KR100673682B1

KR100673682B1 - 리드구조가 개선된 ｐｔｃ 소자 및 그 ｐｃｂ 실장구조

Info

Publication number: KR100673682B1
Application number: KR1020050113448A
Authority: KR
Inventors: 이안나; 고창모
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-01-24

Abstract

본 발명은 솔더패드가 마련된 PCB 기판에 실장되는 PTC 소자에 관한 것으로서, PTC 특성을 갖는 PTC 물질층; 상기 PTC 물질층의 양면에 부착되는 한 쌍의 판형전극; 및 각각의 판형전극에 고정되는 판형의 외부리드;를 포함하고, 상기 외부리드 중 적어도 하나는 상기 솔더패드에 솔더링되는 그 단부에 요홈부와 상기 요홈부에 인접한 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부의 폭을 길이로 나눈 값이 0.2 이상이며, 상기 외부리드의 단부 폭을 상기 솔더패드의 폭으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 PTC 소자가 개시된다.

본 발명에 따르면, PCB 기판에 대한 PTC 소자의 솔더링시 외부리드가 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있어 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

PTC, PCB, 외부리드, 솔더패드, 전도성 폴리머

Description

리드구조가 개선된 ＰＴＣ 소자 및 그 ＰＣＢ 실장구조{PTC-device improved in lead structure and PCB-mounting structure thereof}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 일반적인 PTC 소자의 구성을 도시하는 측면도.

도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 PTC 소자를 PCB 기판에 실장할 때 발생하는 뒤틀림 현상을 도시하는 측면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 외관을 도시하는 사시도.

도 5 및 도 6은 도 4의 변형예를 도시하는 사시도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 PCB 실장구조를 부분적으로 도시하는 평면도.

도 8 및 도 9는 도 7에서 외부리드의 다른 구성을 도시하는 평면도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100...PTC 물질층 101,102...판형전극

103,106,106'...외부리드 104...요홈부

105...돌출부 107...PCB 기판

108...솔더패드

본 발명은 리드구조가 개선된 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 및 그 PCB(Printed Circuit Board) 실장구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCB 기판의 솔더패드(Solder pad)상에 PTC 소자가 원활하게 솔더링될 수 있도록 개선된 외부리드 구조를 구비한 PTC 소자와 그 PCB 실장구조에 관한 것이다.

PTC 물질은 주위의 온도가 상승하거나 정격치를 초과하는 전류가 유입되어 발열될 경우 저항이 급격히 상승하여 전류의 흐름을 차단하는 특성을 제공하므로 이를 이용하여 회로소자를 구성할 경우 온도상승시 폭발위험이 있는 리튬이온(Lithium-ion) 이차전지나 각종 전자회로를 이상동작으로부터 보호할 수 있다.

일반적으로 PTC 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 PTC 특성을 갖는 PTC 물질층(1)과, PTC 물질층(1)의 양면에 부착되는 한 쌍의 금속전극(2,3)과, 금속전극(2,3)에 고정되는 외부리드(4,5)로 구성되며, 솔더링을 통해 접속부(도 2의 6 참조)와 접속되어 보호 대상이 되는 회로 및 소자와 연결된다.

PTC 소자의 외부리드(4,5) 솔더링은 보통 융점이 450℃ 미만인 연납을 사용하여 PTC 소자의 외부리드와 접속부(6) 사이의 틈새를 통해 전체적으로 퍼지게 하 는 방식으로 수행된다. 이러한 접합 방식의 경우 외부리드에 소정의 홈 또는 홀을 형성해 두면 부착력을 보다 향상시킬 수 있는데, 이와 관련된 기술로는 대한민국 공개특허 제2003-49907호(엑시알 타입의 폴리머 정온도계수 저항소자)에 개시된 전극단자 구조를 들 수 있다.

그러나, 외부리드에 홈이나 홀을 형성한 종래 PTC 소자들은 솔더링시 도 2나 도 3에 도시된 바와 같이 외부리드(4,5)의 단부가 접속부(6)에 대하여 뒤틀리는 현상(점선 참조)이 종종 발생하여 접속불량을 초래하는 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, PCB 기판의 솔더패드와 PTC 소자 간의 솔더링시 외부리드의 변형을 방지하고, 접속 신뢰성을 향상시키며, 유효 솔더링 영역이 증대되도록 외부리드의 요홈부 및 그에 인접한 돌출부의 치수 비율이 최적화된 PTC 소자와 그 PCB 실장구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 PCB 기판의 솔더패드 규격에 걸맞도록 외부리드의 가공이 용이하고, 솔더링 지점에 대한 식별력을 높이도록 단차가 진 외부리드를 구비한 PTC 소자와 그 PCB 실장구조를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 PTC 소자는 그 외부리드의 단부에 요홈부와 돌출부가 구비되고, 돌출부의 폭 및 길이의 치수 비율과, 외부리드 단부의 폭 및 솔더패드의 폭에 대한 치수 비율이 최적화된 구조를 갖는다.

즉, 본 발명에 따른 PTC 소자는 PTC 특성을 갖는 PTC 물질층; 상기 PTC 물질층의 양면에 부착되는 한 쌍의 판형전극; 및 각각의 판형전극에 고정되는 판형의 외부리드;를 포함하고, 상기 외부리드 중 적어도 하나는 상기 솔더패드에 솔더링되는 그 단부에 요홈부와 상기 요홈부에 인접한 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부의 폭을 길이로 나눈 값이 0.2 이상이며, 상기 외부리드의 단부 폭을 상기 솔더패드의 폭으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 PTC 물질층은 PTC 특성을 제공하는 전도성 폴리머로 구성될 수 있다.

외부리드의 단부와 그 인접부는 외부리드의 다른 부분에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖는 것이 바람직하다.

상기 요홈부는 상기 외부리드의 단부 중앙에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 요홈부는 곡선형으로 요입되어 형성되는 것이 바람직하며, 상기 돌출부는 곡선형으로 라운딩 처리되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, PTC 소자를 솔더패드가 마련된 PCB 기판에 실장하는 구조에 있어서, 상기 PTC 소자는 PTC 특성을 갖는 PTC 물질층과, 상기 PTC 물질층의 양면에 부착되는 한 쌍의 판형전극과, 각각의 판형전극에 고정되고 상기 솔더패드에 솔더링되는 판형의 외부리드를 구비하고, 상기 PTC 소자의 외부리드 중 적어도 하나는 그 단부에 요홈부와 상기 요홈부에 인접한 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부의 폭을 길이로 나눈 값이 0.2 이상이며, 상기 외부리드의 단부 폭을 상기 솔더패드의 폭으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 것을 특징으로 하는 PTC 소자 의 PCB 실장구조가 제공된다.

상기 PCB 실장구조에서, PTC 물질층은 PTC 특성을 제공하는 전도성 폴리머로 구성될 수 있다.

솔더링이 이루어지는 외부리드의 단부와 그 인접부는 외부리드의 다른 부분에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖는 것이 바람직하다.

상기 외부리드의 요홈부는 상기 외부리드의 단부 중앙에 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 외관을 도시하는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자는 박막형태의 PTC 물질층(100)과, PTC 물질층(100)의 표면에 부착되는 한 쌍의 판형전극(101,102)과, 판형전극(101,102)의 표면에 고정되는 한 쌍의 외부리드(103,106)를 포함한다.

PTC 물질층(100)은 결정성을 갖는 고분자 물질과 전도성 물질의 혼합물로 이루어지며, 온도상승시 결정 영역이 아모퍼스(Armophous) 상태가 되면서 부피팽창을 수반하여 전도성 입자간의 접촉을 분리시킴으로써 저항이 상승하는 PTC 특성을 제공한다. 이러한 PTC 물질층(100)으로는 가공성 등을 감안할 때 PTC 특성을 갖는 전도성 폴리머가 채용되는 것이 바람직하다.

판형전극(101,102)은 PTC 물질층(100)의 양면에 각각 부착된다. 판형전극(101,102)의 소재로는 바람직하게 니켈이 도금된 동박이 사용된다.

외부리드(103,106)는 솔더링 등의 접합공정을 통해 그 연결부가 판형전극(101,102)의 평면부에 부분적으로 고정된다. 외부리드(103,106)의 소재로는 니켈이 사용되는 것이 바람직하다. 비록 도면에는 외부리드(103,106)가 판형전극(101,102)의 양면에서 상호 반대방향을 향하도록 엇갈리게 배치된 구조가 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 외부리드(103,106')가 상호 동일한 방향을 향하도록 배치될 수도 있음은 물론이다.

도 4에 도시된 한 쌍의 외부리드(103,106) 중 그 단부에 요홈부(104)와 돌출부(105)가 형성된 외부리드(103)는 PCB 기판(도 7의 107 참조)의 솔더패드(도 7의 108 참조)에 솔더링된다. 여기서, 요홈부(104)와 돌출부(105)는 도 6에 나타난 바 와 같이 한 쌍의 외부리드(103,106') 양쪽에 모두 형성되는 것도 가능하다.

외부리드(103)의 단부에 요홈부(104)를 형성하게 되면, 요홈부(104)가 없는 경우에 비해 외부리드(103) 단부의 유효 솔더링 둘레가 증대되므로 부착력 향상효과를 제공하게 되고, 이에 따라 솔더량을 절감할 수 있으므로 솔더볼(Solder ball) 생성을 억제할 수 있다.

솔더링시 외부리드(103)의 변형을 최소화하도록 요홈부(104)는 외부리드(103)의 단부 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 요홈부(104)는 곡선형태로 외부리드(103)의 길이방향으로 소정 깊이 요입되어 형성되며, 대안으로 도 8의 요홈부(104')와 같이 각진형태로 외부리드(103)의 길이방향으로 소정 깊이 요입되어 형성되는 것도 가능하다.

외부리드(103)의 돌출부(105)는 요홈부(104)에 인접한 두 부분을 가리키는 것으로서 상기 요홈부(104)에 비해 상대적으로 돌출된 형태를 갖는다. 여기서, 돌출부(105)의 끝부분을 곡선형태(도 9 참조)로 라운딩 처리하게 되면 유효 솔더링 영역이 증대되고 솔더링시 외부리드(103)의 변형을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

도 7에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 PCB 실장구조가 부분적으로 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 PTC 소자의 적어도 하나의 외부리드(103)는 그 단부가 PCB 기판(107)의 솔더패드(108) 위에 배치되어 솔더링됨으로써 PCB 기판(107)에 실장된다.

바람직하게, PTC 소자의 PCB 실장구조는 사실상 회로보호장치를 제공하게 된 다. 여기서, PCB 기판(107)에 마련되는 솔더패드(108)는 보호대상이 되는 회로와 연결되며, 본 발명의 PTC 소자는 PTC 특성을 이용한 회로보호기능을 제공하게 된다.

PTC 소자에 있어서, 외부리드(103) 단부의 돌출부(105)는 그 끝부분 폭(W_P)을 길이(L_P)로 나눈 값이 0.2 이상이 되는 구조를 갖는다. 여기서, 돌출부(105)의 길이(L_P)는 요홈부(104)의 가장 안쪽 부분으로부터 돌출부(105)의 끝부분까지의 치수에 해당한다. 돌출부(105)의 폭(W_P)을 길이(L_P)로 나눈 값이 0.2 미만이 되면 솔더링시 양측 돌출부(105)가 상호 뒤틀리는 현상이 발생하게 되어 솔더패드(108)에 대한 접속 신뢰성이 저하된다.

한편, 외부리드(103)와 솔더패드(108)는 외부리드(103)의 단부 폭(W_E)을 솔더패드(108)의 폭(W_S)으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95의 범위에 해당하도록 구성된다. 이것은 솔더링시 충분한 부착력과 위치정렬 허용편차 등을 고려한 것으로서, 상기 값이 0.3 미만이면 솔더링시 충분한 부착력을 얻을 수 없으며, 0.95 이상이면 솔더 페이스트에 의해 PCB 기판(107)이 손상될 우려가 있고 외부리드(103)의 단부가 솔더패드(108)의 정위치로부터 지나치게 벗어나서 연결이 곤란한 상황이 발생할 우려가 있다.

외부리드(103)의 단부는 도 8에 도시된 바와 같이 각진형태의 요홈부(104')와 그에 인접한 돌출부(105')가 형성된 구조로 제공되어 솔더패드(108)에 솔더링 될 수 있다.

대안으로, 외부리드(103)의 단부는 도 9에 도시된 바와 같이 곡선형태의 요홈부(104″)와 라운딩 처리된 돌출부(105″)가 형성된 구조로 제공되어 솔더패드(108)에 솔더링 될 수 있다. 이 경우 외부리드(103)의 요홈부(104″) 가공작업이 용이하고, 솔더링시 외부리드(103)의 형태 변형을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.

외부리드(103)에 있어서, 솔더패드(108)에 대하여 솔더링이 이루어지게 되는, 외부리드(103)의 단부와 그 인접부의 구간(109)은 솔더링 작업시 PTC 소자와 PCB 기판(107)이 접속되는 부분으로 외부리드(103) 몸체의 다른 부분에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면 외부리드(103)의 끝부분만을 가공하여 다양한 규격의 솔더패드(108) 규격을 갖는 PCB 기판(107)에 실장이 가능하며, 솔더링 지점에 대한 위치식별 편의를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명은 PCB 기판(107)의 솔더패드(108)와 PTC 소자의 외부리드(103) 간의 솔더링시 외부리드(103)의 변형을 억제하고 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구조를 제공한다.

즉, PTC 소자의 외부전극 단부에는 솔더패드(108)에 대한 부착성 향상을 위해 요홈부(104)와 돌출부(105)가 형성되는데, 이때 돌출부(105)의 폭(W_P)을 길이(L_P)로 나눈 값이 0.2 이상이 되고, 외부리드(103)의 단부 폭(W_E)을 상기 솔더패드(108)의 폭(W_S)으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 경우 솔더링시 외부전극의 뒤틀림 현상 이 방지되어 접속 신뢰성이 향상된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 PTC 소자 및 그 PCB 실장구조는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 요입홈과 돌출부가 마련된 외부리드에 대하여 최적화된 치수 비율이 제공되므로 솔더링시 외부리드가 변형되는 현상을 방지하고, 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 외부리드의 단부 구조에 의해 유효 솔더링 영역이 증대되고, 솔더볼의 생성을 억제할 수 있다.

셋째, 외부리드와 솔더패드간의 최적화된 치수 비율이 제공되므로 솔더 페이스트에 의한 PCB 기판의 손상을 방지할 수 있고, 연결상태가 양호하여 부착성을 향상시킬 수 있다.

넷째, 외부리드의 단부에 단차를 형성함으로써 다양한 솔더패드의 규격에 걸맞는 외부리드를 구성할 수 있으므로 작업성을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 외부리드 단부의 단차를 통해 솔더링 지점에 대한 식별력을 높일 수 있다.

Claims

솔더패드가 마련된 PCB 기판에 실장되는 PTC 소자에 있어서,

PTC 특성을 갖는 PTC 물질층;

상기 PTC 물질층의 양면에 부착되는 한 쌍의 판형전극; 및

각각의 판형전극에 고정되는 판형의 외부리드;를 포함하고,

상기 외부리드 중 적어도 하나는 상기 솔더패드에 솔더링되는 그 단부에 요홈부와 상기 요홈부에 인접한 돌출부를 구비하고,

상기 돌출부의 폭을 길이로 나눈 값이 0.2 이상이며, 상기 외부리드의 단부 폭을 상기 솔더패드의 폭으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제1항에 있어서,

상기 PTC 물질층은 PTC 특성을 제공하는 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제1항에 있어서,

솔더링이 이루어지는 상기 외부리드의 단부와 그 인접부가 상기 외부리드의 다른 부분에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 요홈부는 상기 외부리드의 단부 중앙에 형성된 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제4항에 있어서,

상기 요홈부가 곡선형으로 요입되어 형성된 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
제5항에 있어서,

상기 돌출부가 곡선형으로 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 PTC 소자.
PTC 소자를 솔더패드가 마련된 PCB 기판에 실장하는 구조에 있어서,

상기 PTC 소자는 PTC 특성을 갖는 PTC 물질층과, 상기 PTC 물질층의 양면에 부착되는 한 쌍의 판형전극과, 각각의 판형전극에 고정되고 상기 솔더패드에 솔더링되는 판형의 외부리드를 구비하고,

상기 PTC 소자의 외부리드 중 적어도 하나는 그 단부에 요홈부와 상기 요홈부에 인접한 돌출부를 구비하고,

상기 돌출부의 폭을 길이로 나눈 값이 0.2 이상이며, 상기 외부리드의 단부 폭을 상기 솔더패드의 폭으로 나눈 값이 0.3 ~ 0.95인 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.
제7항에 있어서,

상기 PTC 물질층은 PTC 특성을 제공하는 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.
제7항에 있어서,

솔더링이 이루어지는 상기 외부리드의 단부와 그 인접부가 상기 외부리드의 다른 부분에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.
제7항 또는 제9항에 있어서,

상기 요홈부는 상기 외부리드의 단부 중앙에 형성된 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.
제10항에 있어서,

상기 요홈부가 곡선형으로 요입되어 형성된 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.
제11항에 있어서,

상기 돌출부가 곡선형으로 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 PTC 소자의 PCB 실장구조.