JP2021015960A - バッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一観点によるバッテリ保護回路パッケージの製造方法は、印刷回路基板上にバッテリ保護回路素子を実装して第1実装構造を形成する段階;第1実装構造を少なくとも1つの金属タップを有するリードフレーム上に実装して第2実装構造を形成する段階;バッテリ保護回路素子の少なくとも一部をモールディング材で封止して封止構造を形成する段階;封止構造に少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板を接合する段階;を含む。【選択図】図5
Description
本発明は、バッテリに係り、より具体的には、バッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法に関する。
一般的に、携帯電話、PDAなどの電子装置などにバッテリが使われている。リチウムイオンバッテリは、携帯端末機などに最も広く使われるバッテリであって、過充電、過電流時に発熱し、発熱が持続して温度が上昇すれば、性能劣化はもとより、爆発の危険性まで有する。したがって、このような性能劣化を防止するために、バッテリの動作を遮断するバッテリ保護回路装置をバッテリに提供しなければならない必要性が高くなっている。
したがって、通常のバッテリには、過充電、過放電及び過電流を感知し、遮断する保護回路モジュールが実装されているか、バッテリ外部で過充電、過放電、発熱を感知し、バッテリの動作を遮断する保護回路を設置して使用する。最近、バッテリパックの小型化及び安定性の確保が重要な技術的イシューとして浮上している。
最近、リジッド(rigid)基板以外にフレキシブル基板がバッテリ保護回路に使われることによって、その抵抗を下げて動作速度を高め、熱放出特性を高めようとする要求がある。
これにより、本発明は、前述した問題点を解決するためのものであって、高速動作が可能なフレキシブル基板結合型バッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。しかし、このような課題は、例示的なものであって、これにより、本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一観点によるバッテリ保護回路パッケージの製造方法は、印刷回路基板上にバッテリ保護回路素子を実装して第1実装構造を形成する段階;前記第1実装構造を外部接続のための入出力端子部及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップを有するリードフレーム上に実装して第2実装構造を形成する段階;前記リードフレームの前記入出力端子部及び前記少なくとも1つの金属タップを露出しながら、前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部を封止するように、モールディング材で前記第2実装構造を封止して封止構造を形成する段階;前記封止構造の露出された前記入出力端子部に少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板を接合する段階;を含む。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、第1実装構造を形成する段階は、前記印刷回路基板上に前記バッテリ保護回路素子を表面実装技術(SMT)を用いて実装する段階を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記少なくとも1つの金属タップは、前記リードフレームの側面に突出して形成された少なくとも1つの金属タップを含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記リードフレームと前記少なくとも1つの金属タップは、一体に形成されうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記リードフレームと前記少なくとも1つの金属タップは、銅(Cu)またはニッケル(Ni)材質である。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記入出力端子部は、前記リードフレームの両端に配された少なくとも一対の入出力端子部を含み、前記リードフレームは、前記一対の入出力端子部を連結するように長手方向に伸び、前記印刷回路基板の入出力パッドと接続されて、前記印刷回路基板を通じた電流の流れと並列的電流の流れとを許容する少なくとも1つの電流経路部をさらに含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記少なくとも1つの電流経路部は、互いに離隔した一対の電流経路部を含み、前記少なくとも一対の入出力端子部は、前記一対の電流経路部の端部に接続された二対の入出力端子部を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、第2実装構造を形成する段階は、前記リードフレーム上に前記第1実装構造を表面実装技術(SMT)を用いて実装する段階を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記封止する段階前に、前記印刷回路基板上に実装された前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部の接合部をエポキシでアンダーフィル(under fill)する段階をさらに含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記接合する段階は、前記第2実装構造の前記リードフレームの両端に一対のフレキシブル印刷回路基板を接合する段階を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージの製造方法によれば、前記接合する段階後、前記フレキシブル印刷回路基板の少なくとも一部を折り曲げる段階をさらに含みうる。
本発明の他の観点によるバッテリ保護回路パッケージは、外部接続のための入出力端子部及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップを有するリードフレーム;前記リードフレーム上に実装された印刷回路基板;前記印刷回路基板上に実装されたバッテリ保護回路素子;前記リードフレームの前記入出力端子部及び前記少なくとも1つの金属タップを露出しながら、前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部を封止するモールディング材;前記リードフレームの前記入出力端子部に接合された少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板;を含む。
前記バッテリ保護回路パッケージによれば、前記入出力端子部は、前記リードフレームの両端に配された少なくとも一対の入出力端子部を含み、前記リードフレームは、前記一対の入出力端子部を連結するように長手方向に伸び、前記印刷回路基板の入出力パッドと接続されて、前記印刷回路基板を通じた電流の流れと並列的電流の流れとを許容する少なくとも1つの電流経路部をさらに含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージによれば、前記少なくとも1つの電流経路部は、互いに離隔した一対の電流経路部を含み、前記少なくとも一対の入出力端子部は、前記一対の電流経路部の端部に接続された二対の入出力端子部を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージによれば、前記少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板は、前記リードフレームの両端に接合された一対のフレキシブル印刷回路基板を含みうる。
前記バッテリ保護回路パッケージによれば、前記印刷回路基板上に実装された前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部の接合部は、エポキシでアンダーフィルされた後、前記モールディング材で封止される。
前記のようになされた本発明の一実施形態によれば、高速動作が可能であり、熱放出特性に優れたバッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法が提供されうる。もちろん、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい多様な実施形態を詳しく説明する。
本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は、さまざまな他の形態に変形され、本発明の範囲が、下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を、さらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。また、図面で、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたものである。
明細書の全体に亘って、膜、領域または基板のような1つの構成要素が、他の構成要素「上に」、「連結されて」、「積層されて」または「カップリングされて」位置すると言及する時は、前記1つの構成要素が、直接に他の構成要素「上に」、「連結されて」、「積層されて」または「カップリングされて」接合するか、その間に介在されるさらに他の構成要素が存在するとも解釈されうる。一方、1つの構成要素が、他の構成要素の「直接上に」、「直接連結されて」、または「直接カップリングされて」位置すると言及する時は、その間に介在される他の構成要素が存在しないものと解釈される。同じ符号は、同じ要素を称する。本明細書で使われたように、用語「及び/または」は、当該列挙された項目のうち何れか1つ及び1つ以上のあらゆる組合わせを含む。
本明細書において、第1、第2などの用語が多様な部材、部品、領域、層及び/または部分を説明するために使われるが、これらの部材、部品、領域、層及び/または部分は、これらの用語によって限定されてはならないということは自明である。これらの用語は、1つの部材、部品、領域、層または部分を、他の領域、層または部分と区別するためにのみ使われる。したがって、以下、前述する第1部材、部品、領域、層または部分は、本発明の教えから外れずとも、第2部材、部品、領域、層または部分を称する。
また、「上の」及び「下の」のような相対的な用語は、図面で図解されるように、他の要素に対するある要素の関係を記述するために、ここで使われる。相対的用語は、図面で描写される方向に追加して素子の他の方向を含むことを意図すると理解されうる。例えば、図面で素子がひっくり返されれば(turned over)、他の要素の上部の面上に存在すると描写される要素は、前記他の要素の下部の面上に方向を有する。したがって、例として挙げた「上の」という用語は、図面の特定の方向に依存して「下の」及び「上の」方向をいずれも含みうる。素子が他の方向に向かうならば(他の方向に対して90°回転)、本明細書に使われる相対的な説明は、これによって解釈されうる。
本明細書で使われた用語は、特定の実施形態を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われたように、単数形態は、文脈上、他の場合を確かに指摘するものではないならば、複数の形態を含みうる。また、本明細書で使われる場合、「含む。(comprise)」及び/または「含む(comprising)」は、言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素及び/またはこれらのグループの存在を特定するものであり、1つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び/またはグループの存在または付加を排除するものではない。
以下、本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態を概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び/または公差(tolerance)によって、示された形状の変形が予想される。したがって、本発明の思想の実施形態は、本明細書に示された領域の特定形状に制限されたものと解釈されてはならず、例えば、製造上招かれる形状の変化を含まねばならない。
図1ないし図7は、本発明の一実施形態によるバッテリ保護回路パッケージ及びその製造方法を示す概略図である。
図1を参照すれば、印刷回路基板102上にバッテリ保護回路素子104を実装して第1実装構造110を形成しうる。
例えば、印刷回路基板102(printed circuit board、PCB)は、リジッド基板の構造であって、コア構造上に回路パターンが形成された構造を含みうる。さらに、印刷回路基板102は、上部に実装されるバッテリ保護回路素子104を下部に電気的に連結するために、内部を貫通するビア電極を含みうる。さらに、印刷回路基板102は、ビア電極を再配線させるための配線パターンまたはパッドパターンをさらに含みうる。
バッテリ保護回路素子104は、バッテリの動作、例えば、充電及び放電動作時に、バッテリを保護するための素子を含みうる。例えば、バッテリ保護回路素子104は、少なくとも1つのトランジスタ、例えば、電界効果トランジスタ(field effect transistor、FET)、プロテクション集積回路(protection IC)及び受動素子を含みうる。
プロテクション集積回路は、電圧をモニタリングして充電または放電動作を制御するように、電界効果トランジスタのオン/オフ動作を制御することができる。例えば、プロテクション集積回路は、バッテリ放電時に過電流または過放電状態を感知するか、バッテリ充電時に過電流または過充電状態を感知すれば、電界効果トランジスタをオフさせることができる。受動素子は、少なくとも1つの抵抗及び少なくとも1つのキャパシタを含みうる。
例えば、第1実装構造110を形成する段階は、印刷回路基板102上にバッテリ保護回路素子104を表面実装技術(surface mounting technology、SMT)を用いて実装する段階を含みうる。表面実装技術(SMT)は、印刷回路基板102の表面に部品を付着させる技術を称する。したがって、バッテリ保護回路素子104は、表面実装技術(SMT)を用いて印刷回路基板102の表面の回路パターン上に付着される。例えば、バッテリ保護回路素子104は、ソルダリング技術を用いて印刷回路基板102の表面の回路パターン上に付着される。
図2及び図3を参照すれば、第1実装構造110をリードフレーム112上に実装して第2実装構造120を形成しうる。
図2に示したように、第1実装構造110を金属タップ114を有するリードフレーム112上に配置した後、表面実装技術(SMT)を用いて、図3に示したように、第1実装構造110をリードフレーム112上に実装することができる。例えば、第1実装構造110は、ソルダリング技術を用いてリードフレーム112の表面上に付着される。引き続き、選択的に、ソルダーフラックスを除去するためのデフラックス(deflux)工程が付加されうる。
本実施形態において、バッテリ保護回路素子104は、リードフレーム112に直接連結されず、印刷回路基板102に実装された後、印刷回路基板102を通じてリードフレーム112に連結される。
例えば、リードフレーム112は、外部接続のための入出力端子部116及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップ114を含みうる。さらに、入出力端子部116は、リードフレーム112の両端に配された少なくとも一対の入出力端子部116を含みうる。
リードフレーム112は、一対の入出力端子部116を連結するように長手方向に伸び、印刷回路基板102の入出力パッドと接続されて、印刷回路基板102を通じた電流の流れと並列的電流の流れとを許容する少なくとも1つの電流経路部118を含みうる。さらに、一対の電流経路部118が互いに離隔して形成され、二対の入出力端子部116が一対の電流経路部118の端部に接続されうる。
電流経路部118上には、印刷回路基板102の入出力パッドが接続され、このような入出力パッドは、印刷回路基板102の内部配線を通じて互いに接続される同時にリードフレーム112の電流経路部118を通じて並列的に連結される。これにより、並列的な電流の流れが可能となって、内部抵抗が減少しうる。
例えば、バッテリセルと接続のための金属タップ114は、リードフレーム112の側面に突出して形成されうる。さらに、リードフレーム112と金属タップ114は、一体に形成されうる。例えば、リードフレーム112と金属タップ114は、同じ金属物質、例えば、銅(Cu)またはニッケル(Ni)で形成されうる。このような金属タップ114は、リードフレーム112を外部装置と接続する時に用いられ、ソルダリングまたはレーザ溶接などの方法を通じて外部装置と電気的に接続されうる。
図4は、本発明の一実施形態による製造工程を示すための第2実装構造120の部分的な断面図である。
図4を参照すれば、第2実装構造120の封止前に、印刷回路基板102上に実装されたバッテリ保護回路素子104の少なくとも一部の接合部をアンダーフィルする段階が提供されうる。
例えば、バッテリ保護回路素子104と印刷回路基板102とを接合するソルダー106を覆うように、エポキシ108をバッテリ保護回路素子104と印刷回路基板112との間に満たしてアンダーフィル工程を進めることができる。例えば、バッテリ保護回路素子104のうち、電界効果トランジスタ(FET)及びプロテクション集積回路のソルダー106を覆うように、エポキシ108でアンダーフィル工程を進めることができる。
このようなアンダーフィル工程を通じて、バッテリ保護回路素子104と印刷回路基板112との接合信頼性を高め、さらに、クラックなどの欠陥発生を防止することができる。
図5を参照すれば、バッテリ保護回路素子104の少なくとも一部をモールディング材122で封止して封止構造130を形成しうる。
例えば、リードフレーム112の入出力端子部116及び金属タップ114を露出しながら、バッテリ保護回路素子104の少なくとも一部を封止するように、モールディング材で第2実装構造120を封止して封止構造を形成しうる。
例えば、モールディング材122は、バッテリ保護回路素子104の露出部分を覆い、さらに、印刷回路基板102及びリードフレーム112の側面を覆うことができる。さらに、モールディング材122は、リードフレーム112の下面の一部を覆うことができる。
例えば、モールディング材122は、トランスファーモールディングまたはインサートモールディングなどの方法を用いてエポキシモールディングコンパウンド(epoxy molding compound、EMC)で形成しうる。
選択的に、封止構造130に対して電気仕様テストを行って、信頼性を検証する段階が繋がる。
図6ないし図7を参照すれば、封止構造130に少なくとも1つのフレキシブル(flexible)印刷回路基板140(FPCB)を接合する段階が繋がる。
例えば、図6に示したように、一対のプレシブル印刷回路基板140を封止構造130の露出された入出力端子部116上に配置することができる。より具体的には、封止構造130でモールディング材122から露出されたリードフレーム112の両端部の下面の入出力端子部116上にプレシブル印刷回路基板140を配置し、表面実装技術(SMT)を用いてプレシブル印刷回路基板140のリードフレーム112の入出力端子部116上に接合してバッテリ保護回路パッケージ150を製造することができる。
選択的に、プレシブル印刷回路基板140のソルダー露出部を絶縁させるために絶縁コーティングが繋がる。
選択的に、電気仕様テストが付加され、パッキング段階が繋がる。
図8は、本発明の一実施形態によるバッテリ保護回路パッケージ150を示す概略的な断面図である。
図8を参照すれば、バッテリ保護回路パッケージ150は、外部接続のための入出力端子部116及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップ114を含むリードフレーム112と、リードフレーム112上に実装された印刷回路基板102と、印刷回路基板102上に実装されたバッテリ保護回路素子104と、バッテリ保護回路素子104の少なくとも一部を封止するモールディング材122と、リードフレーム112に接合された少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板140と、を含みうる。
前述したように、一対のフレキシブル印刷回路基板140は、リードフレーム112の両端のモールディング材122から露出された入出力端子部116上に接合される。
本発明の実施形態によれば、印刷回路基板102が外部と直接接続されず、リードフレーム112上に印刷回路基板102が実装されるために、印刷回路基板102の厚さを既存よりも薄くすることができる。例えば、印刷回路基板102には、信号伝達パターンとコンポーネントパッドとを構成し、リードフレーム112にパワーパターンを構成することができる。
このような構造によれば、リジッド印刷回路基板102とフレキシブル印刷回路基板140とを分離し、印刷回路基板102の厚さを最小化することができて、製造コストを低減することができる。
また、リジッドフレキシブル印刷回路基板を使用する既存の技術に比べて、リジッド印刷回路基板102とフレキシブル印刷回路基板140とを分離し、金属のリードフレーム112を使用することにより、熱伝導を高めて、熱放出特性を向上させうる。
また、金属のリードフレーム112をパワーパターンとして活用し、並列的電流経路として利用することにより、低抵抗を具現することができ、これにより、高速動作特性、例えば、高速充電特性を付与することができる。
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
102:印刷回路基板
104:バッテリ保護回路素子
112:リードフレーム
114:金属タップ
122:モールディング材
140:フレキシブル印刷回路基板
104:バッテリ保護回路素子
112:リードフレーム
114:金属タップ
122:モールディング材
140:フレキシブル印刷回路基板
Claims (16)
- 印刷回路基板上にバッテリ保護回路素子を実装して第1実装構造を形成する段階と、
前記第1実装構造を外部接続のための入出力端子部及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップを有するリードフレーム上に実装して第2実装構造を形成する段階と、
前記リードフレームの前記入出力端子部及び前記少なくとも1つの金属タップを露出しながら、前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部を封止するように、モールディング材で前記第2実装構造を封止して封止構造を形成する段階と、
前記封止構造の露出された前記入出力端子部に少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板を接合する段階と、
を含む、バッテリ保護回路パッケージの製造方法。 - 第1実装構造を形成する段階は、前記印刷回路基板上に前記バッテリ保護回路素子を表面実装技術(SMT)を用いて実装する段階を含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記少なくとも1つの金属タップは、前記リードフレームの側面に突出して形成された少なくとも1つの金属タップを含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記リードフレームと前記少なくとも1つの金属タップは、一体に形成された、請求項3に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記リードフレームと前記少なくとも1つの金属タップは、銅(Cu)またはニッケル(Ni)材質である、請求項4に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記入出力端子部は、前記リードフレームの両端に配された少なくとも一対の入出力端子部を含み、
前記リードフレームは、前記一対の入出力端子部を連結するように長手方向に伸び、前記印刷回路基板の入出力パッドと接続されて、前記印刷回路基板を通じた電流の流れと並列的電流の流れとを許容する少なくとも1つの電流経路部をさらに含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。 - 前記少なくとも1つの電流経路部は、互いに離隔した一対の電流経路部を含み、
前記少なくとも一対の入出力端子部は、前記一対の電流経路部の端部に接続された二対の入出力端子部を含む、請求項6に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。 - 第2実装構造を形成する段階は、前記リードフレーム上に前記第1実装構造を表面実装技術(SMT)を用いて実装する段階を含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記封止する段階前に、前記印刷回路基板上に実装された前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部の接合部をエポキシでアンダーフィルする段階をさらに含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 前記接合する段階は、
前記第2実装構造の前記リードフレームの両端に一対のフレキシブル印刷回路基板を接合する段階を含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。 - 前記接合する段階後、前記フレキシブル印刷回路基板の少なくとも一部を折り曲げる段階をさらに含む、請求項1に記載のバッテリ保護回路パッケージの製造方法。
- 外部接続のための入出力端子部及びバッテリセル接続のための少なくとも1つの金属タップを有するリードフレームと、
前記リードフレーム上に実装された印刷回路基板と、
前記印刷回路基板上に実装されたバッテリ保護回路素子と、
前記リードフレームの前記入出力端子部及び前記少なくとも1つの金属タップを露出しながら、前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部を封止するモールディング材と、
前記リードフレームの前記入出力端子部に接合された少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板と、
を含む、バッテリ保護回路パッケージ。 - 前記入出力端子部は、前記リードフレームの両端に配された少なくとも一対の入出力端子部を含み、
前記リードフレームは、前記一対の入出力端子部を連結するように長手方向に伸び、前記印刷回路基板の入出力パッドと接続されて、前記印刷回路基板を通じた電流の流れと並列的電流の流れとを許容する少なくとも1つの電流経路部をさらに含む、請求項12に記載のバッテリ保護回路パッケージ。 - 前記少なくとも1つの電流経路部は、互いに離隔した一対の電流経路部を含み、
前記少なくとも一対の入出力端子部は、前記一対の電流経路部の端部に接続された二対の入出力端子部を含む、請求項13に記載のバッテリ保護回路パッケージ。 - 前記少なくとも1つのフレキシブル印刷回路基板は、前記リードフレームの両端に配された前記少なくとも一対の入出力端子部に接合された一対のフレキシブル印刷回路基板を含む、請求項13に記載のバッテリ保護回路パッケージ。
- 前記印刷回路基板上に実装された前記バッテリ保護回路素子の少なくとも一部の接合部は、エポキシでアンダーフィルされた後、前記モールディング材で封止された、請求項12に記載のバッテリ保護回路パッケージ。
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