KR101199212B1 - 보호회로 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호회로 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 의한 보호회로 모듈은 주 인쇄회로기판 및 보조 인쇄회로기판을 포함한다.
베어셀과의 접촉면 방향을 일측, 상기 일측의 반대면을 타측이라고 할 때, 상기 타측에 주 전극 패턴부가 형성된다. 보조 인쇄회로기판은 일측에 상기 주전극 패턴부에 대응하는 보조전극 패턴부가 형성되고, 타측에 상기 보조전극 패턴부와 전기적으로 연결되는 외부 전극단자가 형성된다. 이 때 상기 전극단자와 상기 보조전극 패턴부 사이에 서미스터가 전기적으로 개재된다.
본 발명에 따르면 2차 보호소자가 전극 단자와 멀티층을 형성하며 실장됨으로써 타 회로부품이 실장될 수 있는 공간을 더 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

보호회로 모듈{Protective circuit module}
본 발명은 보호회로 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 보조인쇄회로기판을 통하여 전극단자 및 서미스터 등의 실장이 용이한 보호회로 모듈에 관한 것이다.
리튬이온 배터리팩은 일반적으로 베어셀 및 보호회로모듈로 구성되는 코어팩을 포함한다. 베어셀은 양극판, 음극판, 전해질 및 세퍼레이터로 구성되어 외부 전자기기에 전원을 공급한다.
또한 리튬이온 배터리팩은 베어셀을 안전하게 보호하기 위하여 2차 보호소자 및 보호회로를 부착하게 된다. 2차 보호소자는 베어셀과 보호회로 사이에 부착되어 베어셀의 발열과 과전류 특성에 반응하여 베어셀을 보호하는 역할을 하게 된다.
최근 베어셀의 안전성이 대두됨에 따라 종래 외부에서 보호하던 2차 소자가 셀에 내장되고 있다. 이러한 이유로 보호회로모듈이 실장되는 인쇄회로기판에 이러한 2차 소자가 함께 실장되는 경우에는 배터리팩 자체의 크기가 커지게 되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,
본 발명의 과제는 다른 회로부품이 실장될 수 있는 공간을 점유하지 않도록 2차 보호소자가 실장되는 보호회로모듈을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 과제는 2차 보호소자와의 접착력이 향상된 보호회로모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 보호회로 모듈은 주 인쇄회로기판 및 보조 인쇄회로기판을 포함한다.
베어셀과의 접촉면 방향을 일측, 상기 일측의 반대면을 타측이라고 할 때, 상기 타측에 주 전극 패턴부가 형성된다.
보조 인쇄회로기판은 일측에 상기 주전극 패턴부에 대응하는 보조전극 패턴부가 형성되고, 타측에 상기 보조전극 패턴부와 전기적으로 연결되는 외부 전극단자가 형성된다. 이 때 상기 전극단자와 상기 보조전극 패턴부 사이에 서미스터가 전기적으로 개재된다.
또한 상기 서미스터는 노출되지 않은 상태로 상기 보조 인쇄회로기판에 내장될 수 있다.
또한 상기 주전극 패턴부, 상기 보조전극 패턴부 및 상기 외부 전극단자는 각각 양극, 음극 및 그라운드로 구분된다.
나아가 상기 서미스터는 상기 보조 음극 패턴부와 상기 외부 음극단자의 사이에만 개재될 수 있다.
더 나아가 상기 보조 음극 패턴부와 상기 서미스터 사이, 상기 서미스터와 상기 외부 음극단자 사이를 각각 연결하는 블라인드 비아홀(blind via hole)이 형성될 수 있다. 이 때 상기 보조 그라운드 패턴부와 상기 외부 그라운드단자 사이, 상기 보조 양극 패턴부와 상기 외부 양극단자 사이를 각각 연결하는 쓰루 비아홀(through via hole)이 형성된다.
더 나아가 상기 블라인드 비아홀 및 상기 쓰루 비아홀은 각각 구리(Cu)로 도금될 수 있다.
한편, 상기 블라인드 비아홀 및 쓰루 비아홀의 개수는 통과하는 전류의 크기에 비례하도록 구비될 수 있다.
또한 상기 서미스터의 상단 및 하단면에는 상기 서미스터의 단자로 기능하는 금속층이 각각 구비될 수 있다.
나아가 상기 금속층은 Cu를 포함하는 성분으로 형성될 수 있다.
또한 상기 각 금속층과 상기 보조 인쇄회로기판 사이에는 접착층이 형성될 수 있다.
나아가 상기 접착층은 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
또한 상기 서미스터는 정특성 서미스터인(PTC)일 수 있다.
또한 상기 보조전극 패턴부는 상기 외부 전극단자와 대향하는 위치에 형성될 수 있다.
또한 상기 주 인쇄회로기판 및 상기 보조 인쇄회로기판 사이에는 솔더 크림에 의한 용착부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 2차 보호소자가 전극 단자와 멀티층을 형성하며 실장됨으로써 타 회로부품이 실장될 수 있는 공간을 더 확보할 수 있는 효과가 있다.
동시에 본 발명에 따르면 보호회로모듈을 포함하는 인쇄회로기판 설계의 자율성을 향상시키게 된다.
도 1은 일 실시예에 의한 보호회로모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 주 전극패턴부가 형성된 도 1의 주 인쇄회로기판을 나타내는 확대도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 보조 인쇄회로기판의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는 보조 전극패턴부가 형성된 도 3의 보조 인쇄회로기판을 나타내는 저면도이다.
도 5는 도 2의 보조 인쇄회로기판을 정면에서 바라본 단면도이다.
도 6는 도 2의 보조 인쇄회로기판을 측면에서 바라본 단면도이다.
도 7는 다른 실시예에 의한 보조 인쇄회로기판을 정면에서 바라본 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 주 인쇄회로기판 및 보조 인쇄회로기판의 연결 구조를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 상하좌우 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.
본 발명에 의한 보호회로 모듈은 주 인쇄회로기판, 보조 인쇄회로기판 및 각기판에 실장된 여러 부품으로 구분될 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 주 인쇄회로기판(100)을 설명한다. 도 1은 일 실시예에 의한 보호회로모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 주 전극패턴부가 형성된 도 1의 주 인쇄회로기판을 나타내는 확대도이다.
주 인쇄회로기판(100)에는 도 1에 도시된 바와 같이 베어셀(미도시)을 보호하기 위한 보호회로모듈의 회로부품(110)이 실장된다.
절연기판의 한쪽 또는 양면에 동박을 입힌 동박적층판(CCL; Copper Clad Laminated)을 노광, 식각 등의 작업을 통하여 패턴을 형성하게 된다.
주 전극 패턴부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 주 양극 패턴부(122), 주 음극 패턴부(123) 및 주 그라운드 패턴부(121)로 구분된다. 이 때 주 그라운드 패턴부(121)의 수는 복수로 형성될 수 있다. 주 전극 패턴부(120)는 양극, 음극, 그라운드를 위한 연결단자 역할을 하게 되며, 전류 용량 등에 따라 한 쌍 또는 하나 이상의 동일한 전극 단자로서 구비될 수 있다.
한편, 주 전극 패턴부(120)는 주 인쇄회로기판(100) 상에 형성된 벤트홀(130) 주위에 형성될 수 있다. 이차전지의 제조 공정 시에 벤트홀(130)을 통하여 전해액을 주입한 후 벤트홀(130) 위로 후술할 보조 인쇄회로기판(200)이 실장되기 위한 주 전극 패턴부(120)를 형성함으로써 주 인쇄회로기판(100)의 공간을 절약할 수 있다. 따라서 주 인쇄회로기판(100)의 소형화에 유리한 효과가 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 보조 인쇄회로기판(200)을 설명한다. 도 3은 일 실시예에 의한 보조 인쇄회로기판의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 4는 보조 전극패턴부가 형성된 도 3의 보조 인쇄회로기판을 나타내는 저면도이다.
보조 인쇄회로기판(200)의 상부면에는 외부 전극단자(210)가 구비된다. 외부 전극단자(210)는 외부 기기에 전력을 공급하는 통로역할을 하는 단자이다. 외부 전극단자(210)는 외부 음극단자(213), 외부 그라운드단자(211) 및 외부 양극단자(212)로 구분된다. 다만 외부 그라운드 단자(211)는 상술한 주 그라운드 패턴부(121; 도 2 참조)의 수와 동일하게 구비된다.
보조 인쇄회로기판(200)의 하부면에는 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 주 전극 패턴부(120; 도 2 참조)에 대응하는 보조 전극 패턴부(220)가 형성된다. 즉 보조 전극 패턴부(220)는 주 전극 패턴부와 동일하게 보조 양극 패턴부(222), 보조 음극 패턴부(223) 및 보조 그라운드 패턴부(221)로 구분된다. 다만, 주 그라운드 패턴부(111;도 2 참조)의 수에 대응하여 보조 그라운드 패턴부(221)의 수가 결정된다. 보조 전극 패턴부(220)와 외부 전극단자(210)간의 연결 구조는 별도로 설명한다.
한편, 보조 전극 패턴부(220)는 외부 전극단자(210)와 대향하는 위치에 형성된다.
도 5 및 도 6을 참조하여 서미스터(230)를 설명한다. 도 5은 도 3의 보조 인쇄회로기판을 정면에서 바라본 단면도이고, 도 6는 도 3의 보조 인쇄회로기판을 측면에서 바라본 단면도이다.
서미스터(230)는 외부 전극단자(210)와 보조 전극 패턴부(220) 사이에 개재된다. 특히 서미스터(230)는 외부 음극단자(213)와 보조 음극 패턴부(223) 사이에만 구비될 수 있다. 또한 서미스터(230)는 외부로 노출되지 않도록 보조 회로기판(200)에 내장될 수 있다.
일반적으로 서미스터는 재질 특성 상 외부로 노출이 되는 경우 산화가 되기 때문에 단일 소자로서 사용되는 경우 산화 방지를 위한 코팅을 하여야 한다. 그러나 본 실시예에서와 같이 보조 회로기판(200) 내부에 내장되는 경우에는 외부로 노출이 되지 않아 산화방지 코팅층이 불필요하기 때문에 이러한 산화방지 코팅을 형성하기 위한 제조 공정을 생략할 수 있다.
한편, 서미스터는 간단한 구조를 갖는 2차 보호소자로서 정특성 서미스터(PTC)로 구비되는 것이 바람직하다. 정특성 서미스터는 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 반도체소자로서, 온도가 상승하면 저항이 커져서 회로를 개방시키고, 온도가 하강하면 저항이 작아져서 회로를 단락 시킨다. 정특성 서미스터는 이러한 방식으로 스위칭 함으로써 2차 보호소자로서 작동하게 된다.
금속층(231)은 서미스터(230)의 상단 및 하단면에 구비된다. 금속층(231)은 서미스터(230)의 양단에 접촉하여 서미스터(230)의 단자로 기능한다. 따라서 금속층(231)은 전기전도성이 좋은 금속으로 형성되어야 한다. 금속층(231)은 구리(Cu) 성분을 포함하도록 형성하는 것이 바람직하다. 인쇄회로기판의 제조 공정에서 구리를 이용한 동박을 형성하는 단계에서 이러한 금속층(231)을 함께 형성할 수 있어 시간적, 경제적인 면에서 유리하기 때문이다.
서미스터(230)의 상하단에 구비된 금속층(231)과 절연기판(201) 사이에는 금속층(231)의 부착력을 향상시키기 위하여 접착층(미도시)이 형성될 수 있다. 이 때 접착층은 에폭시 수지와 같이 절연기판(201)과 유사한 성분을 포함하는 접착제를 사용하여 형성할 수 있다. 절연기판(201)과 유사한 성분을 함유하는 접착제를 사용함으로써 금속층(231)과 절연기판(201)과의 접착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 보조 전극 패턴부(220)와 외부 전극단자(210)간 전기적 연결구조에 대하여 설명한다. 도 6은 도 3의 보조 인쇄회로기판을 측면에서 바라본 단면도이고, 도 7은 다른 실시예에 의한 보조 인쇄회로기판을 정면에서 바라본 단면도이다.
보조 전극 패턴부(220)와 외부 전극단자(210)간은 비아홀(via hole)을 통하여 연결된다. 비아홀은 인쇄회로기판을 드릴링하여 구멍을 뚫고, 내부를 도금함으로써 형성된다. 비아홀을 통하여 인쇄회로기판의 상하단 간의 패턴간을 연결하게 된다. 한편, 비아홀은 블라인드 비아홀(blind via hole)과 쓰루 비아홀(through via hole) 등의 종류로 분류된다. 블라인드 비아홀은 다층 PCB의 외층과 내층을 접속하기 위하여 비아홀의 일단이 관찰하기 어려운 비아홀을 의미하고, 쓰루 비아홀은 외층간의 전기적 연결을 위하여 인쇄회로기판 상하부를 관통하는 비아홀을 의미한다.
보조 음극 패턴부(223)와 서미스터(230) 사이, 그리고 서미스터(230)와 외부 음극단자(213) 사이에는 블라인드 비아홀이 형성되어 각각을 전기적으로 연결하게 된다. 한편, 보조 그라운드 패턴부(221)와 외부 그라운드단자(211) 사이, 그리고 보조 양극 패턴부(222)와 외부 양극단자(212) 사이에는 쓰루 비아홀이 형성되어 각각을 전기적으로 연결하게 된다. 한편, 각 비아홀은 전기 전도성을 고려하여 구리(Cu)로 도금되는 것이 바람직하다.
한편, 전류의 크기에 따라 비아홀의 개수가 결정된다. 즉, 전류의 크기가 큰 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 비아홀(241)의 개수를 증가시켜 전류가 충분히 흐를 수 있도록 전기적 통로를 확보하게 된다.
한편, 일반적인 경우와 같이 각 비아홀과 각 외부 전극단자(210) 간은 보조 인쇄회로기판(200) 상에 인쇄된 회로를 통하여 연결된다. 또한 각 비아홀과 각 보조 전극 패턴부(220) 간에도 상술한 인쇄된 회로를 통하여 각각 연결된다.
도 7 및 도 8을 참조하여 주 인쇄회로기판(100)과 보조 인쇄회로기판(200)의 연결 구조에 대하여 설명한다. 도 8은 일 실시예에 의한 주 인쇄회로기판 및 보조 인쇄회로기판의 연결 구조를 나타내는 단면도이다.
주 인쇄회로기판(100) 및 보조 인쇄회로기판(200) 사이에는 솔더 크림에 의한 용착부가 형성될 수 있다. 용착부는 리플로우 공정에 의하여 형성될 수 있다. 리플로우 공정이란 인쇄회로기판과 회로부품을 전기적으로 연결하기 위하여 인쇄회로기판에 회로부품을 실장하는 한 공정이다. 리플로우 공정에서는 고온의 열원을 가하여 솔더 크림(Solder Cream)을 용융하여 인쇄회로기판에 회로부품을 안정되게 접합하게 된다.
이 때 보조 인쇄회로기판(200)의 저면과 주 인쇄회로기판(100)의 상부면이 대향하도록 실장이 된다. 이 때 주 전극 패턴부(120)와 보조 인쇄회로기판(200)의 저면에 구비된 보조 전극 패턴부(220)이 각각 접촉하도록 실장된다. 주 양극 패턴부(112)는 보조 양극 패턴부(222)와 전기적으로 연결되고, 주 음극 패턴부(113)와 보조 음극 패턴부(223)가 전기적으로 연결되며, 주 그라운드 패턴부(121)와 보조 그라운드 패턴부(221)가 전기적으로 연결된다. 결과적으로 주 전극 패턴부(120) 각각은 대응하는 외부 전극단자(210)에 전기적으로 연결된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 보호회로모듈로 구현될 수 있다.
100: 주 인쇄회로기판 110: 회로부품
200: 보조 인쇄회로기판 213: 외부 음극단자
211: 외부 그라운드단자 212: 외부 양극단자
220: 절연기판 230: 서미스터(PTC 소자)
231: 금속층 241: 블라인드 비아홀
242: 쓰루 비아홀

Claims (14)

  1. 베어셀과의 접촉면 방향을 일측, 상기 일측의 반대면을 타측이라고 할 때, 상기 타측에 주 전극 패턴부가 형성되는 주 인쇄회로기판; 및
    일측에 상기 주전극 패턴부에 대응하는 보조전극 패턴부가 형성되고, 타측에 상기 보조전극 패턴부와 전기적으로 연결되는 외부 전극단자가 형성되며, 상기 외부 전극단자와 상기 보조 전극 패턴부 사이에 서미스터가 전기적으로 개재되는 보조 인쇄회로기판;을 포함하는 보호회로 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서미스터는 상기 보조 인쇄회로기판에 내장되는 보호회로 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 전극 패턴부, 상기 보조 전극 패턴부 및 상기 외부 전극단자는 각각 양극, 음극 및 그라운드로 구분되는 보호회로 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서미스터는 상기 보조 음극 패턴부와 상기 외부 음극단자의 사이에만 개재되는 보호회로 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보조 음극 패턴부와 상기 서미스터 사이, 상기 서미스터와 상기 외부 음극단자 사이를 각각 연결하는 블라인드 비아홀(blind via hole); 및
    상기 보조 그라운드 패턴부와 상기 외부 그라운드단자 사이, 상기 보조 양극 패턴부와 상기 외부 양극단자 사이를 각각 연결하는 쓰루 비아홀(through via hole);을 포함하는 보호회로 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블라인드 비아홀 및 상기 쓰루 비아홀은 각각 구리(Cu)로 도금되는 보호회로 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 블라인드 비아홀 및 쓰루 비아홀의 개수는 통과하는 전류의 크기에 비례하도록 구비되는 보호회로 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 서미스터의 상단 및 하단면에는 상기 서미스터의 단자로 기능하는 금속층이 각각 구비되는 보호회로 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속층은 Cu를 포함하는 성분으로 형성되는 보호회로 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 각 금속층과 상기 보조 인쇄회로기판 사이에는 접착층이 형성되는 보호회로 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접착층은 에폭시 수지를 포함하는 보호회로 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 서미스터는 정특성 서미스터인(PTC)인 보호회로 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 보조전극 패턴부는 상기 외부 전극단자와 대향하는 위치에 각각 형성되는 보호회로 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 주 인쇄회로기판 및 상기 보조 인쇄회로기판 사이에는 솔더 크림에 의한 용착부가 형성되는 보호회로 모듈.
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