KR101608360B1 - 정션 박스의 버스 바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 대전류가 흐르는 버스 바가 방열될 수 있도록 한, 정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은, 정션 박스의 버스 바에 있어서, 적어도 하나의 상기 버스 바는, PCB 기판 상에서 소정 거리를 두고 이격되어 있고, 적어도 하나의 전자 부품 소자와 함께 실장되어 있고, 상기 버스 바의 바디 부분은 전기적 도통 특성을 갖는 소재로 형성되어 있고, 상기 버스 바의 외부 부분은 상기 바디 부분과 다른 소재로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 정션 박스의 버스 바를 제공한다.

Description

정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법{The bus bar of junction box}

본 발명은 정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 대전류가 흐르는 버스 바가 방열될 수 있도록 한, 정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

램프 부하, 바디전장 부하, 멀티미디어 부하 등 차량 내 전기를 소모하는 각종 전기 장치에 배터리 전원을 공급하기 위한 정션 박스(Junction Box)가 사용되고 있다. 한편, 최근에는 기존 전원 분배 기능의 정션 박스에 통신(CAN 등), 스위치 제어, 릴레이 제어, 램프 제어 및 고장 진단 기능을 통합한 스마트 정션 박스(SJB : Smart Junction Box)도 사용되고 있다.

정션 박스로부터 와이어 하네스를 통해 각종 전기 장치로 전원을 전달하기 위해 정션 박스에는 다수의 버스 바(bus bar)가 장착되어 있다. 버스 바는 케이블 보다 표면적이 크기 때문에 표면에 흐르는 고주파 전류의 임피던스를 낮출 수 있어 정션 박스에 유용하게 사용된다.

최근 차량(예; 가솔린 등 내연기관 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등)에 다양한 기능 및 사용자 편의성을 위해 각종 전기 장치가 탑재되는데, 이러한 전기 장치들은 대전류 전원을 정션 박스의 버스 바를 통해 공급받아 구동한다.

그런데, 정션 박스의 버스 바에 대전류를 흘리는 경우에 버스 바가 급격한 온도로 상승해 발열하게 되며, 높은 온도로 발열된 버스 바가 정션 박스의 회로 내부로 뜨거운 열을 방출하게 된다.

한편, 정션 박스는 엔진 룸에 설치되거나 차량 실내에 설치되는데, 회로 보호 및 회로 내부로 분진 등이 들어오지 못하게 밀폐된 케이스로 둘러싸여 있기 때문에 버스 바의 발열을 외부로 방출하지 못하는 문제점이 있다.

특히, 소형화와 고기능화를 위해 PCB 타입으로 제작된 정션 박스의 경우에는 이 PCB 기판 상에 MCU 소자, CAN 통신 소자, IPS 소자, 릴레이 소자 등 전자 부품 소자가 버스 바의 부근에 배치되어 있어, 버스 바의 발열로 전자 부품 소자가 손상되고, 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 버스 바의 방열을 위해 버스 바의 표면적을 더욱 크게 형성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 버스 바의 표면적을 크게 하는 경우에는 전자 부품 소자의 배치 공간이 줄어들어 고밀도 실장화를 저해하고, 정션 박스의 전체 크기가 커져서 소형화를 저해하는 문제점이 있다. 또한, 버스 바의 표면적을 크게 한다면 대전류 공급에 있어 버스 바에 전력 손실이 발생되어 전기 장치들의 안정된 동작을 보장하지 못할 수 있다.

따라서, 정션 박스의 소형화, 경량화, 전자 부품 소자의 내구성을 보장하면서, 대전류가 흐르는 버스 바가 방열될 수 있도록 하는 기술이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 대전류가 흐르는 버스 바가 방열될 수 있도록 한, 정션 박스의 버스 바 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 정션 박스의 버스 바는, 정션 박스의 버스 바에 있어서, 적어도 하나의 상기 버스 바는, PCB 기판 상에서 소정 거리를 두고 이격되어 있고, 적어도 하나의 전자 부품 소자와 함께 실장되어 있고, 상기 버스 바의 바디 부분은 전기적 도통 특성을 갖는 소재로 형성되어 있고, 상기 버스 바의 외부 부분은 상기 바디 부분과 다른 소재로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 정션 박스의 버스 바 제조 방법은, 정션 박스의 버스 바를 제조하는 방법에 있어서, 전기적 도통 기판과 절연 기판을 교대로 쌓으면서 적층하는 단계; 상기 적층한 기판을 특정한 버스 바 형상으로 가공하는 단계; 및 상기 적층한 기판 상에서 전기적 도통 기판의 상단 또는 하단에 위치한 절연 기판 측면의 소정 두께 부분을 다이싱하는 단계를 포함한다.

전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 정션 박스의 소형화, 경량화, 전자 부품 소자의 내구성을 보장하면서, 대전류가 흐르는 버스 바가 방열될 수 있는 효과가 있다.

구체적으로는, 본 발명의 방열 패드가 장착된 버스 바는, 방열 문제를 없앰과 아울러, 다수의 버스 바가 장착되는 경우에 고무 찰흙 패드가 버스 바와 버스 바 사이에서 절연 기능을 할 수 있고, 이러한 절연 기능으로 다수의 버스 바를 PCB 기판에 고밀도로 실장할 수 있어 소형화를 이룰 수 있고, 고무 찰흙 패드가 무게가 많이 나가지 않기 때문에 경량화도 이룰 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 클래드 메탈로 형성된 버스 바는, 방열 문제를 없앰과 아울러, 대전류 전도성을 그대로 유지하면서 구리에 비해 상대적으로 저렴한 알루미늄을 사용해 제조 비용을 낮출 수 있고 경량화도 이룰 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 절연층을 갖는 버스 바는, 방열 문제를 없앰과 아울러, 다수의 버스 바가 장착되는 경우에 절연층이 버스 바와 버스 바 사이에서 절연 기능을 할 수 있고, 이러한 절연 기능으로 다수의 버스 바를 PCB 기판에 고밀도로 실장할 수 있어 소형화 및 경량화를 이룰 수 있고, 적층 기판으로부터 버스 바를 만들어 제조 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 버스 바가 적용되는 정션 박스의 일실시예 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 방열 패드가 장착된 버스 바의 일실시예 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 클래드 메탈로 형성된 버스 바의 일실시예 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 절연층을 갖는 버스 바를 제조하는 공정을 설명하는 일실시예 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 버스 바 방열 시스템에 대한 일실시예 구성도.

하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 버스 바가 적용되는 정션 박스의 일실시예 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 정션 박스의 PCB 기판(100) 상에는 다수의 버스 바(bus bar)(10)와, MCU 소자(20), CAN 통신 소자(30), IPS((Intelligent Power Switching, 지능형 전력 스위칭) 소자(40) 및 릴레이(relay) 소자(50) 등이 고밀도로 실장되어 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술에서 설명했듯이, 각종 전기 장치로 전원을 전달하는 다수의 버스 바(10)는 대전류가 흐르는 경우에 급격한 온도로 상승해 발열하게 되며, PCB 기판(100) 상에서 고밀도로 실장된 각종 소자들(20, 30, 40, 50)이 버스 바(10)의 발열로 손상된다. 특히, 과전류, 과부하 차단, 전원 공급 스위칭을 하는 IPS 소자(40) 및 릴레이 소자(50)는 외부 발열에 강인하지만, MCU 소자(20) 및 CAN 통신 소자(30)는 외부 발열에 취약해 칩 내부 회로가 손상된다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조해 정션 박스의 소형화, 경량화, 전자 부품 소자의 내구성을 보장하면서, 대전류가 흐르는 버스 바(10)가 방열될 수 있도록 하는, 본 발명의 제안 기술에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

덧붙여, 도 1과 같이 본 발명에서는 정션 박스의 PCB 기판(100)에 형성된 배선 패턴, 이 PCB 기판(100)에 장착되는 커넥터, 배터리 입력 단자 등 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 구성요소의 도시 및 이에 관련된 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 방열 패드가 장착된 버스 바의 일실시예 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 버스 바는 각종 전기 장치 또는 케이블 등의 일단에 형성된 단자가 체결되는 상단 개구부와, 이 체결된 상대 단자를 수용하는 내부 공간, 이 체결된 상대 단자와의 전기적 접점 역할의 포크부, PCB 기판에 장착되는 하단 터미널로 구성된 형상(구조)를 가진다. 이러한 본 발명의 버스 바의 형상(구조)는 도 3 내지 도 5의 버스 바와 동일하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 버스 바의 바디(60)의 전면, 또는 후면, 또는 측면, 또는 전면, 후면 및 측면에 선택적으로 방열 패드(61, 62)가 장착되어 있다.

특히, 본 발명의 방열 패드로 고무 찰흙 패드를 사용하는 것이 바람직하며, 버스 바의 바디(60)에 0.2 내지 1 mm 두께로 소정의 점성을 가진 고무 찰흙 패드를 장착한다. 그리고, 이러한 고무 찰흙 패드의 내부가 얇은 직물 형태의 조직을 가지도록 하여 버스 바의 발열 및 정션 박스 조립 작업 등으로 고무 찰흙 패드가 끊어지지 않게 한다. 아울러, 고무 찰흙 패드의 소재로는 실리콘 고무 또는 운모 등 세라믹을 사용할 수 있다.

상기 고무 찰흙 패드를 버스 바의 바디(60)에 장착하는 방법으로는, 버스 바를 PCB 기판에 조립하는 작업 시 버스 바의 바디(60)에 고무 찰흙 패드를 올려서 장착하거나, 버스 바 제조 공정에서 바디(60)와 고무 찰흙 패드를 금형 틀에 넣어서 일체로 성형하여 만들 수 있다.

상기 버스 바의 바디(60)는 구리 또는 알루미늄 등 전기적 도통 특성 갖는 소재로 형성할 수 있다.

도 2와 같은 방열 패드가 장착된 버스 바를 정션 박스의 PCB 기판에 적용하면, 버스 바의 방열 문제를 없앰과 아울러, 다수의 버스 바가 장착되는 경우에 고무 찰흙 패드가 버스 바와 버스 바 사이에서 절연 기능을 할 수 있고, 이러한 절연 기능으로 다수의 버스 바를 PCB 기판에 고밀도로 실장할 수 있어 소형화를 이룰 수 있고, 고무 찰흙 패드가 무게가 많이 나가지 않기 때문에 경량화도 이룰 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 클래드 메탈로 형성된 버스 바의 일실시예 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 버스 바의 바디에 해당하는 부분을 알루미늄층(70)으로 형성하고, 알루미늄층(70)의 외부 부분을 구리층(71, 72)으로 형성한다. 이 구리층(71, 72)은 알루미늄층(70)의 전면, 또는 후면, 또는 측면, 또는 전면, 후면 및 측면에 선택적으로 형성될 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예로 알루미늄과 구리로 형성된 클래드 메탈(clad metal)로 버스 바를 형성한다. 예시적으로, 본 발명에서는 버스 바의 두께를 기준으로 알루미늄층(70)은 60 내지 80 % 두께, 제1 구리층(71)은 10 내지 20 % 두께, 제2 구리층(72)은 10 내지 20 % 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 여기서, 제1 구리층(71)과 제2 구리층(72)의 두께는 동일할 수 있다.

본 발명에서 클래드 메탈로 버스 바를 형성하는 방법은 알루미늄층(70)과 구리층(71, 72)을 압연 공정으로 접합하여 만들 수 있다. 다른 예시로 압출 공정, 인발 공정 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄과 구리의 소재 및 접착성을 고려하여 압연 공정으로 제조하는 것이 바람직하다. 공지의 압연 공정에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

덧붙여, 알루미늄층 소재로는 순수 알루미늄 계열인 A1050, A1100 계열 등을 사용하거나, 알루미늄과 마그네슘, 망간, 실리콘 등의 합금인 A3003, A3004, A5005 계열 등을 사용할 수 있다. 구리층 소재로는 순수 구리 계열인 C1100 계열, 또는 구리와 이종의 금속을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.

도 3과 같은 클래드 메탈로 형성된 버스 바를 정션 박스의 PCB 기판에 적용하면, 버스 바의 방열 문제를 없앰과 아울러, 대전류 전도성을 그대로 유지하면서 구리에 비해 상대적으로 저렴한 알루미늄을 사용해 제조 비용을 낮출 수 있고 경량화도 이룰 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 절연층을 갖는 버스 바를 제조하는 공정을 설명하는 일실시예 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 버스 바의 바디에 해당하는 부분을 알루미늄층(80)으로 형성하고, 알루미늄층(80)의 외부 부분을 절연층(81, 82)으로 형성한다. 이 절연층(81, 82)은 알루미늄층(80)의 전면, 또는 후면, 또는 측면, 또는 전면, 후면 및 측면에 선택적으로 형성될 수 있다. 여기서, 본 발명의 버스 바의 바디에 해당하는 부분은 알루미늄으로 한정되지 않고, 구리 등 전기적 도통 특성을 갖는 어떠한 소재를 사용해도 무방하다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예로 알루미늄과 에폭시 등 절연 소재로 버스 바를 형성한다. 예시적으로, 본 발명에서는 버스 바의 두께를 기준으로 알루미늄층(80)은 40 내지 80 % 두께, 제1 절연층(81)은 10 내지 30 % 두께, 제2 절연층(82)은 10 내지 30 % 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 여기서, 제1 절연층(81)과 제2 절연층(82)의 두께는 동일할 수 있다.

본 발명의 절연층을 갖는 버스 바를 제조하는 공정을 설명하면 다음과 같다.

도 4의 (a)와 같이 소정 두께를 갖는 사각 형상의 알루미늄 기판과 절연 기판을 교대로 쌓으면서, 도 4의 (b)와 같이 접착제, 열압착 방법 등을 사용해 알루미늄 기판과 절연 기판을 접착하여 적층시킨다. 그리고, 도 4의 (c)와 같이 적층 기판의 상부로부터 하부에 이르기까지 프레스 또는 레이저 등을 하여 원하는 버스 바 형태로 가공한다. 그리고, 도 4의 (d)와 같이 적층 기판 상에서 알루미늄 기판의 하단 또는 상단에 위치한 절연 기판 측면의 소정 두께 부분을 다이싱하여, 알루미늄층(80)과 절연층(81, 82)을 갖는 다수의 버스 바를 제작한다.

도 4와 같은 절연층을 갖는 버스 바를 정션 박스의 PCB 기판에 적용하면, 버스 바의 방열 문제를 없앰과 아울러, 다수의 버스 바가 장착되는 경우에 절연층이 버스 바와 버스 바 사이에서 절연 기능을 할 수 있고, 이러한 절연 기능으로 다수의 버스 바를 PCB 기판에 고밀도로 실장할 수 있어 소형화 및 경량화를 이룰 수 있고, 적층 기판으로부터 버스 바를 만들어 제조 비용을 낮출 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 버스 바 방열 시스템에 대한 일실시예 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 버스 바의 부근에 팬(300)을 장착하여, 정션 박스(200)의 MCU 소자(20)에 의한 모터 제어 등으로 팬(300)을 구동시켜 대전류가 흘러서 발열되는 버스 바의 온도를 낮출 수 있다.

다른 예로서, 차량에 기 장착되어 있는 공조 기기, 예컨대 통풍구의 경로를 버스 바의 부근을 지나도록 형성해, 차량의 내부 공기 또는 외부 공기에 의해 버스 바의 온도를 낮출 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: PCB 기판 10: 버스 바
20: MCU 소자 30: CAN 통신 소자
40: IPS 소자 50: 릴레이 소자

Claims (6)

1. 정션 박스의 버스 바에 있어서,
   상기 버스 바의 바디 부분은 전기적 도통 특성을 갖는 소재로 형성되어 있고,
   상기 버스 바의 외부 부분은 상기 바디 부분과 다른 소재로 적층되어 있으며,
   상기 버스 바의 바디 부분은 알루미늄 또는 구리로 형성되어 있고, 상기 버스 바의 외부 부분은 고무 찰흙 패드로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정션 박스의 버스 바.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고무 찰흙 패드의 소재는 실리콘 고무 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 정션 박스의 버스 바.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 버스 바는, 외부 단자가 체결되는 상단 개구부와, 상기 외부 단자를 수용하는 내부 공간, 상기 외부 단자와의 전기적 접점을 이루는 포크부, PCB 기판에 장착되는 하단 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하는 정션 박스의 버스 바.
6. 삭제

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