KR100713630B1 - 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리보호회로 기판과 이를 제작하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면 실장된 배터리 보호회로 기판과 이를 제작하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 보호회로를 구성하는 부품 중 하나인 정특성 폴리 스위치를 배터리 보호회로 기판에 표면실장하는 것으로 생산공정을 단순화하여 생산성을 향상시키며, 또한 조립시 안정성을 높여 불량을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명은 PCB 제작공정과, 제작된 PCB에 페이스트 형태의 납을 바르고 마운팅 장치를 통하여 중 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함하여 보호회로를 구성하는 부품을 정해진 위치에 실장하는 마운팅 공정과, 리플로우 공정과, 상기 리플로우 공정을 거친 보호회로 기판을 열처리하는 후열처리 공정과, 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로 기판을 검사하는 검사공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

리드타입 정특성 폴리 스위치, 보호회로, 배터리

Description

리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리 보호회로 기판과 이를 제작하는 방법{Battery Protection Circuit Board with Lead Type Poly Switch And Method of Manufacturing The Same}

도 1은 종래의 배터리 제작공정을 나타낸 순서도.

도 2는 종래의 배터리 셀과 보호회로의 연결 관계를 나타낸 도.

도 3은 본 발명의 배터리 보호회로 기판을 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 배터리 셀과 보호회로 기판의 연결 관계를 나타낸 도.

도 5는 본 발명의 보호회로 기판의 제작공정을 나타낸 도.

도 6은 본 발명의 보호회로 기판과 배터리 셀이 결합된 형태의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 리드타입 정특성 폴리 스위치 12 : 리드

20 : 연결 플레이트 30 : 배터리 셀

40 : 보호회로 기판 42 : 배터리 셀 연결단자

본 발명은 리드타입(Lead Type) 정특성 폴리 스위치가 표면 실장된 배터리 보호회로 기판과 이를 제작하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 보호회로를 구성하는 부품 중 하나인 정특성 폴리 스위치를 배터리 보호회로 기판에 표면실장하는 것으로 생산공정을 단순화하여 생산성을 향상시키며, 또한 조립시 안정성을 높여 불량을 감소시키기 위한 것이다.

휴대폰과 같은 소형 전자통신기기의 사용이 늘어나고 있으며 사용자들은 보다 소형 경량의 제품을 요구하고 있어, 이러한 제품을 구성하는 각 부품의 소형 경량화에 많은 노력이 이루어지고 있다. 특히 휴대폰이나 PDA와 같은 소형전자제품의 경우에는 그 사용시간을 연장하는 한편, 소형 경량화를 달성하기 위해 다각도의 연구가 이루어지고 있다. 이하에서는 휴대폰만을 대상으로 설명하기로 한다.

휴대폰의 배터리는 리튬이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 주로 사용하는데, 이러한 배터리는 그 화학적 특성상 과충전, 과방전, 단자 간의 쇼트(Short) 등에 의한 과전류 상황에서 발화 ·파열·폭발에 의해 화재가 발생할 위험이 크기 때문에, 이를 방지하기 위해 보호회로를 사용하게 된다.

이러한 보호회로는 과충전, 과방전을 감시하여 전류의 공급을 제어하기 위해 PCB에 표면실장되는 보호IC 등과 같은 여러 부품으로 이루어지는데, 이후 설명에서는 PCB에 보호IC와 같은 부품이 실장된 것을 보호회로 기판으로 칭하기로 한다.

대부분의 보호회로는 휴대폰에 전원을 공급하는 단자를 구비한 PCB에 보호IC, FET(Field Effect Transistor}, 저항, 커패시터(Capacitor)등을 표면실장한 보호회로 기판과 배터리 셀의 전극을 연결 플레이트로 연결하여 이루어진다. 연결 플레이트는 통상 니켈이나 구리 등과 같은 전도체로 이루어진다.

또한 상기 연결 플레이트 사이에 정특성 폴리 스위치를 연결시키고, 온도에 따라 저항값이 증가하는 정특성 폴리 스위치의 특성을 이용하여 배터리 셀의 온도를 감지하여 온도 상승시 배터리 셀과 보호회로 기판 간의 연결을 차단하여 폭발 등의 사고를 방지하게 된다.

정특성 폴리 스위치는 그 형태와 기능에 따라, 리드(Lead) 타입, 디스크(Disk)타입, 칩(Chip)타입 등 여러가지가 있으나, 배터리 셀의 표면과 접촉하여 배터리 셀의 온도를 감지할 수 리드 타입 정특성 폴리 스위치가 휴대폰의 배터리에 최근 많이 채택되고 있다.

이러한 보호회로가 구비된 배터리를 제작하기 위해서는 도 1과 같이,

보호IC 등 각 부품의 배치 및 연결을 고려하여 PCB를 설계 제작하는 PCB제작공정과, 제작된 PCB상에 페이스트 형태의 납을 바르고 마운팅 장치를 통하여 각종 부품을 제 위치에 실장하는 마운팅 공정과, 부품과 PCB를 고온상태에서 가열 냉각하여 상호 접합하는 리플로우 공정과, 완성된 보호회로 기판을 검사하는 검사공정과, 연결 플레이트와 정특성 폴리 스위치의 리드를 스팟용접하는 용접공정과, 정특성 폴리 스위치가 연결된 연결 플레이트를 배터리 셀 및 보호회로 기판에 납땜으로 연결하는 납땜 공정과, 케이스에 납땜공정을 거친 제품을 삽입하여 조립하는 패킹공정을 순차적으로 진행하게 된다.

상기 공정에 있어서, 정특성 폴리 스위치는 비교적 큰 전류가 흐르는 부품이며 그 크기가 다른 부품에 비해 상대적으로 크므로 PCB상에 실장하기가 곤란하며, 또한 정특성 폴리 스위치는 온도에 매우 민감한 부품이어서 납땜과 같은 접합방법을 사용하면 그 특성이 변화하게 되어, 연결 플레이트와 정특성 폴리 스위치의 리드를 스팟용접한 후 보호회로 기판에 연결하도록 하고 있다.

상기와 같은 제작공정중 PCB제작공정, 마운팅 공정, 리플로우 공정 및 검사공정은 보호회로 제작사에서 이루어진 후, 용접공정과 납땜공정 및 패킹공정은 별도의 배터리 패킹업체에서 수작업을 통하여 이루어져 배터리가 완성되게 된다.

상기한 바와 같은 종래의 제작방식에 의하면 패킹업체에서는 도 2와 같이, 정특성 폴리 스위치(10)의 양단에 각각 부착된 리드(12)와 연결 플레이트(20)를 용접하기 위해 2회의 스팟용접을 실시하고, 배터리 셀(30)과 연결 플레이트(20)를 접합시키기 위한 납땜 2개소, 연결 플레이트(20)와 PCB(40)를 접합시키기 위한 납땜 2개소에 총 4회의 납땜을 실시하게 된다.

그런데, 보호회로를 구성하는 정특성 폴리 스위치의 설치가 보호회로 제작사가 아닌 별도의 배터리 패킹업체에서 이루어져 보호회로 모듈의 신뢰성이 저하되며, 배터리의 안전을 담보로 하는 보호회로 제작사의 입장에서는 많은 문제점을 가지게 된다.

따라서, 보호회로 제작사에서 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로 기판을 제작하고 검사한 뒤, 패킹업체에서는 보호회로와 배터리 셀의 연결만을 담당하도록 하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배터리의 제작시 정특성 폴리 스위치를 보호회로 소자 등과 함께 PCB상에 표면실장시킴으로써, 공정수를 감소시키며 작업효율을 증가시켜 배터리의 안정성을 높이고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리 보호회로 기판은,

배터리 셀 연결단자를 가진 배터리 보호회로 기판에 있어서,

상기 배터리 보호회로 기판 상의 배터리 셀 연결단자에 리드타입 정특성 폴리 스위치를 직접 접촉시켜 납땜 연결한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리 보호회로 기판을 제조하는 방법은,

보호회로를 구성하는 부품의 위치 및 연결을 고려하여 PCB를 설계 제작하는 PCB 제작공정과, 제작된 PCB에 페이스트 형태의 납을 바르고 마운팅 장치를 통하여 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로를 구성하는 부품을 정해진 위치에 실장하는 마운팅 공정과, 상기 마운팅 공정을 거친 PCB와 부품을 고온상태에서 가열 냉각하여 상호 접합하는 리플로우 공정과, 상기 리플로우 공정을 거친 보호회로 기판을 열처리하는 후열처리 공정과, 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로 기판을 검사하는 검사공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 밑면에 휴대폰과 접촉하여 전원을 공급하는 단자를 구비하고 있으며 윗면에는 보호IC, FET(Field Effect Transistor), 저항, 커패시터(Capacitor)등이 표면실장되어 있으며, 보호회로 기판(40)의 배터리 셀 연결단자(42)에 리드타입 정특성 폴리 스위치(10)를 직접 납땜으로 부착한 형태를 나타내고 있다.

도 4는 배터리의 접합관계를 나타낸 것으로, 도2와 비교하여 패킹 업체에서의 공정상 연결 플레이트의 갯수가 3개에서 2개로 줄어들며, 스팟용접도 2개소에서 1개소로 줄어들고, 납땜도 4개소에서 3개소로 줄어들게 된다.

아울러, 보호회로 제작사에서 리드타입 정특성 폴리 스위치를 보호회로 기판에 부착하여 공급하게 되므로, 패킹업체에서의 공정상 잘못으로 인해 보호회로가 제 기능을 다하지 못하는 불량이 덜 발생할 뿐만 아니라, 보호회로의 신뢰성도 증가하게 된다.

리드타입 정특성 폴리 스위치(10)를 리플로우 공정을 통해 납땜으로 부착하게 되면, 리플로우 공정시의 고온(약 150~240℃)이 리드타입 정특성 폴리 스위치(10)에 전달되어 그 성능이 열화되게 되기 때문에, 최초의 사양과 같이 성능을 복구시키기 위해서는 별도의 후열처리가 필요하게 된다.

따라서 보호회로 제작사에서 보호회로 인쇄회로기판을 제작하는 공정은 도 5와 같이, 보호회로를 구성하는 부품의 위치 및 연결을 고려하여 PCB를 설계 제작하는 PCB 제작공정과, 제작된 PCB에 페이스트 형태의 납을 바르고 마운팅 장치를 통하여 리드타입 정특성 폴리 스위치을 포함한 보호회로를 구성하는 부품을 정해진 위치에 실장하는 마운팅 공정과, 상기 마운팅 공정을 거친 PCB와 부품을 고온상태에서 가열 냉각하여 상호 접합하는 리플로우 공정과, 상기 리플로우 공정을 거친 보호회로 기판을 열처리하는 후열처리 공정과, 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로 기판을 검사하는 검사공정으로 이루어지게 된다.

즉, 종래의 공정과의 차이점은 마운팅 공정에서 폴리 스위치를 마운팅하고, 폴리 스위치를 다른 부품과 함께 리플로우 공정을 거치게 한 후, 후열처리 공정을 더 부가하여 진행하는 점에서 차이가 있다.

후열처리 공정은 리플로우 공정 중 열영향을 받은 리드타입 정특성 폴리 스위치의 성능을 원상으로 복귀시키기 위한 것으로, -40~80℃ 범위의 온도 분위기를 수회 반복 조성함으로써 이루어지는 것인데, 열처리 온도와 시간 등은 리드타입 정특성 폴리 스위치의 제조사 및 모델에 따라 차이가 있으며, 이러한 후열처리 조건은 폴리 스위치 제조사로부터 입수가능한 것이다.

리드타입 정특성 폴리 스위치를 보호회로 기판에 부착하게 되면, 검사공정에서 폴리 스위치의 특성까지 포함하여 보호회로 기판의 성능을 검사할 수 있기 때문에 보호회로의 신뢰성이 보다 높아지게 된다.

도 6은 리드타입 정특성 폴리 스위치가 보호회로 기판에 부착된 후, 배터리 셀과 연결된 형태를 나타낸 것으로, 리드타입 정특성 폴리 스위치의 리드가 배터리 셀의 표면에 접촉되어 리드타입 정특성 폴리 스위치로 온도를 전달함으로써 배터리 셀의 온도 상승을 용이하게 감지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스팟용접 회수와 연결 플레이트의 갯수를 줄일 수 있어 배터리의 제작공정을 보다 단순화 할 수 있을 뿐만 아니라, 검사공정에서 폴리 스위치의 성능까지도 포함하여 검사가 가능하기 때문에 보호회로의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 배터리 셀 연결단자를 가진 배터리 보호회로 기판에 있어서,

   상기 배터리 보호회로 기판 상의 배터리 셀 연결단자 중 하나에 리드타입 정특성 폴리 스위치를 직접 접촉시켜 납땜 연결한 것을 특징으로 하는 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리 보호회로 인쇄회로기판.
2. 보호회로를 구성하는 부품의 위치 및 연결을 고려하여 PCB를 설계 제작하는 PCB 제작공정과, 제작된 PCB에 페이스트 형태의 납을 바르고 마운팅 장치를 통하여 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로를 구성하는 부품을 정해진 위치에 실장하는 마운팅 공정과, 상기 마운팅 공정을 거친 PCB와 부품을 고온상태에서 가열 냉각하여 상호 접합하는 리플로우 공정과, 상기 리플로우 공정을 거친 보호회로 기판을 열처리하는 후열처리 공정과, 리드타입 정특성 폴리 스위치를 포함한 보호회로 기판을 검사하는 검사공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리드타입 정특성 폴리 스위치가 표면실장된 배터리 보호회로 인쇄회로기판을 제조하는 방법.

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