JP7211660B2 - Ｆｐｃ接続構造体及びそれを用いた印刷回路基板の接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＰＣを印刷回路基板に接続するための構造及び連結方法に関し、より詳しくは、スポット溶接方式で印刷回路基板に接合可能なＦＰＣ接続構造体及びそれを用いたＦＰＣと印刷回路基板との接続方法に関する。

本出願は、２０１８年１１月１３日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１３９３５３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

バッテリーパックには二次電池の外にＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のような多様なバッテリーパック保護装置が含まれている。このような保護装置は、バッテリーパックの充放電を管理して安全性を確保するなどの多様な役割を果たし、その役割を果たすことにおいて考慮すべき代表的な因子として各二次電池の電圧が挙げられる。例えば、特定の保護装置は、各二次電池の両端の電圧値を用いて該二次電池の過充電または過放電を防止することができ、二次電池同士の充電状態のばらつきを減らすバランシング機能を行い得る。

このように、バッテリーパックに含まれた保護装置の特定の機能を果たすことにおいて、バッテリーパックに含まれた各二次電池の電圧をセンシングすることは非常に重要かつ必須であるといえるため、ほとんどの従来のバッテリーパックには、このような二次電池の電圧を検出するための電圧センシング構造が適用されている。代表的な電圧センシング構造には、ワイヤ方式とコネクター連結方式が挙げられる。

ワイヤ方式は、二次電池の電極部とＢＭＳ回路チップが実装されている印刷回路基板（ＰＣＢ，Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）にセンシングワイヤとクリップで連結する方式である。このようなワイヤ方式は、組立性が優秀であるが、ワイヤ部品が加えられて製品の単価が上昇する。また、複数本のワイヤは、二次電池と共にパックケースの内部に空間効率的に組み立てるのに不便さがある。

コネクター連結方式は、例えば、軟性回路基板と呼ばれるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）とコネクターを使用する方式であって、例えば、ＦＰＣの一端部に雌コネクターを結合し、ＰＣＢの上に雄コネクターを結合して、雌コネクターと雄コネクターとを連結する方式である。このようなコネクター連結方式は、ワイヤ方式よりも簡便であり、組立ての便宜性がさらに優秀であるが、コネクター部品の追加と実装（ＳＭＴ）工程の追加によって製品の単価が大幅上昇するという短所がある。

そこで、空間配置の効率性が低くて配線整理が難しいワイヤ方式の短所と、コネクターの追加とその実装工程による費用の上昇が負担となるコネクター連結方式の短所とを共に解消することができる新たな電圧センシング方式が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、コネクターを用いることなくＦＰＣを回路基板に直接接続することができるＦＰＣ接続構造体及びそれを用いた回路基板の接続方法を提供することで、既存に比べて費用を節減することを目的とする。

本発明の一面によれば、印刷回路基板に接続してパワーまたは信号を伝送するＦＰＣ接続構造体であって、絶縁フィルムで被覆された複数個のＦＰＣ導体パターンと、ＦＰＣ導体パターンの各々の一端部から延び、印刷回路基板に備えられる基板端子部にスポット溶接可能にフラットタイプで設けられるＦＰＣターミナルと、を含むＦＰＣ接続構造体を提供することができる。

ＦＰＣターミナルの各々は、ＦＰＣ導体パターンと連結されるようにＦＰＣ導体パターンの一端部と圧着される第１接合部と、基板端子部の上に面接触してスポット溶接される第２接合部と、を含み得る。

第１接合部は、ＦＰＣ導体パターンと接触し、絶縁フィルムを垂直に通過する少なくとも一つの連結ピンを含み得る。

絶縁フィルムを垂直に通過して絶縁フィルムの下部に露出する少なくとも一つの連結ピンの端部に締まりばめによって結合するピンカバーをさらに含み得る。

ＦＰＣターミナルを支持し、印刷回路基板に結合するように設けられる組立てガイド部材をさらに含み得る。

組立てガイド部材は、ＦＰＣターミナルが通過可能なスリットが形成されているターミナル固定部と、印刷回路基板にボルトまたはフック締結方式で結合する基板装着部と、を含み得る。

ＦＰＣ導体パターンとＦＰＣターミナルとは一体型からなり、ＦＰＣターミナルは、ＦＰＣ導体パターンよりも幅が広く形成され、絶縁フィルムで被覆されていない状態で延び得る。

ＦＰＣターミナルの各々は、基板端子部にスポット溶接される個所の間に切開孔を備え得る。

本発明の他の様態によれば、前述したＦＰＣ接続構造体を用いて印刷回路基板にＦＰＣを接続するＦＰＣ接続方法であって、スポット抵抗溶接方式を適用してＦＰＣターミナルを印刷回路基板の基板端子部に接合する段階を含むＦＰＣ接続方法が提供され得る。

ＦＰＣターミナルはニッケル（Ｎｉ）からなり、基板端子部は、金（Ａｕ）めっき処理された銅（Ｃｕ）からなり得る。

本発明の一面によれば、コネクターを備えなくてもＦＰＣを印刷回路基板（ＰＣＢ）に直接接続できるＦＰＣ接続構造体及びその方法を提供することができる。

本発明によるＦＰＣ接続構造体は、ＦＰＣターミナルがフラットタイプに製作され、スポット溶接方式で印刷回路基板に直接接合できる。したがって、このようなＦＰＣ接続構造体とＦＰＣ接合方法を適用すると、コネクターのような部品が不要となり、経済的に有利である。

本発明の一実施例によるＦＰＣ接続構造体と印刷回路基板との結合斜視図である。 図１のＦＰＣ接続構造体と印刷回路基板とのスポット溶接工程を示す図である。 本発明の第２実施例によるＦＰＣ接続構造体の斜視図である。 図３のＦＰＣ接続構造体と印刷回路基板との結合斜視図である。 本発明の第３実施例によるＦＰＣ接続構造体を示した図である。 本発明の第４実施例によるＦＰＣ接続構造体を示した図である。 図６の部分拡大図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

以下で説明するＦＰＣ接続構造体は、バッテリーパックにおいて、二次電池セルの電極リードとＢＭＳ印刷回路基板との電気的に接続に使用される配線用部品であって、二次電池セルの電圧値をＢＭＳに伝送する役割を果たす。勿論、本発明によるＦＰＣ接続構造体は、バッテリーパックの電圧センシング用部品としてその用途が限定されることではない。例えば、ＦＰＣ接続構造体は、ある一つの器機または回路基板で提供する信号や電源を他の一つの器機または回路基板に伝送するのに使用され得る。

図１は、本発明の一実施例によるＦＰＣ接続構造体と印刷回路基板との結合斜視図であり、図２は、図１のＦＰＣ接続構造体と印刷回路基板とのスポット溶接工程を示す図である。

これらの図面を参照すれば、本発明の一実施例によるＦＰＣ接続構造体１０は、絶縁フィルム１１で被覆される複数個のＦＰＣ導体パターン１００と、ＦＰＣ導体パターン１００の一端部から延びるＦＰＣターミナル２００とを含み得る。

ＦＰＣ導体パターン１００は、例えば、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ） 材質からなる絶縁フィルム１１をベースにして絶縁フィルム１１内の外層（Ｃｏｖｅｒ Ｌａｙｅｒ）に精密に腐食した微細回路の形態で具現され得、その両面は絶縁フィルム１１で被覆され、柔軟性と屈曲性を有する。

本実施例によるＦＰＣ導体パターン１００は８個であるが、伝送しようとする信号の個数に応じてＦＰＣ導体パターン１００の個数は加減され得る。

ＦＰＣ導体パターン１００の各々の一端部には、印刷回路基板２０にスポット溶接がしやすくなるように設けられるＦＰＣターミナル２００が連結される。そして、図示していないが、ＦＰＣ導体パターン１００の各々の他端部は、バッテリーセルの電極リードと電気的に接続し得る。

例えば、パウチ型二次電池の電極リードは、金属バータイプのバスバーに付着され、直列または並列に接続し得、ＦＰＣ導体パターン１００の各々の他端部は、バスバーに溶接などの方式で付着され得る。

ＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とは、圧着方式で相互に連結され得る。例えば、ＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とを一対一に突き合わせて熱と圧力を加えて圧着する方式でこれらを結合し得る。

また、本実施例の場合、ＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００との結合信頼性を高めるよう、圧着方式と共にピン結合方式でＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とが各々連結され得る。

具体的に見れば、ＦＰＣターミナル２００は、ＦＰＣ導体パターン１００の一端部と圧着される第１接合部２１０と、基板端子部２１の上に面接触してスポット溶接が行われる第２接合部２２０と、を含む。

そして、第１接合部２１０は、ＦＰＣ導体パターン１００と接触して絶縁フィルム１１を垂直に通過する少なくとも一つの連結ピン２１１を含む。

上記のような構成によって、ＦＰＣ導体パターン１００の一端部とＦＰＣターミナル２００の第１接合部２１０とを圧着するとき、二つの連結ピン２１１がＦＰＣ導体パターン１００と絶縁フィルム１１を垂直に通過可能である。

したがって、ＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とは、上下に圧着されて固定性が確保でき、連結ピン２１１によって固定性が補強され、相互に安定的に連結される。

これに加え、ＦＰＣ接続構造体１０は、ピンカバー２１３をさらにと含み得る。

ピンカバー２１３は、絶縁フィルム１１を垂直に通過して絶縁フィルム１１の下部に露出する連結ピン２１１の端部に締まりばめによって結合し得る。

このようなピンカバー２１３は、連結ピン２１１の上下方向への動きを固定でき、第１接合部２１０をＦＰＣ導体パターン１００の上に圧着するとき、絶縁フィルム１１の下面に面接触して絶縁フィルム１１の下面が損傷することを防止することができる。

本発明によるＦＰＣターミナル２００は、印刷回路基板２０に備えられる基板端子部２１にスポット溶接可能にフラットタイプで設けられ得る。

ここで、フラットタイプとは、ＦＰＣ導体パターン１００に比べて幅が大きくて扁平な板状体の形態であるといえる。そして、基板端子部２１は、ＦＰＣターミナル２００と一対一に対応して接触可能な印刷回路基板２０上の金属パターン（図示せず）で構成され得る。

ＦＰＣ導体パターン１００は細くて柔軟であるため、これを基板端子部２１に直接接触した状態でスポット溶接することが容易でない。しかし、ＦＰＣターミナル２００は、ＦＰＣ導体パターン１００よりも相対的に反りにくく広い面積を有するフラットタイプの板状体の形態で提供されるので、基板端子部２１に面接触してスポット溶接が容易である。

したがって、本発明のＦＰＣ接続構造体１０において、ＦＰＣターミナル２００が基板端子部２１にスポット溶接されることで、ＦＰＣ導体パターン１００と基板端子部２１とを連結する媒介体として機能できる。

本発明による印刷回路基板２０に対するＦＰＣ接続方法は、上述したようなＦＰＣ接続構造体１０を用いてＦＰＣターミナル２００を基板端子部２１にスポット溶接方式を適用して接合する段階を含み得る。

スポット溶接方式は、相異なる極性を有する一対の溶接棒３１、３２を用いて母材の接合部に大電流を流して発生する抵抗熱によって接合部を半溶融状態にし、これに圧力を加えて接合するスポット抵抗溶接方式が採用され得る。

この際、ＦＰＣターミナル２００は、電気伝導性を有する素材であれば、特に制限されないが、加工の容易性などを考慮すれば、ニッケル、黄銅、アルミニウム、銅及びこれらの選択的な合金及び外面にニッケルが被覆された鉄からなる群より選択される一つの素材であることが望ましい。また、基板端子部２１を構成する金属パターンは、金めっき処理された銅からなることが望ましい。

続いて、図３～図７を参照して本発明の第２～第４実施例によるＦＰＣ接続構造体１０を説明する。前述した実施例と同一の部材符号は同一の部材を示し、同じ部材についての重複する説明は省略し、前述の実施例との相違点を中心に説明する。

先ず、本発明の第２実施例によるＦＰＣ接続構造体１０は、図３及び図４に示したように、組立てガイド部材３００をさらに含む。

組立てガイド部材は、ＦＰＣターミナル２００を一体で支持し、印刷回路基板２０の一側に固定結合することで組立ての便宜性を提供する部品として機能できる。

具体的に組立てガイド部材３００は、プラスチックのような絶縁材質からなり、ＦＰＣターミナル２００が各々通過可能なスリットが形成されているターミナル固定部３１０と印刷回路基板２０にボルトまたはフック締結方式で結合する基板装着部３２０を含み得る。

ターミナル固定部３１０は、ＦＰＣターミナル２００と交差する方向へ長く延び、スリットは、ＦＰＣターミナル２００と同じ方向へ本体に形成され得る。このようなスリットに、ＦＰＣターミナル２００が一つずつ挿入された形態で組み立てられることで、ＦＰＣターミナル２００が動かないように支持され、また、ＦＰＣターミナル２００の間隔が一定に維持可能になる。

基板装着部３２０は、ターミナル固定部３１０の両端部でＦＰＣターミナル２００と同じ方向へ延び得、ボルトＢを締結できる締結孔３２１が設けられ得る。図４のように、組立てガイド部材３００は、基板装着部３２０を印刷回路基板２０にボルトＢで締結することで、印刷回路基板２０に固定され得る。

第１実施例の場合、スポット溶接を準備する過程でＦＰＣターミナル２００を基板端子部２１上の正確な溶接位置に置き、別の固定道具を用いてＦＰＣターミナル２００が動かないように固定できるが、固定道具がなければ困難になり得る。

一方、第２実施例の場合、組立てガイド部材３００を印刷回路基板２０に装着すれば、ＦＰＣターミナル２００が基板端子部２１上の正確な溶接位置に置かれ、安定した状態でスポット溶接を行うことができる。また、ＦＰＣターミナル２００のスポット溶接と共に組立てガイド部材３００が印刷回路基板２０にボルトＢで締結されるため、衝撃や動きにもＦＰＣ接続構造体１０が印刷回路基板２０から分離する可能性が顕著に低くなる。

次に、第３実施例によるＦＰＣ接続構造体１０は、図５に示したように、ＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とが一体型で設けられる。即ち、第３実施例は、前述した実施例のようにＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とを相互に圧着して連結しなくてもよい。

第３実施例の場合、ＦＰＣ導体パターン１００は、絶縁フィルム１１内に被覆された状態で存在し、ＦＰＣターミナル２００は、フラットタイプでＦＰＣ導体パターン１００よりも幅の広く形成され、ＦＰＣ導体パターン１００の一端部から延び、絶縁フィルム１１の外部に露出し得る。

その次に、第４実施例によるＦＰＣ接続構造体１０は、図６に示したように、第３実施例によるＦＰＣ接続構造体１０と共にＦＰＣ導体パターン１００とＦＰＣターミナル２００とが一体型で設けられることは同一であるが、基板端子部２１にスポット溶接される個所Ｎの間に切開孔２１５をさらに備え得る。

切開孔２１５は、スポット抵抗溶接において、図７のように、電流が流れる経路（または溶接距離）を増加させ、溶接個所で発生する熱量を増加させるように作用できる。この際、熱量増加の理由は、融点個所同士の距離が増加することで溶接個所同士の間に存在する抵抗が増加するためである。

したがって、第４実施例によるＦＰＣ接続構造体１０は、印刷回路基板２０に対する溶接強度が前述した実施例に比べてさらに強化される。

以上のような本発明によるＦＰＣ接続構造体１０及びこれを用いたＦＰＣ接続方法によれば、既存のＦＰＣを直接印刷回路基板２０に接続することができ、既存のＦＰＣ＋コネクターまたはワイヤ＋コネクターの連結方式に比べて費用を節減することができる。また、スポット抵抗溶接を適用することで、はんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）の場合よりも接合工程の管理が容易であり、基板汚染が発生しにくい。

以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は請求範囲内に含まれる。

なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。

Claims (11)

1. 印刷回路基板に接続してパワーまたは信号を伝送するＦＰＣ接続構造体であって、
   絶縁フィルムで被覆された複数個のＦＰＣ導体パターンと、
   前記ＦＰＣ導体パターンの各々の一端部から延び、前記印刷回路基板に備えられる基板端子部にスポット溶接可能にフラットタイプで設けられるＦＰＣターミナルと、を含み、
   前記ＦＰＣターミナルは、前記ＦＰＣ導体パターンと接触する少なくとも一つの連結ピンと一体的に設けられ、
   前記少なくとも一つの連結ピンは、前記絶縁フィルムを垂直に通過する、
   ＦＰＣ接続構造体。
2. 前記ＦＰＣターミナルの各々は、
   前記基板端子部にスポット溶接される個所の間に切開孔を備える、請求項１に記載のＦＰＣ接続構造体。
3. 印刷回路基板に接続してパワーまたは信号を伝送するＦＰＣ接続構造体であって、
   絶縁フィルムで被覆された複数個のＦＰＣ導体パターンと、
   前記ＦＰＣ導体パターンの各々の一端部から延び、前記印刷回路基板に備えられる基板端子部にスポット溶接可能にフラットタイプで設けられるＦＰＣターミナルと、を含み、
   前記ＦＰＣターミナルの各々は、
   前記基板端子部にスポット溶接される個所の間に切開孔を備える、ＦＰＣ接続構造体。
4. 前記ＦＰＣターミナルの各々は、前記ＦＰＣ導体パターンと接触し、前記絶縁フィルムを垂直に通過する少なくとも一つの連結ピンを含む、請求項３に記載のＦＰＣ接続構造体。
5. 前記絶縁フィルムの下部に露出する前記少なくとも一つの連結ピンの端部に締まりばめによって結合するピンカバーをさらに含む、請求項１、２、または４のいずれか一項に記載のＦＰＣ接続構造体。
6. 前記ＦＰＣターミナルを支持し、前記印刷回路基板に結合するように設けられる組立てガイド部材をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のＦＰＣ接続構造体。
7. 前記組立てガイド部材は、
   前記ＦＰＣターミナルが通過可能なスリットが形成されているターミナル固定部と、前記印刷回路基板にボルトまたはフック締結方式で結合する基板装着部と、を含む、請求項６に記載のＦＰＣ接続構造体。
8. 前記ＦＰＣターミナルの各々は、
   前記ＦＰＣ導体パターンと連結されるように前記ＦＰＣ導体パターンの一端部と圧着される第１接合部と、前記基板端子部の上に面接触してスポット溶接される第２接合部と、を含む、請求項１から７のいずれか一項記載のＦＰＣ接続構造体。
9. 前記ＦＰＣ導体パターンと前記ＦＰＣターミナルとは一体型からなり、
   前記ＦＰＣターミナルは、前記ＦＰＣ導体パターンよりも幅が広く形成され、前記絶縁フィルムで被覆されていない状態で延びる、請求項３に記載のＦＰＣ接続構造体。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のＦＰＣ接続構造体を用いて印刷回路基板にＦＰＣを接続するＦＰＣ接続方法であって、
    スポット抵抗溶接方式を適用して前記ＦＰＣターミナルを前記印刷回路基板の基板端子部に接合する段階を含む、ＦＰＣ接続方法。
11. 前記ＦＰＣターミナルはニッケルからなり、前記基板端子部は金めっき処理された銅からなる、請求項１０に記載のＦＰＣ接続方法。

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