KR101479305B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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KR101479305B1
KR101479305B1 KR1020130113489A KR20130113489A KR101479305B1 KR 101479305 B1 KR101479305 B1 KR 101479305B1 KR 1020130113489 A KR1020130113489 A KR 1020130113489A KR 20130113489 A KR20130113489 A KR 20130113489A KR 101479305 B1 KR101479305 B1 KR 101479305B1
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나혁휘
황호석
김영석
안상훈
박승욱
박재구
윤영근
이현석
왕성희
홍지현
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Abstract

본 발명은 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 모듈 패키지에 관한 것으로서, 내부연결단자용 리드, 외부연결단자용 리드 및 소자실장용 리드를 포함하는 리드프레임, 상기 소자실장용 리드 상에 실장되는 배터리 보호회로 구성소자 및 상기 리드프레임 중 일부를 노출시키면서 상기 배터리 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비한다. 상기 내부연결단자용 리드는, 상기 봉지재의 외부에 노출되며, 배터리 셀의 한 쌍의 전극탭과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드를 포함하고, 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중 어느 하나의 내부연결단자용 리드는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되도록 폴딩될 수 있는, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제공한다.

Description

배터리 팩{Battery pack}
본 발명은 배터리 팩 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 보호회로 모듈 패키지 어셈블리가 결합되어 소형화를 구현할 수 있는 배터리 팩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA 등의 휴대단말기 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류 시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다. 따라서, 통상의 배터리에는 과충전, 과방전 및 과전류를 감지하고 배터리 동작을 차단하는 보호회로장치를 포함할 수 있다. 이러한 종래의 보호회로장치는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)에 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터, 저항, 및 커패시터 등을 납땜으로 접합시켜 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나 종래의 보호회로장치는 인쇄회로기판 등이 차지하는 공간이 너무 커서 소형화에 한계가 있다는 문제점이 있다. 또한, 상기 보호회로장치를 배터리 코어팩에 장착한 후에, 별도의 배선이나 와이어 본딩 또는 인쇄회로기판의 노출된 단자를 통해 외부 연결단자나 내부연결단자들과 전기적으로 연결시키는 공정이 복잡하고 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 팩 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은 내부연결단자용 리드, 외부연결단자용 리드 및 소자실장용 리드를 포함하는 리드프레임, 상기 소자실장용 리드 상에 실장되는 배터리 보호회로 구성소자 및 상기 리드프레임 중 일부를 노출시키면서 상기 배터리 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 포함하는 배터리 보호회로 모듈 패키지; 및 돌출된 한 쌍의 전극탭을 포함하는 배터리 셀; 을 구비하고, 상기 내부연결단자용 리드는, 상기 봉지재의 외부에 노출되며, 상기 한 쌍의 전극탭과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드를 포함하고, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는, 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되면서 폴딩되고 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나와 접합되어 전기적으로 연결된다.
상기 배터리 팩에서, 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는 내측부 및 외측부를 포함하고, 상기 외측부는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되도록 상기 내측부를 기준으로 180도 폴딩될 수 있다. 상기 내측부는 상기 외부연결단자용 리드 또는 상기 소자실장용 리드와 연결되면서 상기 봉지재의 외측으로 신장할 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는 내측부 및 외측부를 포함하고, 상기 내측부는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되도록 상기 외측부를 기준으로 180도 폴딩될 수 있다. 상기 외측부는 상기 외부연결단자용 리드 또는 상기 소자실장용 리드와 연결되면서 상기 봉지재의 외측으로 신장할 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 내측부 또는 상기 외측부가 폴딩되도록 구성된 상기 내측부와 상기 외측부 사이의 제 1 절곡선은 상기 봉지재의 폭방향에 나란할 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 나머지 하나의 내부연결단자용 리드는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 나머지 하나와 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드를 상기 외부연결단자용 리드를 기준으로 세워지도록 상기 봉지재의 길이방향에 나란한 제 2 절곡선을 따라 더 절곡하고, 상기 한 쌍의 전극탭의 일부를 상기 배터리 셀에서 돌출되는 방향을 기준으로 세워지도록 절곡함으로써, 상기 외부연결단자용 리드가 상기 배터리 셀의 상방으로 노출되고, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지가 상기 한 쌍의 전극탭이 상기 배터리 셀에서 돌출되는 부분 상에 얹히도록 배치될 수 있다.
상기 배터리 팩은 일단이 상기 외부연결단자용 리드와 접합되어 전기적으로 연결되는 커넥터 와이어를 더 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 외부연결단자용 리드 및 상기 소자실장용 리드는 서로 이격된 복수의 리드들을 포함하고, 상기 배터리 보호회로 구성소자는 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하고, 상기 수동소자는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 서로 연결하도록 배치되며, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다. 상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩에서, 상기 프로텍션 IC 및 상기 전계효과 트랜지스터는, 상기 리드프레임 상에 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구비하는 배터리 팩 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 적층칩의 배치구조를 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 또 다른 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 도해하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 각각 도해하는 평면도 및 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 한 쌍의 전극탭이 돌출된 배터리 셀과 내측부를 기준으로 외측부가 폴딩될 수 있는 내부연결단자용 리드를 가지는 배터리 보호회로 모듈 패키지가 결합되기 전의 구성을 도해하는 평면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 내측부를 기준으로 외측부가 내측방향으로 90도 각도로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 내측부를 기준으로 외측부가 내측방향으로 180도 각도로 절곡되어 폴딩된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 내측부를 기준으로 외측부가 폴딩된 상태로부터 내부연결단자용 리드들이 상방으로 90도 각도로 추가적으로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 한 쌍의 전극탭이 돌출된 배터리 셀과 외측부를 기준으로 내측부가 폴딩될 수 있는 내부연결단자용 리드를 가지는 배터리 보호회로 모듈 패키지가 결합되기 전의 구성을 도해하는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 외측부를 기준으로 내측부가 외측방향으로 90도 각도로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 외측부를 기준으로 내측부가 외측방향으로 180도 각도로 절곡되어 폴딩된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 외측부를 기준으로 내측부가 폴딩된 상태로부터 내부연결단자용 리드들이 상방으로 90도 각도로 추가적으로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지 어셈블리를 도해하는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 구현하기 위한 중간과정의 구조체를 도해하는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도해하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일부 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝 된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에 적용되는 배터리 보호회로(10)는 배터리 베어셀에 연결되기 위한 제 1 및 제 2 내부연결단자(B+, B-), 충전시에는 충전기에 연결되고, 방전시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)와 연결될 수도 있는 제 1 내지 제 2 외부연결단자들(P+, P-)을 구비한다. 제 1 외부연결단자(P+) 및 제 2 외부연결단자(P-)는 전원공급을 위한 것으로 이해될 수 있다.
그리고 배터리 보호회로(10)는 듀얼 FET칩(110), 프로텍션 집적회로(120), 저항(R1, R2), 배리스터(varistor)(V1), 및 커패시터(C1, C2, C3)의 연결구조를 가진다. 듀얼 FET칩(110)은 드레인 공통 구조를 가지는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)와 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)로 구성된다. 프로텍션 집적회로(Protection IC, 120)는 저항(R1)을 통하여 배터리의 (-)단자인 제 1 내부연결단자(B-)와 연결되고 제 1 노드(n1)를 통해 충전전압 또는 방전전압이 인가되는 전압인가와 배터리 전압을 감지하는 단자(Vdd단자), 프로텍션 집적회로(110) 내부의 동작전압에 대한 기준이 되는 기준단자(Vss단자), 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 감지단자(V-단자), 과방전 상태에서 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키기 위한 방전차단신호 출력단자(Dout단자), 과충전 상태에서 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)를 오프시키기 위한 충전차단신호 출력단자(Cout단자)를 갖는다.
이때, 프로텍션 집적회로(120)의 내부는 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 구비하고 있다. 여기서 충전 및 방전상태의 판단 기준은 유저가 요구하는 스펙(SPEC)으로 변경이 가능하며 그 정해진 기준에 따라 프로텍션 집적회로(120)의 각 단자별 전압차를 인지하여 충ㆍ방전상태를 판정한다.
프로텍션 집적회로(120)는 방전시에 과방전상태에 이르게 되면, Dout 단자는 로우(LOW)로 되어 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키고, 과충전 상태에 이르게 되면 Cout 단자가 로우로 되어 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)를 오프시키고, 과전류가 흐르는 경우에는 충전시에는 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2), 방전시에는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키도록 구성되어 있다.
저항(R1)과 커패시터(C1)는 프로텍션 집적회로(120)의 공급전원의 변동을 안정시키는 역할을 한다. 저항(R1)은 배터리의 전원(V1) 공급노드인 제 1 노드(n1)와 프로텍션 집적회로(120)의 Vdd 단자 사이에 연결되고, 커패시터(C1)는 프로텍션 집적회로의 Vdd 단자와 Vss 단자 사이에 연결된다. 여기서 제 1 노드(n1)는 제 1 내부연결단자(B-)와 제 1 외부연결단자(P+)에 연결되어 있다. 저항(R1)을 크게 하면 전압 검출시 프로텍션 집적회로(120) 내부에 침투되는 전류에 의해서 검출전압이 높아지기 때문에 저항(R1)의 값은 1KΩ 이하의 적당한 값으로 설정된다. 또한 안정된 동작을 위해서 상기 커패시터(C1)의 값은 0.01μF 이상의 적당한 값을 가진다.
그리고 저항(R1)과 저항(R2)은 프로텍션 집적회로(120)의 절대 최대정격을 초과하는 고전압 충전기 또는 충전기가 거꾸로 연결되는 경우 전류 제한 저항이 된다. 저항(R2)은 프로텍션 집적회로(120)의 V-단자와 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)의 소오스 단자(S2)가 연결된 제 2 노드(n2) 사이에 연결된다. 저항(R1)과 저항(R2)은 전원소비의 원인이 될 수 있으므로 통상 저항(R1)과 저항(R2)의 저항값의 합은 1KΩ 보다 크게 설정된다. 그리고 저항(R2)이 너무 크다면 과충전 차단후에 복귀가 일어나지 않을 수 있으므로, 저항(R2)의 값은 10KΩ 또는 그 이하의 값으로 설정된다.
커패시터(C2)는 제 2 노드(n2)와 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소오스 단자(S1)(또는 VSS 단자, 제 2 내부연결단자(B+)) 사이에 연결되는 구조를 가진다. 커패시터(C2)는 상기 배터리 보호회로 제품의 특성에 크게 영향을 끼치지는 않지만, 유저의 요청이나 안정성을 위해 추가되고 있다. 상기 커패시터(C2)는 전압변동이나 외부 노이즈에 대한 내성을 향상시켜 시스템을 안정화시키는 효과를 위한 것이다.
그리고 커패시터(C3) 및 배리스터(V1)는 ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위한 소자들로써, 서로 병렬연결되는 구조로 제 1 외부연결단자(P+)와 제 2 외부연결단자(P-) 사이에 연결 배치된다. 상기 배리스터(V1)는 과전압 발생시 저항이 낮아지는 소자로, 과전압이 발생되는 경우 저항이 낮아져 과전압으로 인한 회로손상 등을 최소화할 수 있다.
본 발명에서는 외부연결단자들(P+, P-), 내부연결단자들(B+, B-)을 포함하여 도 1에 도시된 배터리 보호회로(10)를 패키징하여 구성한 배터리 보호회로 모듈의 패키지를 구현하고 있다. 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로는 예시적이고, 전계효과 트랜지스터 또는 수동소자의 구성, 개수 및 배치 등과 (+) 또는 (-) 극성의 배치는 보호회로의 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
도 2는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 적층칩의 배치구조를 도해하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 듀얼 FET칩(110)과 프로텍션 집적회로(120)의 배치는 듀얼 FET칩(110)과 프로텍션 집적회로(120)가 상하 적층된 구조를 가지거나 서로 인접 배치되는 구조를 가진다. 예를 들어, 듀얼 FET칩(110)의 상면에 프로텍션 집적회로(120)가 적층된 구조를 가지거나, 프로텍션 집적회로(120)의 좌측 또는 우측에 인접되어 듀얼 FET칩(110)이 배치될 수 있다.
듀얼 FET 칩(110)은 공통드레인 구조의 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터, 즉 2개의 전계효과 트랜지스터를 내장하고 있으며, 외부연결단자는 제 1 전계효과 트랜지스터의 제 1 게이트단자(G1) 및 제 1 소오스 단자(S1)와 제 2 전계효과 트랜지스터의 제 2 게이트 단자(G2) 및 제 2 소오스 단자(S2)를 상기 듀얼 FET칩(110)의 상면에 구비하는 구조를 가진다. 또한, 공통드레인 단자(D)가 듀얼 FET 칩(110)의 하부면에 구비되는 구조를 가질 수 있다.
프로텍션 집적회로(120)는 듀얼 FET칩(110)의 상면에 적층 배치되는 구조를 가진다. 프로텍션 집적회로(120)는 듀얼 FET 칩(110) 상의 외부연결단자들이 배치된 부분을 제외한 영역(예를 들면, 중앙부위)에 적층 배치된다. 이때 프로텍션 집적회로(120)와 듀얼 FET칩(110)의 사이에는 절연을 위한 절연막이 배치될 수 있고, 프로텍션 집적회로(120)와 듀얼 FET칩(110)은 절연성 재질의 접착제로 접착될 수 있다. 통상적으로 듀얼 FET칩(110)의 사이즈가 프로텍션 집적회로(120) 보다는 크기 때문에, 듀얼 FET칩(110)의 상부에 프로텍션 집적회로(120)를 적층하는 배치구조를 채택한다.
프로텍션 집적회로(120)가 듀얼 FET칩(110)의 상면에 적층 배치된 이후에 프로텍션 집적회로(120)의 Dout 단자(DO)는, 제 1 게이트 단자(G1)와 와이어 또는 배선을 통해 전기적으로 연결되고, 프로텍션 집적회로(120)의 Cout 단자(CO)는, 제 2 게이트 단자(G2)와 와이어 또는 배선을 통해 전기적으로 연결되게 된다. 상술한 바와 같은 적층구조를 가지는 프로텍션 집적회로(120)와 듀얼 FET칩(110)을 적층칩(100a)이라고 통칭하기로 한다.
본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서는 적층구조를 가지는 프로텍션 집적회로(120)와 듀얼 FET칩의 적층칩(100a)을 도입함으로써, 후술할 리드프레임 상에 실장하는 면적을 줄일 수 있으며 이에 따라 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 또 다른 배터리 보호회로의 회로도이다. 도 3은 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1), 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2), 및 프로텍션 IC는 하나의 칩에 통합되어 제공하는 경우의 배터리 보호회로도로서 도 1의 등가회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 프로텍션 IC(120)와 공통드레인 구조의 두개의 FET(FET1,FET2)가 통합된 형태의 플립칩(100b)을 구현하여 회로를 구성하면, 도 1에서 설명된 바와 동일한 동작을 수행하면서도 보다 간단한 회로로 구현할 수있게 된다. 그리고, 플립칩(100b)은 별도의 와이어 본딩이 필요없이 외부단자부분이 전기적 접속이 필요한 리드 등에 솔더링 결합되어 전기적 연결되므로 와이어 본딩 대비 전기전도도가 향상되고 생산단가가 낮아지고 공정단순화를 이룰수 있는 장점이 있으며, 차지하는 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
추가적으로, 본 발명의 변형된 다른 실시예에서는 상기 ESD(Electrostatic Discharge)등의 서지(surge) 보호를 위해 구성되는 서지보호회로에서 배리스터(V1) 대신에 저항이 구비될 수 있다. 즉 서지보호를 위한 회로는 두 개의 저항을 병렬연결하는 구성, 또는 하나의 저항과 하나의 커패시터를 병렬연결하는 구성, 하나의 저항과 하나의 배리스터를 병렬연결하는 구성 및 하나의 커패시터와 하나의 배리스터를 병렬연결하는 구성 중 어느 하나를 선택하여 구성될 수 있다.
배터리 보호회로 모듈 패키지는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판 상에 배치된 배터리 보호회로 소자를 포함할 수 있다. 또는, 배터리 보호회로 모듈 패키지는 리드프레임 및 상기 리드프레임 상에 배치된 배터리 보호회로 소자를 포함할 수 있다. 여기에서, 배터리 보호회로 소자는 프로텍션 집적회로, 전계효과 트랜지스터 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다. 이하에서는, 리드프레임 상에 배터리 보호회로 소자를 배치하는 패키지에 대하여 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 도해하는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 리드프레임(50)은 내부연결단자용 리드(51, 52), 외부연결단자용 리드(58a, 58b) 및 소자실장용 리드(59)를 포함한다. 다른 관점에서 설명하면, 리드프레임(50)은 서로 이격된 복수의 리드들(L1 내지 L8)을 포함한다. 예를 들어, 외부연결단자용 리드(58a, 58b)와 소자실장용 리드(59)는 서로 이격된 복수의 리드들(L1 내지 L7)을 포함한다. 외부연결단자용 리드(58a, 58b)의 적어도 하나는 제 1 내부연결단자(B-) 및 제 2 내부연결단자(B+)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부연결단자(P+)를 구성하는 외부연결단자용 리드(58a)는 제 1 트림부(55a)에 의하여 제 1 내부연결단자(B-)를 구성하는 내부연결단자용 리드(51)의 내측부(51a)와 연결된다. 또한, 제 1 외부연결단자(P+)를 구성하는 외부연결단자용 리드(58a)는 제 2 트림부(55b)에 의하여 제 1 내부연결단자(B-)를 구성하는 내부연결단자용 리드(51)의 외측부(51b)와 연결된다. 내부연결단자용 리드(51)에서 내측부(51a)는 외측부(51b)보다 리드프레임(50)의 중앙부에 더 인접할 수 있다. 도면에 도시된 서로 이격된 복수의 리드들(L1 내지 L8)의 크기, 배치 및 구성은 예시적이며 보호회로의 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
소자실장용 리드(59) 상에는 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130)가 실장될 수 있다. 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130)는 전계효과 트랜지스터(110), 프로텍션 IC(120) 및 적어도 하나 이상의 수동소자(130)을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 배치구조를 가지는 기본 패키지(200a)는 봉지재(250)를 형성하기 이전의 구조체로 이해될 수 있으며, 이후에 봉지재(250)로 몰딩하는 등의 공정을 통해 배터리 보호회로 모듈 패키지(도 6의 300)을 구현하게 된다. 봉지재(250)는, 예를 들어, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함할 수 있다. 봉지재(250)가 형성되는 부분은 도 4에 도시된 소정 영역(M)에 해당할 수 있다. 도 5에서는 봉지재(250)에 의하여 밀봉될 수 있는 기본 패키지(200a)의 일부가 도시된다. 봉지재(250)는 리드프레임(50)의 일부를 노출시키면서 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130)를 밀봉할 수 있다. 예를 들어, 봉지재(250)는 내부연결단자용 리드(51, 52)의 양면과 외부연결단자용 리드(58a, 58b)의 일면을 노출시키면서 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130)를 밀봉할 수 있다.
프로텍션 IC칩(120)은 리드(L4) 상에 실장되며, 전계효과 트랜지스터칩(110)은 리드(L3) 상에 실장된다. 수동소자(130)는 이격된 복수의 리드들(L1 내지 L8) 중의 적어도 일부를 서로 연결하도록 배치된다. 예를 들어, 저항(R1)은 서로 이격된 리드(L1)와 리드(L4) 사이를 걸치도록 리드(L1) 및 리드(L4) 상에 배치되며, 배리스터(V1)는 서로 이격된 리드(L1)와 리드(L2) 사이를 걸치도록 리드(L1) 및 리드(L2) 상에 배치되며, 커패시터(C2)는 서로 이격된 리드(L5)와 리드(L6) 사이를 걸치도록 리드(L5) 및 리드(L6) 상에 배치될 수 있다. 한편, 전계효과 트랜지스터(110), 프로텍션 IC(120) 및 서로 이격된 복수의 리드들(L1 내지 L8)로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(220)를 제공할 수 있다. 전기적 연결부재(220)는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지는 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다. 인쇄회로기판은 리드프레임에 비하여 두께가 두꺼워 패키지의 소형화에 불리하고 회로 구성의 변형이 상대적으로 용이하지 않다는 점에서 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다는 것은 중요한 의미를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 이격된 복수의 실장용 리드들을 가지는 리드프레임(50)을 가지지만, 본딩 와이어나 본딩 리본과 같은 전기적 연결부재(220)를 리드프레임(50) 상에 배치하여 회로를 구성하므로, 배터리 보호회로를 구성하기 위한 리드프레임(50)을 설계하고 제조하는 과정이 단순화될 수 있다는 중요한 이점을 가진다. 만약, 본 발명의 일부 실시예들에서 전기적 연결부재(220)를 배터리 보호회로 구성부를 구현함에 있어서 도입하지 않는다면 리드프레임(50)을 구성하는 복수의 리드들의 구성이 매우 복잡하게 되므로 적절한 리드프레임(50)을 효과적으로 제공하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서는, 프로텍션 IC칩, 전계효과 트랜지스터칩, 또는 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩은 리드프레임(50) 상에 반도체 패키지의 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라 표면실장기술(Surface Mounting Technology)에 의하여 리드프레임(50)의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 웨이퍼에서 소잉(sawing)된 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정될 수 있다. 여기에서, 칩 다이(chip die)라 함은 어레이 형태의 복수의 구조체(예를 들어, 프로텍션 IC칩, 전계효과 트랜지스터칩)가 형성된 웨이퍼 상에 별도의 봉지재로 밀봉하지 않고 소잉 공정을 수행하여 구현된 개별적인 구조체를 의미한다. 즉, 리드프레임(50) 상에 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 및 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩;으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 실장할 때에는 별도의 봉지재로 밀봉하지 않은 상태에서 실장한 이후에, 후속의 봉지재(250)에 의하여 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 또는, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩;을 밀봉하므로, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 구현함에 있어서 봉지재를 형성하는 공정을 한 번만 수행할 수 있다. 이에 반하여, 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 또는, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩을 인쇄회로기판(PCB)에 별도로 삽입하여 고정하거나 실장하는 경우는, 각 부품에 대하여 한 번의 몰딩 공정이 먼저 필요하고, 인쇄회로기판 상에 고정하거나 실장한 이후에 실장된 각 부품에 대하여 또 한 번의 몰딩 공정이 추가로 필요하므로, 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 각각 도해하는 평면도 및 사시도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 내부연결단자용 리드(51, 52), 외부연결단자용 리드(58a, 58b) 및 소자실장용 리드(59)를 포함하는 리드프레임(50); 소자실장용 리드(59) 상에 실장되는 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130); 및 리드프레임(50) 중 일부를 노출시키면서 배터리 보호회로 구성소자(110, 120, 130)를 밀봉하는 봉지재;(250)를 구비한다.
내부연결단자용 리드(51, 52)는 봉지재(250)의 외부에 노출되며, 배터리 셀의 한 쌍의 전극탭(도 8의 720)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서 제 1 내부연결단자용 리드(51)는 외부연결단자용 리드(58a)와 연결되면서 봉지재(250)의 외측으로 신장하는 내측부(51a) 및 외측부(51b)를 포함한다.
리드프레임(50)은 내부연결단자용 리드(51)의 내측부(51a)를 외부연결단자용 리드(58a)에 연결하도록 내측부(51a)와 외부연결단자용 리드(58a) 사이에 배치되며 선택적으로 제거될 수도 있는 제 1 트림부(55a)를 포함한다. 또한, 리드프레임(50)은 내부연결단자용 리드(51)의 외측부(51b)를 외부연결단자용 리드(58a)에 연결하도록 외측부(51b)와 외부연결단자용 리드(58a) 사이에 배치되며 선택적으로 제거될 수도 있는 제 2 트림부(55b)를 포함한다. 변형된 실시예에서는, 제 1 트림부(55a) 및 제 2 트림부(55b)는 내부연결단자용 리드(51)와 소자실장용 리드(59) 사이에 배치되어 내부연결단자용 리드(51)가 소자실장용 리드(59)에 연결되도록 구성될 수도 있다.
내부연결단자용 리드(51)는 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이에 배치되며 봉지재(250)의 폭방향(도 6에서 Y축에 나란한 방향)에 나란하도록 배치된 복수 쌍의 절곡홀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부연결단자용 리드(51)는 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이에 배치되며 봉지재(250)의 폭방향에 나란하도록 배치된 제 1 쌍의 절곡홀들(53a)과 제 2 쌍의 절곡홀들(53b)을 포함한다. 제 1 쌍의 절곡홀들(53a)을 연결하는 절곡선(54a) 또는 제 2 쌍의 절곡홀들(53b)을 연결하는 절곡선(54b)을 따라 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)가 내측방향으로 폴딩되거나 외측부(51b)를 기준으로 내측부(51a)가 외측방향으로 폴딩될 수 있다. 한 쌍의 절곡홀들(53a, 53b)을 연결하는 절곡선(54a, 54b)은 봉지재(250)의 폭방향에 나란할 수 있다. 상술한 한 쌍의 절곡홀들은 내측부와 외측부를 폴딩하기 위한 절곡선을 용이하게 구현하기 위하여 도입된 것으로서, 홀, 트렌치, 캐비티 또는 슬릿의 형상을 가질 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 트림부(55a, 55b)를 선택적으로 제거하기 전의 상태를 반영한 패키지로 이해될 수 있다. 이하에서는, 배터리 셀에서 돌출된 한 쌍의 전극탭의 이격거리나 폭에 따라 제 1 트림부(55a) 또는 제 2 트림부(55b)를 선택적으로 제거하고 제 1 내부연결단자용 리드(51)가 폴딩되는 구성을 살펴본다.
먼저, 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)가 폴딩되는 구성을 설명한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 한 쌍의 전극탭(720)이 돌출된 배터리 셀(700)과, 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)가 폴딩될 수 있는 내부연결단자용 리드(51)를 가지는 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 결합되기 전의 구성을 도해하는 평면도들이다. 또한, 도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지에서 내부연결단자용 리드의 내측부를 기준으로 외측부가 내측방향으로 90도 각도로 절곡된 구성과 180도 각도로 절곡된 구성을 각각 도해하는 사시도들이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지에서 내부연결단자용 리드의 내측부를 기준으로 외측부가 폴딩된 상태로부터 내부연결단자용 리드들이 상방으로 90도 각도로 추가적으로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 돌출된 한 쌍의 전극탭(720)을 포함하는 배터리 셀(700)이 제공된다. 배터리 셀(700)은, 예를 들어, 폴리머 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 포함한다. 한 쌍의 전극탭(720)은 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)을 가진다. 내부연결단자용 리드(51, 52)는 한 쌍의 전극탭(720)과 접합되어 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 내부연결단자용 리드(51)는 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)이 사이에 개재되어 폴딩되면서 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 접합되어 전기적으로 연결되고, 내부연결단자용 리드(52)는 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)과 접합되어 전기적으로 연결된다.
도 8, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b) 사이의 이격거리가 제 1 거리(d1)인 경우, 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)이 내부연결단자용 리드(52)와 접합되도록 먼저 배치할 때, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은 내부연결단자용 리드(51)의 내측부(51a)와 대응되며, 구체적으로, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은 절곡선(54a)의 우측에 위치한다. 이 경우, 내부연결단자용 리드(51)를 폴딩하기 위해서는, 제 1 트림부(도 6의 55a)는 제거하지 않고 제 2 트림부(도 6의 55b)를 선택적으로 트리밍하여 제거한 후에 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)를 내측방향으로 90도의 각도만큼 절곡하고(도 10 참조) 나아가 최종적으로 180도의 각도만큼 절곡할 수 있다(도 11 참조). 이 때 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이의 접히는 경계 부분은 절곡선(54a)을 포함할 수 있다. 여기에서, 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)를 내측방향으로 절곡한다는 것은 내측부(51a)가 고정된 상태에서 내측부(51a)와 외측부(51b)가 폴딩되는 방향으로 외측부(51b)를 절곡하는 것을 의미하며, 다른 관점으로는, 내측부(51a)가 고정된 상태에서 외측부(51b)의 움직임을 나타내는 변위벡터의 X축 방향의 성분이 양의 값을 가지는 것을 의미할 수 있다.
계속하여, 도 11 및 도 12를 참조하면, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)는 외부연결단자용 리드(58a, 58b)를 기준으로 세워지도록 봉지재(250)의 길이방향(도 11의 X축 방향)에 나란한 제 2 절곡선(57)을 따라 상방으로 절곡할 수 있다. 내부연결단자용 리드(51, 52)를 상방으로 절곡한다는 것은 내부연결단자용 리드(51, 52)의 움직임을 나타내는 변위벡터의 Z축 방향의 성분이 양의 값을 가지는 것을 의미할 수있다. 예를 들어, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)는 봉지재(250) 내에 위치하는 리드프레임(50)의 평면을 기준으로 대략 수직으로 세워지도록 제 2 절곡선(57)을 따라 절곡할 수 있다.
적어도 두 개 이상의 트림홀(56)들을 연결하는 절곡선(57)은 상기 봉지재(250)의 길이방향에 나란할 수 있다. 상술한 트림홀(56)들은 제 1 트림부(55a) 또는 제 2 트림부(55b)를 선택적으로 트리밍하여 제거하기 용이하게 하며, 나아가, 내부연결단자용 리드(51, 52)를 상방으로 절곡하기 위한 제 2 절곡선(57)을 용이하게 구현하기 위하여 도입된 것으로서, 홀, 트렌치, 캐비티 또는 슬릿의 형상을 가질 수 있다.
도 10 내지 도 12에서 도시된 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서 내부연결단자용 리드(51, 52)가 절곡 및/또는 폴딩되는 과정을, 편의상, 한 쌍의 전극탭(720)을 생략하고 도시하였으나, 실제로는, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은, 폴딩될 제 1 내부연결단자용 리드(51) 사이에 개재되어, 제 1 내부연결단자용 리드(51)와 접합되고, 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)은 제 2 내부연결단자용 리드(52)와 접합되는 상태를 감안하여 설명될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b) 사이의 이격거리가 제 2 거리(d2)인 경우, 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)이 내부연결단자용 리드(52)와 접합될 수 있도록 배치하는 것을 먼저 고려할 때, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은 내부연결단자용 리드(51)의 내측부(51a)와 대응되며, 구체적으로, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은, 도 8과 달리, 제 1 쌍의 절곡홀들(53a)을 연결하는 절곡선(54a)의 우측에 위치하는 것이 아니라, 제 2 쌍의 절곡홀들(53b)을 연결하는 절곡선(54b)의 우측에 위치한다. 이 경우, 내부연결단자용 리드(51)를 폴딩하기 위해서는, 제 1 트림부(도 6의 55a)는 제거하지 않고 제 2 트림부(도 6의 55b)를 선택적으로 트리밍하여 제거한 후에 내측부(51a)를 기준으로 외측부(51b)를 내측방향으로 90도의 각도만큼 절곡하고 나아가 최종적으로 180도의 각도만큼 절곡할 수 있다. 이 때 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이의 접히는 경계 부분은 절곡선(54b)을 포함할 수 있다. 계속하여, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)는 외부연결단자용 리드(58a, 58b)를 기준으로 세워지도록 봉지재(250)의 길이방향에 나란한 제 2 절곡선(57)을 따라 상방으로 절곡할 수 있다.
다음으로, 외측부(51b)를 기준으로 내측부(51a)가 폴딩되는 구성을 설명한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 한 쌍의 전극탭이 돌출된 배터리 셀과 외측부를 기준으로 내측부가 폴딩될 수 있는 내부연결단자용 리드를 가지는 배터리 보호회로 모듈 패키지가 결합되기 전의 구성을 도해하는 평면도이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 외측부를 기준으로 내측부가 외측방향으로 90도 각도로 절곡된 구성과 180도 각도로 절곡된 구성을 각각 도해하는 사시도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서 내부연결단자용 리드의 외측부를 기준으로 내측부가 폴딩된 상태로부터 내부연결단자용 리드들이 상방으로 90도 각도로 추가적으로 절곡된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 돌출된 한 쌍의 전극탭(720)을 포함하는 배터리 셀(700)이 제공된다. 배터리 셀(700)은, 예를 들어, 폴리머 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 포함한다. 한 쌍의 전극탭(720)은 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)을 가진다. 내부연결단자용 리드(51, 52)는 한 쌍의 전극탭(720)과 접합되어 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 내부연결단자용 리드(51)는 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)이 사이에 개재되어 폴딩되면서 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 접합되어 전기적으로 연결되고, 내부연결단자용 리드(52)는 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)과 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b) 사이의 이격거리가 제 3 거리(d3)인 경우, 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)이 내부연결단자용 리드(52)와 접합되도록 먼저 배치할 때, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은 내부연결단자용 리드(51)의 외측부(51b)와 대응되며, 구체적으로, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은 절곡선(54a)의 좌측에 위치한다. 이 경우, 내부연결단자용 리드(51)를 폴딩하기 위해서는, 제 2 트림부(도 6의 55b)는 제거하지 않고 제 1 트림부(55a)를 선택적으로 트리밍하여 제거한 후에 외측부(51b)를 기준으로 내측부(51a)를 외측방향으로 90도의 각도만큼 절곡하고(도 14 참조) 나아가 최종적으로 180도의 각도만큼 절곡할 수 있다(도 15 참조). 이 때 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이의 접히는 경계 부분은 절곡선(54a)을 포함할 수 있다. 여기에서, 외측부(51b)를 기준으로 내측부(51a)를 외측방향으로 절곡한다는 것은 외측부(51b)가 고정된 상태에서 외측부(51b)와 내측부(51a)가 폴딩되는 방향으로 내측부(51a)를 절곡하는 것을 의미하며, 다른 관점으로는, 외측부(51b)가 고정된 상태에서 내측부(51a)의 움직임을 나타내는 변위벡터의 X축 방향의 성분이 음의 값을 가지는 것을 의미할 수 있다.
계속하여, 도 15 및 도 16을 참조하면, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)는 외부연결단자용 리드(58a, 58b)를 기준으로 세워지도록 봉지재(250)의 길이방향(도 15의 X축 방향)에 나란한 제 2 절곡선(57)을 따라 상방으로 절곡할 수 있다. 내부연결단자용 리드(51, 52)를 상방으로 절곡한다는 것은 내부연결단자용 리드(51, 52)의 움직임을 나타내는 변위벡터의 Z축 방향의 성분이 양의 값을 가지는 것을 의미할 수있다. 예를 들어, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)는 봉지재(250) 내에 위치하는 리드프레임(50)의 평면을 기준으로 대략 수직으로 세워지도록 제 2 절곡선(57)을 따라 절곡할 수 있다.
적어도 두 개 이상의 트림홀(56)들을 연결하는 절곡선(57)은 상기 봉지재(250)의 길이방향에 나란할 수 있다. 상술한 트림홀(56)들은 제 1 트림부(55a) 또는 제 2 트림부(55b)를 선택적으로 트리밍하여 제거하기 용이하게 하며, 나아가, 내부연결단자용 리드(51, 52)를 상방으로 절곡하기 위한 제 2 절곡선(57)을 용이하게 구현하기 위하여 도입된 것으로서, 홀, 트렌치, 캐비티 또는 슬릿의 형상을 가질 수 있다.
도 14 내지 도 16에서 도시된 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서 내부연결단자용 리드(51, 52)가 절곡 및/또는 폴딩되는 과정을, 편의상, 한 쌍의 전극탭(720)을 생략하고 도시하였으나, 실제로는, 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)은, 폴딩될 제 1 내부연결단자용 리드(51) 사이에 개재되어, 제 1 내부연결단자용 리드(51)와 접합되고, 제 2 극성을 가지는 전극탭(720b)은 제 2 내부연결단자용 리드(52)와 접합되는 상태를 감안하여 설명될 수 있다.
이하에서는, 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 이용하여 구현한 배터리 팩에 대하여 설명한다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지 어셈블리를 도해하는 사시도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지 어셈블리(600)는 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 커넥터 배선(560)을 포함한다. 커넥터 배선(560)의 일단은 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서 노출된 외부연결단자용 리드(58a, 58b) 상에 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 접합되어 전기적으로 연결된다. 커넥터 배선(560)은 부분적으로 절연부재(540)에 의해 둘러싸여 제공될 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 구현하기 위한 중간과정의 구조체를 도해하는 사시도이고, 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 도해하는 사시도이다.
도 18에 도시된 배터리 팩(800)은 제조과정의 중간단계에 나타나는 구조체로서, 돌출된 한 쌍의 전극탭(720a, 720b)을 포함하는 배터리 셀(700)과 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지 어셈블리(600)가 결합된 구조체이다. 특히, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)의 제 1 내부연결단자용 리드(51)는 내측부(51a)와 외측부(51b)가 폴딩되고 내측부(51a)와 외측부(51b) 사이에 제 1 극성을 가지는 전극탭(720a)이 개재된다. 한 쌍의 전극탭(720a, 720b) 사이의 간격에 따라 트리밍/성형 공정의 옵션이 다양함은 앞에서 설명하였는바, 예를 들어, 도 18에 도시된 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 도 11 또는 도 15에 도시된 패키지로 이해될 수 있다.
도 18에 도시된 구조체로부터 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(52)를, 도 12 및 도 16에서 설명한 것처럼, 외부연결단자용 리드(58a, 58b)를 기준으로 세워지도록 봉지재(250)의 길이방향(X축 방향)에 나란한 제 2 절곡선(56)을 따라 더 절곡하는 제 1 단계 및 한 쌍의 전극탭(720a, 720b)의 일부를 배터리 셀(700)에서 돌출되는 방향을 기준으로 세워지도록 제 3 절곡선(725)을 따라 절곡하는 제 2 단계를 수행함으로써, 외부연결단자용 리드(58a, 58b)가 배터리 셀(700)의 상방으로 노출되고, 한 쌍의 전극탭(720a, 720b)이 배터리 셀(700)에서 돌출되는 부분(예를 들어, 도 18의 710) 상에 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 얹히도록 배치된 배터리 팩(800)이 제공된다. 도 19에 도시된 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는, 예를 들어, 도 12 또는 도 16에 도시된 패키지로 이해될 수 있다. 상기 제 2 단계에서, 제 3 절곡선(725)은 한 쌍의 전극탭(720a, 720b) 중에서 내부연결단자용 리드(51, 52)와 접합되지 않은 부분에 형성되며 봉지재(250)의 길이방향(X축 방향)에 나란할 수 있다. 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계는 순차적으로 수행되거나 역순으로 수행될 수 있으며, 경우에 따라서는 동시에 수행될 수 있다.
지금까지 본 발명의 일부 실시예들에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 배터리 팩에 대하여 살펴보았다. 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 배터리 팩은, 예를 들어, 블루투스용 배터리 보호회로 모듈 패키지와 배터리 팩에 적용될 수 있다. 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지에서는 배터리 셀에서 돌출된 전극탭의 다양한 간격에 대응하여 선택적으로 제거할 수 있는 트림부들과 복수쌍의 절곡홀들과 절곡선을 도입함으로써 배터리 보호회로 모듈 패키지의 크기를 전극탭의 다양한 간격에 따라 변경하지 않고 동일하게 제공할 수 있어 대량 생산에 유리하다는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 배터리 셀에서 돌출된 전극탭의 다양한 간격에 대응하여, 배터리 보호회로 모듈 패키지의 내부연결단자용 리드를 구성하는 내측부 또는 외측부를 측방향으로 1차 절곡한 후에 다시 상방으로 2차 절곡함으로써 배터리 보호회로 모듈 패키지를 배터리 셀에 효과적으로 조밀배치한 배터리 팩을 제공할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50 : 리드프레임
51, 52 : 내부연결단자용 리드
51a : 내부연결단자용 리드의 내측부
51b : 내부연결단자용 리드의 외측부
53a, 53b : 절곡홀
54a, 54b : 제 1 절곡선
55a, 55b : 트림부
56 : 트림홀
57 : 제 2 절곡선
200a : 기본 패키지
250 : 봉지재
300 : 배터리 보호회로 모듈 패키지
700 : 배터리 셀
720a, 720b : 전극탭
800 : 배터리 팩

Claims (13)

  1. 내부연결단자용 리드, 외부연결단자용 리드 및 소자실장용 리드를 포함하는 리드프레임, 상기 소자실장용 리드 상에 실장되는 배터리 보호회로 구성소자 및 상기 리드프레임 중 일부를 노출시키면서 상기 배터리 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 포함하는 배터리 보호회로 모듈 패키지; 및
    돌출된 한 쌍의 전극탭을 포함하는 배터리 셀; 을 구비하고,
    상기 내부연결단자용 리드는, 상기 봉지재의 외부에 노출되며, 상기 한 쌍의 전극탭과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드를 포함하고,
    제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는, 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되면서 폴딩되고 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나와 접합되어 전기적으로 연결되고,
    상기 외부연결단자용 리드 및 상기 소자실장용 리드는 서로 이격된 복수의 리드들을 포함하고,
    상기 배터리 보호회로 구성소자는 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하고,
    상기 수동소자는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 서로 연결하도록 배치되며, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있는, 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는 내측부 및 외측부를 포함하고,
    상기 외측부는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되도록 상기 내측부를 기준으로 180도 폴딩된, 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측부는 상기 외부연결단자용 리드 또는 상기 소자실장용 리드와 연결되면서 상기 봉지재의 외측으로 신장하는, 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 어느 하나의 내부연결단자용 리드는 내측부 및 외측부를 포함하고,
    상기 내측부는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 어느 하나가 사이에 개재되도록 상기 외측부를 기준으로 180도 폴딩된, 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외측부는 상기 외부연결단자용 리드 또는 상기 소자실장용 리드와 연결되면서 상기 봉지재의 외측으로 신장하는, 배터리 팩.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측부는 상기 외측부보다 상기 봉지재의 중앙부에 더 인접한, 배터리 팩.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측부 또는 상기 외측부가 폴딩되도록 구성된 상기 내측부와 상기 외측부 사이의 제 1 절곡선은 상기 봉지재의 폭방향에 나란한, 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 중의 나머지 하나의 내부연결단자용 리드는 상기 한 쌍의 전극탭 중의 나머지 하나와 접합되어 전기적으로 연결된, 배터리 팩.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드를 상기 외부연결단자용 리드를 기준으로 세워지도록 상기 봉지재의 길이방향에 나란한 제 2 절곡선을 따라 더 절곡하고, 상기 한 쌍의 전극탭의 일부를 상기 배터리 셀에서 돌출되는 방향을 기준으로 세워지도록 절곡함으로써,
    상기 외부연결단자용 리드가 상기 배터리 셀의 상방으로 노출되고, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지가 상기 한 쌍의 전극탭이 상기 배터리 셀에서 돌출되는 부분 상에 얹히도록 배치되는, 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    일단이 상기 외부연결단자용 리드와 접합되어 전기적으로 연결되는 커넥터 와이어를 더 구비하는, 배터리 팩.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함하는, 배터리 팩.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로텍션 IC 및 상기 전계효과 트랜지스터는, 상기 리드프레임 상에 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정되는, 배터리 팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110024251A (ko) * 2009-09-01 2011-03-09 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 그의 제조 방법
KR20130039143A (ko) * 2011-10-11 2013-04-19 주식회사 아이티엠반도체 배터리 보호회로의 패키지모듈
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KR101297186B1 (ko) * 2011-08-04 2013-08-16 주식회사 엘지화학 이차전지 팩

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