ３および第４電極グループＧ４内の複数の第１電極Ｅ３、Ｅ４のうち最外側列に最も隣接した二つの列に配置され得る。
【0162】
図１８で、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３が第３電極グループＧ３および第４電極グループＧ４内の複数の第１電極Ｅ３、Ｅ４の左側で最外側列に最も隣接した二つの列に配置されるものとして図示されているが、これに制限されるものではない。第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割される二つの電極グループを連結する二つの連結電極は、二つの電極グループ内の複数の第１電極の右側で最外側列に最も隣接した二つの列に隣接して互いに並んで配置されてもよい。
【0163】
図１９～図２０を参照すると、第２基板部３８０が第１方向および第２方向に沿って互いに離隔するように配置された第２－１１基板３８０－１１、第２－１２基板３８０－１２、第２－２１基板３８０－２１および第２－２２基板３８０－２２を含む場合、第１１電極グループＧ１１は第２－１１基板３８０－１１と垂直に重なるように配置され、第１２電極グループＧ１２は第２－１２基板３８０－１２と垂直に重なるように配置され、第２１電極グループＧ２１は第２－２１基板３８０－２１と垂直に重なるように配置され、第２２電極グループＧ２２は第２－２２基板３８０－２２と垂直に重なるように配置され得る。これによると、第１１電極グループＧ１１および第１２電極グループＧ１２は第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され、第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１は第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２は第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0164】
ここで、第１ターミナル電極３３０Ｔ１は第１１電極グループＧ１１側に配置され、第２ターミナル電極３３０Ｔ２は第１２電極グループＧ１２側に配置され、第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２は連結電極ＣＥ１によって連結され得る。第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２はそれぞれ複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ１２を含むことができ、連結電極ＣＥ１は第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２内の複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ１２のうち第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置され得る。図示されてはいないが、連結電極ＣＥ１の少なくとも一部は第２－１１基板３８０－１１および第２－１２基板３８０－１２の間の離隔領域と垂直に重なるように配置され得る。
【0165】
そして、互いに隣接して並んで配置される二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３は第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１を連結することができる。図示されてはいないが、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３の少なくとも一部は第２－１１基板３８０－１１および第２－２１基板３８０－２１と垂直に重ならず、第２－１１基板３８０－１１および第２－２１基板３８０－２１の間の離隔領域と垂直に重なるように配置され得る。
【0166】
この時、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３は第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１内の複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１のうち最外側列に最も隣接した二つの列に互いに並んで配置され得る。
【0167】
図２０で、二つの連結電極ＣＥ２、ＣＥ３が第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１内の複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１の左側で最外側列に最も隣接した二つの列に配置されるものとして図示されているが、これに制限されるものではない。第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割される二つの電極グループを連結する二つの連結電極は、二つの電極グループ内の複数の第１電極の右側で最外側列に最も隣接した二つの列に互いに並んで配置されてもよい。
【0168】
そして、互いに隣接して並んで配置される二つの連結電極ＣＥ５、ＣＥ６は第１１電極グループＧ１１および第１２電極グループＧ１２を連結することができる。前述した通り、連結電極ＣＥ１が第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２内の複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ１２のうち第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置されるので、二つの連結電極ＣＥ５、ＣＥ６は第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２内の複数の第１電極Ｅ１１、Ｅ１２のうち第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も遠く配置された最外側行およびこれに最も隣接した行に互いに並んで配置され得る。
【0169】
これと同様に、互いに隣接して並んで配置される二つの連結電極ＣＥ７、ＣＥ８は第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２を連結することができ、二つの連結電極ＣＥ７、ＣＥ８は第２１電極グループＧ２１と第２２電極グループＧ２２内の複数の第１電極Ｅ２１、Ｅ２２のうち最外側行およびこれに最も隣接した行に並んで配置され得る。
【0170】
図１５～図２０の実施例で、複数の電極グループ間の離隔領域には図１０～図１２を参照して説明したダミー部がさらに配置されてもよい。ダミー部は各電極グループに含まれた電極と同一の形状および大きさを有し、互いに離隔するように配置された複数のダミー構造物を含むことができる。これによると、第１基板３１０が高温に露出される場合、第１基板３１０に全体的に均一に応力が加えられるので、第１基板３１０の曲げの形状を最小化することができる。
【0171】
以上、第２基板部３８０が第１方向に沿って２個に分割されるか第２方向に沿って２個に分割される実施例を説明したが、これは第２基板部３８０が第１方向に沿って２個以上に分割されたり第２方向に沿って２個以上で分割される実施例にも適用され得る。
【0172】
本発明の実施例によると、第１行電極グループ、第２行電極グループおよび第３行電極グループが順次配置される時、第１行電極グループと第２行電極グループは隣接して互いに並んで配置される二つの連結電極によって連結され、第２行電極グループと第３行電極グループは隣接して互いに並んで配置される他の二つの連結電極によって連結され得る。この時、二つの連結電極および他の二つの連結電極は第１電極部の最外側列で最も隣接した二つの列に配置され得る。例えば、第１行電極グループと第２行電極グループを連結する二つの連結電極が第１電極部のうち左側最外側列で最も隣接した二つの列に配置される場合、第２行電極グループと第３行電極グループを連結する他の二つの連結電極は第１電極部のうち右側最外側列で最も隣接した二つの列に配置され得る。これとは反対に、第１行電極グループと第２行電極グループを連結する二つの連結電極が第１電極部のうち右側最外側列で最も隣接した二つの列に配置される場合、第２行電極グループと第３行電極グループを連結する他の二つの連結電極は第１電極部のうち左側最外側列で最も隣接した二つの列に配置され得る。
【0173】
本発明の実施例によると、第１列電極グループ、第２列電極グループおよび第３列電極グループが順次配置される時、第１列電極グループ、第２列電極グループおよび第３列電極グループは少なくとも一つの連結電極によって連結され得る。この時、少なくとも一つの連結電極は第１列電極グループ、第２列電極グループおよび第３列電極グループ内の最外側行に配置され得る。
【0174】
【0175】
図２１を参照すると、第１１電極グループＧ１１および第１２電極グループＧ１２は第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され、第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２は第３１電極グループＧ３１および第３２電極グループＧ３２と第１基板１１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され得る。
【0176】
そして、第１１電極グループＧ１１、第２１電極グループＧ２１および第３１電極グループＧ３１は第１２電極グループＧ１２、第２２電極グループＧ２２および第３２電極グループＧ３２と第１基板１１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0177】
図２２を参照すると、第１１電極グループＧ１１および第１２電極グループＧ１２は第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され、第２１電極グループＧ２１および第２２電極グループＧ２２は第３１電極グループＧ３１および第３２電極グループＧ３２と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され、第３１電極グループＧ３１および第３２電極グループＧ３２は第４１電極グループＧ４１および第４２電極グループＧ４２と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され得る。
【0178】
そして、第１１電極グループＧ１１、第２１電極グループＧ２１、第３１電極グループＧ３１および第４１電極グループＧ４１は、第１２電極グループＧ１２、第２２電極グループＧ２２、第３２電極グループＧ３２および第４２電極グループＧ４２と第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0179】
ここで、第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２は互いに異なる電極グループ、例えば第１１電極グループＧ１１側および第１２電極グループＧ１２側にそれぞれ配置され、第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２は連結電極ＣＥ１によって連結され得る。この時、連結電極ＥＣ１は第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置され得る。
【0180】
図２３を参照すると、第１１電極グループＧ１１、第１２電極グループＧ１２および第１３電極グループＧ１３は第２１電極グループＧ２１、第２２電極グループＧ２２および第２３電極グループＧ２３と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され得る。
【0181】
そして、第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１は第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２と第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され、第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２は第１３電極グループＧ１３および第２３電極グループＧ２３と第１基板１１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0182】
ここで、第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２は互いに異なる電極グループ、例えば第１１電極グループＧ１１側および第１３電極グループＧ１３側にそれぞれ配置され、第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２は連結電極ＣＥ１１によって連結され、第１２電極グループＧ１２と第１３電極グループＧ１３は連結電極ＣＥ１２によって連結され得る。
【0183】
この時、連結電極ＣＥ１１、ＣＥ１２は第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置され得る。
【0184】
これと同様に、図２４を参照すると、第１１電極グループＧ１１、第１２電極グループＧ１２、第１３電極グループＧ１３および第１４電極グループＧ１４は、第２１電極グループＧ２１、第２２電極グループＧ２２、第２３電極グループＧ２３および第２４電極グループＧ２４と第１基板３１０の第１外側Ｓ１および第２外側Ｓ２の間で分割され得る。
【0185】
そして、第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１は第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２と第１基板１１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され、第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２は第１３電極グループＧ１３および第２３電極グループＧ２３と第１基板１１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され、第１３電極グループＧ１３および第２３電極グループＧ２３は第１４電極グループＧ１４および第２４電極グループＧ２４と第１基板３１０の第３外側Ｓ３および第４外側Ｓ４の間で分割され得る。
【0186】
ここで、第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２は互いに異なる電極グループ、例えば第１１電極グループＧ１１側および第１４電極グループＧ１４側にそれぞれ配置され、第１１電極グループＧ１１と第１２電極グループＧ１２は連結電極ＣＥ１１によって連結され、第１２電極グループＧ１２と第１３電極グループＧ１３は連結電極ＣＥ１２によって連結され、第１３電極グループＧ１３と第１４電極グループＧ１４は連結電極ＣＥ１３によって連結され得る。
【0187】
この時、連結電極ＣＥ１１、ＣＥ１２、ＣＥ１３は第１ターミナル電極３３０Ｔ１および第２ターミナル電極３３０Ｔ２に最も近い行に配置され得る。
【0188】
図２１～図２２を参照すると、第１行電極グループＧ１１、Ｇ１２のうち一つは第２行電極グループＧ２１、Ｇ２２のうち一つと互いに隣接して並んで配置される二つの連結電極ＣＥ２１、ＣＥ２２によって連結され、第２行電極グループＧ２１、Ｇ２２のうち一つは第３行電極グループＧ３１、Ｇ３２のうち一つと互いに隣接して並んで配置される他の二つの連結電極ＣＥ３１、ＣＥ３２によって連結され得る。
【0189】
この時、二つの連結電極ＣＥ２１、ＣＥ２２が第１基板３１０の第３外側Ｓ３側に配置された第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１を連結すれば、他の二つの連結電極ＣＥ３１、ＣＥ３２は第１基板３１０の第４外側Ｓ４側に配置された第２２電極グループＧ２２および第３２電極グループＧ３２を連結することができる。この時、二つの連結電極ＣＥ２１、ＣＥ２２は第１１電極グループＧ１１および第２１電極グループＧ２１の左側最外側列に最も隣接した二つの列に並んで配置され、他の二つの連結電極ＣＥ３１、ＣＥ３２は第２２電極グループＧ２２および第３２電極グループＧ３２の右側最外側列に最も隣接した二つの列に並んで配置され得る。
【0190】
または二つの連結電極ＣＥ２１、ＣＥ２２が第１基板３１０の第４外側Ｓ４側に配置された第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２を連結すれば、他の二つの連結電極ＣＥ３１、ＣＥ３２は第１基板３１０の第３外側Ｓ３側に配置された第２１電極グループＧ２１および第３１電極グループＧ３１を連結することができる。この時、二つの連結電極ＣＥ２１、ＣＥ２２は第１２電極グループＧ１２および第２２電極グループＧ２２の右側最外側列に最も隣接した二つの列に配置され、他の二つの連結電極ＣＥ３１、ＣＥ３２は第２１電極グループＧ２１および第３１電極グループＧ３１の左側最外側列に最も隣接した二つの列に配置され得る。
【0191】
図２１～図２４を参照すると、第１列電極グループＧ１１、Ｇ２１、Ｇ３１、Ｇ４１は第２列電極グループＧ１２、Ｇ２２、Ｇ３２、Ｇ４２と互いに隣接して並んで配置される二つの連結電極ＣＥ４１、ＣＥ４２によって連結され得る。これと同様に、第２列電極グループＧ１２、Ｇ１３は第３列電極グループＧ１３、Ｇ２３と互いに隣接して並んで配置される他の二つの連結電極ＣＥ５１、ＣＥ５２によって連結され得る。
【0192】
この時、二つの連結電極ＣＥ４１、ＣＥ４２は第１列電極グループＧ１１、Ｇ２１、Ｇ３１、Ｇ４１の最外側行に配置され、他の二つの連結電極ＣＥ５１、ＣＥ５２は第２列電極グループＧ１２、Ｇ１３の最外側行に配置され得る。
【0193】
このような電極配置構造によると、第２基板部３８０が複数に分割された場合にも単位面積当たり最大個数の熱電レッグが収容され得るので高い熱電効率を有することができ、一対のターミナル電極を利用して第１電極部、半導体構造物および第２電極部が電気的に連結され得る。
【0194】
図示されてはいないが、本発明の実施例に係る熱電素子がゼーベック効果を利用する発電装置に適用される場合、熱電素子は第１流体流動部および第２流体流動部と結合することができる。第１流体流動部は熱電素子の第１基板および第２基板のうち一つに配置され、第２流体流動部は熱電素子の第１基板および第２基板のうち他の一つに配置され得る。第１流体流動部および第２流体流動部のうち少なくとも一つには第１流体および第２流体のうち少なくとも一つが流動するように流路が形成され得、場合により第１流体流動部および第２流体流動部のうち少なくとも一つが省略され、第１流体および第２流体のうち少なくとも一つが熱電素子の基板に直接的に流動してもよい。例えば、第１基板および第２基板のうち一つと隣接して第１流体が流動し、他の一つと隣接して第２流体が流動することができる。この時、第２流体の温度は第１流体の温度よりさらに高くてもよい。これに伴い、第１流体流動部は冷却部と指称されてもよい。他の実施例として、第１流体の温度は第２流体の温度よりさらに高くてもよい。これに伴い、第２流体流動部は冷却部と指称され得る。ヒートシンク３９０は第１流体流動部および第２流体流動部のうちさらに高い温度の流体が流れる側の基板に連結され得る。第１流体と第２流体間の温度差の絶対値は４０℃以上、好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは９５℃～１８５℃であり得る。
【0195】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練し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逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることが理解できるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】