KR101087059B1 - Ｐｃｂ 체결 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB에 소정의 전기소자를 체결 및 접속하는 방법으로서, 상기 PCB 및/또는 전기소자에는 소정의 이격 거리 상에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 형성되어 있고, 1 단위의 도전성 체결부재를 상기 관통구들에 함께 삽입한 후 PCB와 전기소자에 체결하여 전기적 접속을 이루는 방식의 PCB 체결 방법을 제공한다. 이러한 PCB 체결 방법은 전기소자와 PCB의 체결을 안전하고 용이하게 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전기소자와 PCB간의 결합력을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

ＰＣＢ 체결 방법 {PCB Connection Method}

도 1 및 도 2는 종래의 PCB 체결구조로서, 각각 솔더링, 리벳에 의해 PCB와 전기소자가 체결된 구조의 단면 모식도이다;

도 3 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 PCB와 전기소자가 체결되는 일련의 과정에 대한 단면 모식도들이다;

도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 체결부재의 팽창 및 수축에 의한 PCB와 전기소자의 일련의 체결 과정의 단면 모식도들이다.

본 발명은 PCB 체결 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)에 소정의 전기소자를 체결 및 접속하는 방법으로서, 상기 PCB 및/또는 전기소자에는 소정의 이격 거리 상에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 형성되어 있고, 1 단위의 도전성 체결부재를 상기 관통구들에 함께 삽입한 후 PCB와 전기소자에 체결하여 전기적 접속을 이루는 방식의 PCB 체결 방법을 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(PCM)이 전지셀에 접속된 상태로 내장되어 있다.

PCM은 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 능동소자(FET; Field Effect Transistor)와, 전압 검출기, 저항 및 축전기 등의 수동소자로 구성되어 있으며, 전지의 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 역전압 등을 차단하여, 전지의 폭발이나 과열 또는 누액 및 충방전 특성의 악화를 방지하고, 전기적 성능의 저하와 물리화학적 이상거동을 억제함으로써, 위험 요소를 제거하고 사용수명을 연장시킨다.

이러한 PCM은 그것의 전극단자와 전기적으로 접속되는 보호회로가 마련되어 있는 PCB 상에 존재하며, 상기 PCB가 전지 본체의 외측에 탑재 내지 부착되는 것으로 전지 본체에 전기적으로 연결된다.

일반적으로 상기 PCB는 판재 형태로, 그것의 일면에는 보호회로 및 전지 본체와 전기적으로 연결될 수 있도록 접속단자가 구비되어 있고, 반대편 일면에는 외 부기기(예를 들어, 무선 단말기, 노트북, 전기자동차 등)와 접속되는 외부입출력단자가 구비되어 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 상기 PCB를 전지 본체에 연결하기 위해서, 상기 전지 본체의 전극단자를 상기 PCB의 일면에 접하여 솔더링하는 방법이 많이 사용되고 있다.

즉, PCB에 솔더링이 가능하도록 표면 패턴을 위치시키고, 그 부분에 소정의 도전체를 접합한 후 열을 가하여 솔더링을 함으로써 접합이 이루어진다. 그러나, 이러한 방식은 고열을 수반하므로 전지나 화학제품과 같이 열에 민감한 제품에는 사용하기 불편할 뿐만 아니라, 제조 공정에서 솔더링 부위에 열에 의한 손상을 입힐 수 있는 문제점이 따른다.

이와 관련하여, 한국 실용신안등록 제0280271호 및 일본 특허등록 제3313326호에서는 각각 다양한 구조의 리벳을 PCB의 고정 수단으로 사용하여, 솔더링에서 발생하는 열에 의한 제품의 손상 없이 기계적 체결만으로 PCB를 접합시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나 상기 기술들은 PCB가 탑재되어 있는 전지 또는 디바이스에 반복되는 진동, 낙하 등의 외력의 인가시, PCB와 도전체를 고정시키는 리벳이 탈리되거나, PCB 또는 도전체가 리벳에 의한 접합에서 쉽게 분리될 수 있으므로 안전성이 크게 감소하는 문제점이 따른다. 또한, 체결 과정에서 리벳에 충격 등의 외력을 가할 때, 기계적 강도가 상대적으로 취약한 PCB에 손상을 유발할 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 한편, 최근 많이 사용되고 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board: 연성인쇄회로기판)을 리벳에 의해 고정시키는 경우, 그것의 유연성으로 인해 리벳에 의한 체결성이 크게 감소하는 단점이 있다.

따라서, 상기에서 예시한 이차전지 분야뿐만 아니라, 다양한 디바이스들의 전기적 연결 및 기계적 체결 과정에서의 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 간단한 방식으로 PCB와 전기소자 간에 안정적인 전기적 연결과 기계적 체결을 동시에 달성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 PCB 체결 방법은, 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB에 소정의 전기소자를 체결 및 접속하는 방법으로서, 상기 PCB 및/또는 전기소자에는 소정의 이격 거리 상에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 형성되어 있고, 1 단위의 도전성 체결부재를 상기 관통구들에 함께 삽입한 후 PCB와 전기소자에 체결하여 전기적 접속을 이루는 구조로 이루어져 있다.

즉, PCB와 전기소자를 체결하는 부위에 둘 또는 그 이상의 관통구를 형성시켜서, 1 단위의 체결부재를 관통구에 삽입한 후 그 단부를 변형하여 PCB와 전기소자를 결합하는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 솔더링이나 리벳에 의한 접합과 비교하여 열에 의한 손상을 방지하고, PCB와 전기소자의 결합력을 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명에서, 상기 도전성 체결부재는 둘 또는 그 이상의 관통구에 삽입되어 PCB와 전기소자를 체결할 수 있는 구조라면 그것의 구조가 특별히 제한되는 것은 아니며, 하나의 바람직한 예로, 양 단부가 상기 관통구들에 동시에 삽입된 후 체결을 위해 변형될 수 있는 길이를 가진 'ㄷ'자형 선형부재로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 선형부재의 양 단부를 두 개의 관통구에 각각 삽입한 후 PCB와 전기소자를 관통하고 남은 잉여 단부를 변형하여 PCB와 전기소자를 결합시키는 구조로 이루어질 수 있다.

이러한, 상기 도전성 체결부재의 단부는 절곡 또는 압연에 의해 해당 부위에 체결됨으로써 상기 PCB와 전기소자를 결합시킬 수 있다. 구체적으로 상기 'ㄷ'자형 선형부재가 PCB와 전기소자를 관통하고 남은 잉여 단부를 접합된 PCB-전기소자의 하단면과 대략 평행하도록 절곡 또는 압연하여 변형시키면, PCB와 전기소자 간에 기계적 체결이 이루어지면서 그와 동시에 전기적 접속이 달성될 수 있다.

상기 도전성 체결부재는 도전성 및 내구성을 가지고 체결 과정에서 절곡 또는 압연 등에 의해 변형되며 그 변형 후에 형태를 유지할 수 있는 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 금속일 수 있다.

경우에 따라서는, PCB와 전기소자의 체결 시, 상기 도전성 체결부재의 열 팽창 및 수축 현상을 이용하여 소정의 온도 변화에 따라 체결과정에서는 팽창되고, 체결된 후 온도가 내려감에 따라 수축함으로써 체결부위를 압박하여 체결을 달성하거나 또는 체결력을 보완하여 견고한 체결을 이룰 수 있는 체결부재가 사용될 수도 있다. 이때, 상기 도전성 체결부재는, 열 팽창 및 수축 현상에 의해 PCB와 전기소자가 파손되지 않을 정도의 팽창 및 수축도를 가짐은 물론이다.

상기 관통구들은 바람직하게는 PCB와 전기소자에 연통되는 상태로 각각 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 관통구들의 위치를 일치시킨 후 체결부재를 삽입하여 PCB와 전기소자를 고정-접합시킨다.

경우에 따라서는, 상기 관통구가 전기소자에만 형성되어 있고, 그에 대응하는 위치의 PCB 상에는 상기 도전성 체결부재의 삽입시 관통구가 만들어지는 구조로 이루어질 수도 있다.

일반적으로 PCB는 에폭시 수지 복합체의 기재에 소정의 회로가 인쇄되어 있는 구조물로 이루어져 있고, 그러한 PCB와 접속되는 전기소자의 해당 부위는 금속으로 이루어져 있으므로, 기계적 강성은 PCB가 상대적으로 낮은 편이다. 따라서, 전기소자의 접속 부위에는 미리 관통구를 형성하고, 접속 과정에서 상기 전기소자의 관통구에 대응하여 PCB를 위치시킨 상태에서, 전기소자의 관통구에 도전성 체결부재를 삽입하는 과정에서 강한 힘을 인가하여 PCB에 관통구를 형성하면서 기계적 체결 및 전기적 접속을 이룰 수 있다.

에폭시 수지 복합체로 이루어진 PCB에 관한 내용들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서 그에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 방법에 따르면, PCB는 앞서 설명한 바와 같이 다양한 전기소자들의 전기적 연결에 사용될 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 상기 PCB는 이차전지용 보호회로 모듈로서, 전지의 작동을 제어하는 보호회로, 전지 본체와 전기적으로 연결되는 접속단자, 및 외부기기와 접속되는 외부입출력단자가 구비되어 있는 구조일 수 있다.

따라서, 본 발명은 또한 상기 PCB 구조의 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 이차전지를 제공한다.

보호회로 모듈을 포함하는 이차전지의 형태는 매우 다양할 수 있으며, 일반적으로는 양극/분리막/음극의 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 이차전지셀에서 그것의 전극단자들이 보호회로 모듈을 거쳐 외부 입출력 단자를 형성하는 구조로 이루어져 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 2에는 종래의 PCB 체결구조로서, 각각 솔더링, 리벳에 의해 PCB와 전기소자가 체결된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

우선 도 1을 참조하면, PCB(10)의 단부와 전기소자(20)의 접합 부위에 납 등의 금속을 사용한 솔더링(30)에 의해 PCB(10)와 전기소자(20)간에 상호 고정 및 전기적 연결을 이룬다. 또한, 도 2에서는 PCB(10)와 전기소자(20)에 관통구를 형성시킨 후 리벳(40)에 의해 체결하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 체결구조는 앞서 언급했던 바와 같이, 열에 의한 손상위험, 진동, 외부충격 등의 외력의 인가에 따른 체결력의 감소, 체결 과정에서 PCB(10)의 파손 등 여러 문제점들이 유발된다.

도 3 및 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 PCB와 전기소자가 체결되는 일련의 과정이 모식적으로 도시되어 있다.

우선 도 3을 참조하면, PCB(100)와 전기소자(200)의 체결부위에는 각각 두개의 관통구들(110, 210)이 형성되어 있다. 이들 관통구들(110, 210)은 체결부재(300)의 단부가 삽입되어 통과할 수 있도록 그 위치를 일치시켜 연통시킨 상태로 PCB(100)와 전기소자(200)를 적층한 후, 도 4에서와 같이 체결부재(300)의 양 단부를 각각의 관통구(110, 220)에 삽입시킨다. 체결부재(300)는 그 길이가 PCB-전기소자 적층 부위를 통과한 후 잉여 단부(310)를 형성하는 길이로 이루어져 있다.

도 5를 참조하면, 체결부재(300)의 잉여 단부(310)를 PCB-전기소자가 적층된 단면에 수평방향으로 PCB의 일면을 따라 절곡 또는 압연에 의해 병형(312)시켜 PCB(100)와 전기소자(200)를 단단히 체결한다. PCB(100)와 전기소자(200)의 접촉면에 각각 대향하는 부위에는, 체결부재(300)에 의한 전기적 접속을 위해 전기 접속점들(120, 220)이 위치하며, 체결 과정에서 PCB(100)와 전기소자(200)의 전기적 접속이 달성된다.

도 6 및 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 체결부재의 팽창-수축에 의해 PCB와 전기소자의 일련의 체결 과정이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 도전성 체결부재(350)의 열 팽창 및 수축현상을 이용하여 PCB(100)와 전기소자(200)를 더욱 견고하게 체결하는 구조로서, 체결부재(350)에 소정의 열을 가하여 팽창시킨 후, PCB(100)와 전기소자(200)에 형성되어 있는 관통구들에 체결부재(350)를 삽입하여, 온도가 내려감에 따라 체결부재(352)가 수축하여 도 7의 화살표 방향으로 응력이 발생한다. 따라서, 체결부재(352)의 수축에 의해 응력에 의해, PCB(100)와 전기소자(200)의 체결이 달성되고, 이러한 과정에서 도 5에서와 같은 유사한 방식으로 전기적 접속이 달성될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 PCB 체결 방법은 둘 또는 그 이상의 관통구에 1 단위의 체결부재를 삽입하고 그 단부를 변형하는 방식을 사용함으로써, 전기소자와 PCB의 체결을 안전하고 용이하게 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전기소자와 PCB간의 결합력을 더욱 높일 수 있어서, 궁극적으로 안전성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB에 소정의 전기소자를 체결 및 접속하는 방법으로서, 상기 PCB 및 전기소자에는 소정의 이격 거리 상에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 형성되어 있고, 도전성 체결부재를 상기 관통구들에 함께 삽입한 후 PCB와 전기소자에 체결하여 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 체결부재는 양 단부가 상기 관통구들에 동시에 삽입된 후 체결을 위해 변형될 수 있는 길이를 가진 'ㄷ'자형 선형부재인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 도전성 체결부재의 단부는 절곡 또는 압연에 의해 해당 부위에 체결되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 체결부재는 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 도전성 체결부재가 PCB와 전기소자를 체결할 때 소정의 온도 변화에 따른 열 팽창 및 수축에 의해 체결이 이루어지거나 체결력을 보 완하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 관통구들은 PCB와 전기소자에 연통되는 상태로 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 PCB는 이차전지용 보호회로 모듈인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB 및 전기소자에 각각 둘 또는 그 이상의 관통구들이 소정의 이격 거리 상에 형성되어 있고, 도전성 체결부재를 상기 관통구들에 함께 삽입한 후 PCB와 전기소자에 체결하여 전기적 접속을 이룬 PCB 구조의 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 이차전지.
10. 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB에 소정의 전기소자를 체결 및 접속하는 방법으로서, 상기 전기소자에는 소정의 이격 거리 상에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 형성되어 있고, 상기 전기소자의 관통구들에 대응하여 PCB를 위치시킨 상태에서, 전기소자의 관통구들에 도전성 체결부재를 삽입하는 과정에서 힘을 인가하여 PCB에 관통구들을 형성하면서 기계적 체결 및 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 전기소자에 둘 또는 그 이상의 관통구들이 소정의 이격 거리 상에 형성되어 있고, 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 PCB를 상기 전기소자의 관통구들에 대응하여 위치시킨 상태에서, 전기소자의 관통구들에 도전성 체결부재를 삽입하는 과정에서 힘을 인가하여 PCB에 관통구들을 형성하면서 기계적 체결 및 전기적 접속을 이룬 PCB 구조의 보호회로 모듈을 포함하는 것으로 구성된 이차전지.

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