KR101829178B1 - 배터리 팩용 인터커넥트 - Google Patents

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KR101829178B1
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셀링크 코포레이션
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Abstract

배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로 및 이러한 인터커넥트 회로를 형성하는 그리고 이러한 회로를 배터리 전지에 연결하는 방법이 제공된다. 인터커넥트 회로는 전도성 층 및 하나 이상의 절연 층을 포함할 수 있다. 전도성 층은 접촉 패드를 형성하는 개구부로 패터닝될 수 있고, 그에 따라 각각의 패드가 상이한 배터리 전지 단자에의 연결을 위해서 이용된다. 일부 실시예에서, 각각의 접촉 패드는 접촉 패드와 동일한 전도성 층으로부터 형성된 가용성 링크에 의해서 전도성 층의 나머지에 부착된다. 가용성 링크는 이러한 접촉 패드로의 그리고 그로부터의 전류 유동을 제어한다. 절연 층이 전도성 층에 적층되고 접촉 패드에 대한 지지를 제공한다. 절연 층이 또한 개구부로 패터닝될 수 있고, 이는 접촉 패드와 전지 단자 사이의 전기적 연결부가 절연 층을 통해서 형성될 수 있게 한다.

Description

배터리 팩용 인터커넥트{INTERCONNECT FOR BATTERY PACKS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 2015년 3월 27일자로 출원되고 명칭이 "배터리 팩용 인터커넥트"인 미국 출원 제14/671,814호의 계속 출원인, 2015년 8월 26일자로 출원되고 명칭이 "배터리 팩용 인터커넥트"인 미국 특허출원 제14/836,946호에 대한 우선권의 이익 향유를 주장하며, 그러한 미국 출원 제14/671,814호는, 하기된 모두의 전체가 참조로서 본원에 포함되는, 2014년 9월 10일자로 출원되고 명칭이 "배터리 팩용 인터커넥트"인 미국 가특허출원 제62/048,404호, 2014년 11월 12일자로 출원되고 명칭이 "배터리 팩용 인터커넥트"인 미국 가특허출원 제62/080,971호, 및 2015년 2월 3일자로 출원되고 명칭이 "배터리 팩용 인터커넥트"인 미국 가특허출원 제62/111,333호에 대한, 35 U.S.C. §119(e)하의 우선권의 이익향유를 주장한다.
재충전 가능 배터리는 모바일 및 정지적 적용예를 위한 대규모 에너지 저장장치를 제공하기 위한 유망한 기술이다. 이러한 기술의 시장 침투력을 높이기 위해서는, 배터리 팩의 비용이 낮아져야 한다. 비록 배터리 전지(예를 들어, 리튬-이온 전지)가 배터리 팩에서 전통적으로 그리고 아마도 여전히 가장 고가의 구성요소이지만, 배터리 전지의 비용은 규모의 경제학, 새로운 재료, 및 설계 개선으로 시간 경과에 따라 감소될 것으로 예상된다. 또한, 배터리 전지의 성능 및 수명이 향상되어, 강건한 연결부 및 전도체를 필요로 하는 새로운 고-내구성 적용예를 주도할 것으로 예상된다. 이러한 경향은 비용, 성능, 및 배터리 팩 내의 다른 구성요소의 신뢰성뿐만 아니라 이러한 구성요소를 이용하여 배터리 팩을 조립하는 효율적인 방법을 보다 중요하게 생각할 것이다.
배터리 팩 내의 전기적 인터커넥트 및 배터리 모니터링 시스템(BMS)은 성능 및 구성요소 비용에 중점을 두는 2개의 분야이다. 많은 통상적인 배터리 팩은 복잡한 피쳐(feature)를 가지는 부피가 큰 금속 판을 이용하여 조립된다. 이러한 금속 판은 팩 내의 개별적인 배터리 전지를 인터커넥트하기 위해서 그리고 팩의 이러한 전지들 및/또는 단자들 사이에서 전류를 이송하기 위해서 이용된다. 판은 흔히, 과-전류 및 열 폭주에 대해서 개별적인 전지를 보호하도록 설계된, 별개의 퓨즈 또는 연결부 와이어를 이용하여 개별적인 전지에 배선된다. 이러한 퓨즈 와이어는 취약하고 현장에서 전형적으로 마주하는 응력 및 진동 조건 하에서 파괴되기 쉽다. 또한, 각각의 판은 자가-지지(freestanding) 구성요소로서 전지에 전형적으로 부착된다. 이러한 개별화된 조립은 비용을 상승시키고 팩 제조의 전체적인 복잡성을 증가시키고, 이는 다시 배터리 팩의 안전성 및 강건한 성능에 부정적인 영향을 미친다.
배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로 및 이러한 인터커넥트 회로를 형성하는 그리고 이러한 회로를 배터리 전지에 연결하는 방법이 제공된다. 인터커넥트 회로는 전도성 층 및 하나 이상의 절연 층을 포함할 수 있다. 전도성 층은 접촉 패드를 형성하는 개구부로 패터닝될 수 있고, 그에 따라 각각의 패드가 상이한 배터리 전지 단자에의 연결을 위해서 이용된다. 일부 실시예에서, 각각의 접촉 패드는 접촉 패드와 동일한 전도성 층으로부터 형성된 가용성(fusible) 링크에 의해서 전도성 층의 나머지에 부착된다. 가용성 링크는 이러한 접촉 패드로의 그리고 그로부터의 전류 유동을 제어한다. 절연 층이 전도성 층에 적층되어 접촉 패드에 대한 지지를 제공한다. 절연 층이 또한 개구부로 패터닝되고, 이는 접촉 패드와 전지 단자 사이의 전기적 연결부가 절연 층 내의 개구부를 통해서 형성될 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로를 형성하는 방법은 전도성 층 내에 전도성 층 개구부의 세트를 형성하는 단계를 포함한다. 세트 내의 전도성 층 개구부가 둘 이상의 연결 탭에 의해서 서로로부터 분리된다. 예를 들어, 4개의 전도성 층 개구부가 4개의 연결 탭에 의해서 분리될 수 있고, 하나의 탭이 인접한 층 개구부들의 각각의 쌍 사이에 위치될 수 있다. 전도성 층 개구부의 세트 및 둘 이상의 연결 탭이 전도성 층의 영역을 둘러싸고 형성한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 영역은 복수의 전도성 탭, 리드, 또는 인터커넥트 회로의 다른 전도성 피쳐를 포함하는, 접촉 패드 섬(island)일 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 층 개구부의 복수의 세트가 동시에 동일한 전도성 층 상에 형성된다. 예를 들어, 각각의 세트가 접촉 패드들 중 상이한 하나의 접촉 패드에 상응할 수 있다. 전도성 층 개구부의 세트를 형성한 후에, 둘 이상의 연결 탭은 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지한다. 일부 실시예에서, 둘 이상의 연결 탭이 전도성 층의 영역 주위에 균일하게 분포되어 균일한 지지를 제공할 수 있다.
그러한 방법은 전도성 층 개구부의 세트를 가지는 전도성 층을 지지 층에 대해서 적층하는 단계로 진행될 수 있다. 전도성 층을 지지 층에 적층한 이후에, 지지 층은 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지한다. 그에 따라, 그러한 개구부로부터의 지지가 필요치 않을 때, 둘 이상의 연결 탭의 일부 또는 전부가 제거될 수 있다. 전도성 층의 영역에 대한 전기적 연결부를 제공하기 위해서 하나 이상의 연결 탭이 전체적으로 또는 부분적으로 보유(retain)될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
그러한 방법은 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계로 진행될 수 있다. 구체적으로, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계는 전도성 층 개구부의 세트를, 전도성 층의 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸고 형성하는 연속적인 전도성 층 채널로 전환한다. 일부 실시예에서, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 동안, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 다른 하나가 보유된다. 이러한 보유된 연결 탭을 이용하여, 전도성 층의 영역을 전도성 층의 다른 부분과 상호 연결할 수 있다. 이러한 보유된 연결 탭이 가용성 링크로서 동작될 수 있고, 전도성 층의 영역과 전도성 층의 다른 부분 사이의 전류 레벨을 제한할 수 있다. 일부 실시예에서, 연속적인 전도성 채널은 보유된 탭에서 종료된다. 이러한 실시예에서, 연속적인 전도성 채널은 개방 링 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계는 둘 이상의 연결 탭의 전부를 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 전도성 층의 영역이 전도성 층의 다른 부분에 연결되지 않고 유지될 수 있다. 예를 들어, 영역은, 복수의 접촉 패드를 포함하는 자립형(standalone) 섬일 수 있다.
일부 실시예에서, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계는 또한 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나에 적층된 지지 층의 적어도 하나의 지지 층 부분을 제거한다. 예를 들어, 지지 층은, 추후에 제거되고, 일부 실시예에서, 다른 층, 예를 들어 제2 절연 층으로 교체되는, 일시적으로 분리 가능한 라이너일 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들어 지지 층 부분을 제거하는 것에 의해서 지지 층 내에 만들어진 임의 개구부는 인터커넥트 회로의 결과적인 구조에 영향을 미치지 않는데, 이는 지지 층이 추후에 제거되기 때문이다. 대안적으로, 지지 층이 인터커넥트 회로의 일부로서 보유될 수 있다. 구체적으로, 지지 층이 제1 절연 층으로서 동작될 수 있고 인터커넥트 회로의 일부를 유지할 수 있다. 이러한 경우에, 제거된 지지 층 부분이 인터커넥트 회로의 부분이 된다. 일부 실시예에서, 제거된 지지 층 부분이 층 내에 개구부를 남긴다. 그러나, 이러한 개구부는 층의 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 동안, 지지 층은 실질적으로 손상되지 않고 유지된다. 적어도 하나의 연결 탭을 제거하기 위해서 이용되는 기술은, 일부 실시예에서 이러한 제거된 연결 탭이 지지 층에 적층될 수 있음에도 불구하고, 지지 층에 영향을 미치지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 제1 절연 층을 전도성 층에 적층하는 단계를 포함한다. 이러한 적층은, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계 이후에 실시될 수 있다. 적층 이후에, 전도성 층이 제1 절연 층과 지지 층 사이에 배치된다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층을 전도성 층에 적층한 후에, 방법은 전도성 층으로부터 지지 층을 제거하는 단계를 포함한다. 전도성 층은 이제 제거될 수 있는데, 이는 전도성 층 및 그 구성요소가 적층 이후에 제1 절연 층에 의해서 지지되기 때문이다. 대안적으로, 지지 층이 인터커넥트 회로의 일부로서 보유될 수 있고 다른 절연 층(예를 들어, 제2 절연 층)으로서 동작될 수 있다.
제1 절연 층을 전도성 층에 적층하는 단계에 앞서서, 제1 절연 층이 제1 절연 층 슬릿을 포함할 수 있다. 이러한 슬릿을 이용하여, 제1 절연 층의 일부, 예를 들어 접촉 패드를 추후에 둘러싸는 부분의 가요성을 증가시킬 수 있다. 제1 절연 층을 전도성 층에 적층한 후에, 제1 절연 층 슬릿이 연속적인 전도성 층 채널의 경계 내에 배치된다. 일부 실시예에서, 슬릿은, 제1 절연 층을 전도성 층에 적층한 후에, 예를 들어, 전도성 층 채널을 통해서 형성된다. 보다 구체적으로, 슬릿은 지지 층을 전도성 층으로부터 제거한 후에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 절연 층을 전도성 층에 적층하는 것에 앞서서, 제1 절연 층이 제1 절연 층 개구부를 포함한다. 제1 절연 층을 전도성 층에 적층한 후에, 절연 층 개구부 중 적어도 하나가 전도성 층의 영역과 중첩된다. 구체적으로, 전도성 층의 영역의 연부가 제1 절연 층에 의해서 지지된다. 이러한 경우에, 제1 절연 층 개구부를 가짐에도 불구하고, 제1 절연 층이 영역의 모든 연부에 대해서 지지를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층 개구부는, 전체 영역 또는 그 일부를 점유할 수 있는, 접촉 패드에 대해서 정렬되거나, 더 구체적으로, 센터링된다.
일부 실시예에서, 지지 층을 전도성 층으로부터 제거하는 단계 이후에, 그 방법은 또한, 전도성 층이 제1 절연 층과 제2 절연 층 사이에 배치되도록, 제2 절연 층을 전도성 층에 대해서 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. 지지 층은 제2 절연 층에 의해서 효과적으로 교체된다. 이러한 실시예에서, 제1 절연 층은 제1 절연 층 개구부를 포함할 수 있고, 제2 절연 층은 제1 층 개구부와 부분적으로 중첩되는 제2 절연 층 개구부를 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 목적을 위해서, "중첩"이라는 용어는 공통 표면의, 예를 들어 절연 층 중 하나와 대면하는 전도성 층의 표면의 투사체들(projections)의 중첩을 지칭한다. 그에 따라, 2개의 중첩되는 피쳐는, 제1 절연 층의 개구부 및 제2 절연 층의 개구부와 같이, 서로 직접적으로 접촉할 것을 필요로 하지 않는다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로가 히트 싱크에 추가적으로 결합된다. 보다 일반적으로, 인터커넥트 회로가 히트 싱크에 열적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전도성 층의 일부가 히트 싱크와 직접적으로 계면을 형성할 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층을 지지 층에 적층하는 단계에 앞서서, 방법은, 기저부 하위층(sublayer) 및 표면 하위층을 가지는 전도성 층을 형성하는 단계를 포함한다. 기저부 하위층은 표면 하위층과 다른 조성을 갖는다. 예를 들어, 기저부 하위층이 알루미늄으로 형성될 수 있는 한편, 표면 하위층은 알루미늄 이외의 재료, 예를 들어 더 내산화적이고 및/또는 전기 연결부를 형성하기가 더 용이한 재료로 형성될 수 있다. 형성 동작은 기저부 하위층 위에 표면 하위층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 층은 인터커넥트 회로 내의 제1 절연 층 또는 제2 절연 층 중 적어도 하나와 직접적으로 접촉한다.
일부 실시예에서, 전도성 층을 형성하는 단계는 또한 기저부 하위층 위에 그리고 표면 하위층 형성에 앞서서 중간 하위층을 형성하는 단계를 포함한다. 기저부 하위층 및 표면 하위층의 각각의 조성은 중간 하위층의 조성과 상이할 수 있다. 중간 하위층은, 예를 들어, 기저부 하위층과 표면 하위층 사이의 확산을 방지하기 위해서 그리고, 예를 들어, 기저부 하위층과 표면 하위층의 재료의 합금화를 방지하기 위해서, 이용될 수 있다.
또한, 배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로가 제공된다. 인터커넥트 회로는 전도성 층 및 제1 절연 층을 포함할 수 있다. 전도성 층이 영역 및 그러한 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸고 형성하는 연속적인 전도성 채널을 포함할 수 있다. 전도성 층은 기저부 하위층 및 표면 하위층을 포함할 수 있다. 기저부 하위층 및 표면 하위층은 상이한 조성들을 갖는다. 기저부 하위층이 알루미늄을 포함할 수 있다. 제1 절연 층이 전도성 층의 표면 하위층에 적층된다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층이 제1 절연 층 개구부를 포함한다. 제1 절연 층 개구부 중 적어도 하나가 전도성 층의 영역과 적어도 부분적으로 중첩된다. 일부 실시예에서, 기저부 하위층은 표면 하위층 보다 적어도 10배 더 두껍다.
일부 실시예에서, 영역은 다중 접촉 패드를 포함한다. 이러한 접촉 패드는, 접촉 패드를 형성하는 어떠한 개구부도 가지지 않는 영역의 연속적인 시트의 일부일 수 있다. 이러한 경우에, 영역은 전도성 층 섬으로서 보여질 수 있다. 대안적으로, 영역 자체가 접촉 패드이다. 이러한 경우에, 영역은 전압 리드, 가용성 링크, 등과 같은, 전도성 층의 여러 부분에 의해서 동일한 전도성 층의 하나 이상의 다른 영역에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층의 영역의 연부가 제1 절연 층에 의해서 지지된다. 이러한 경우에, 제1 절연 층 개구부의 적어도 하나는 전도성 층의 영역과 적어도 완전히 중첩되고, 그에 따라 전도성 층의 연부가 개구부를 통해서 연장되지 않는다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로는 또한 전도성 층에 적층된 제2 절연 층을 포함하고, 그에 따라 전도성 층이 제1 절연 층과 제2 절연 층 사이에 배치된다. 제2 절연 층은 제2 절연 층 개구부를 포함할 수 있다. 제2 절연 층 개구부 중 적어도 하나가 제1 절연 층 개구부 중 적어도 하나와 중첩된다. 기저부 하위층이 부가적인 표면 하위층 및 표면 하위층 사이에 배치되도록, 전도성 층이 부가적인 표면 하위층을 포함할 수 있다. 제2 절연 층이 전도성 층의 부가적인 표면 하위층에 적층될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 절연 층은 전도성 층에 대향하는 제2 절연 층의 표면을 형성하는 접착 하위층을 포함한다. 제1 절연 층은 전도성 층에 대향하는 제1 절연 층의 표면을 형성하는 접착 하위층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층은 하나 이상의 부가적인 전도성 층 채널을 포함한다. 하나 이상의 부가적인 전도성 층 채널의 각각이 접촉 패드들 중 다른 하나를 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 부가적인 전도성 층 채널이 전도성 층의 영역의 일부일 수 있다. 이러한 영역 내의 접촉 패드가 서로 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층은 또한 영역과 전도성 층의 나머지 부분 사이에서 연장되고 전기적으로 상호 연결하는 가용성 링크를 포함한다. 가용성 링크는 전도성 층의 영역과 전도성 층의 나머지 부분 사이의 전류 레벨을 제한하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전도성 층 채널은 전도성 층 채널의 단부들 사이에 배치된 가용성 링크를 가지는 개방 링의 형상을 갖는다. 가용성 링크가 2 미만의 폭 대 두께 비율을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 가용성 링크가 제1 절연 층에 적층된다.
일부 실시예에서, 제1 절연 층이 복수의 슬릿을 포함한다. 복수 슬릿이 연속적인 전도성 채널과 중첩되고 슬릿의 경계 내에 배치된 제1 절연 층의 부분의 가요성을 개선한다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층의 이러한 영역은 전도성 층의 영역의 접촉 패드와 중첩된다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층은 전도성 층 채널과 중첩되어 배치된 적어도 하나의 탭 개구부를 포함한다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로는 전도성 호일의 영역과 접촉 지점의 세트 사이에서 연장되는 전압 모니터링 트레이스를 포함한다. 전압 모니터링 트레이스의 적어도 일부는, 그러한 영역에 적층되는 제1 절연 층의 부분에 대해서 접힐 수 있는 제1 절연 층의 부분에 대해서 적층된다.
여러 실시예가 이하의 구체적인 설명 및 첨부 도면에서 개시된다.
도 1a는 일부 실시예에 따른, 원통형 배터리 전지의 어레이의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 1b는 일부 실시예에 따른, 절연 층의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 1c는 배터리 전지의 단자에 대한 절연 층 내의 개구부의 정렬을 설명하기 위한, 원통형 배터리 전지의 어레이 위에 배치된 절연 층의 예를 도시한 가상의 평면 개략도이다.
도 1d는 일부 실시예에 따른, 전도성 층의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 1e는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 1f는 일부 실시예에 따른, 2개의 인터커넥트 회로와 상호 연결된 배터리 전지를 포함하는 배터리 팩의 측면 개략도이다.
도 1g는 일부 실시예에 따른, 하나의 인터커넥트 회로가 배터리 전지의 양 세트에 연결되는 3개의 인터커넥트 회로를 이용하여 상호 연결된 배터리 전지의 2개의 세트를 포함하는 다른 배터리 팩의 측면 개략도이다.
도 2i의 (a)는 일부 실시예에 따른, 절연 층의 일부의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 2i의 (b)는 일부 실시예에 따른, 접촉 패드를 포함하는 접촉 층의 일부의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 2i의 (c) 및 도 2ii의 (d)는 일부 실시예에 따른, 상이한 인터커넥트 회로들의 평면 개략도이다.
도 2ii의 (e)는 일부 실시예에 따른, 절연 층에 의해서 지지되는 가용성 링크의 횡단면적 개략도이다.
도 2iii의 (f) 및 도 2iii의 (g)는 일부 실시예에 따른, 여러 제조 스테이지 중의 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 2iii의 (h)는 일부 실시예에 따른, 접촉 패드의 가요성을 보여주는 도 2iii의 (g)에 또한 도시된 인터커넥트 회로의 횡단면적 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른, 전기 모니터링 및 제어 트레이스를 포함하는 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로를 가지는 배터리 팩의 측면 개략도이다.
도 5a는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지의 어레이의 평면 개략도이다.
도 5b는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 5c는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 5d는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 5e는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 5i의 (f) 및 도 5i의 (g)는 일부 실시예에 따른, 회로를 제조하는 상이한 스테이지들에서 인터커넥트 회로를 이용한 각주형 배터리 전지의 단자의 상호 연결을 도시한 측면 개략도이다.
도 6a는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지의 다른 어레이의 평면 개략도이다.
도 6b는 일부 실시예에 따른, 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 6c는 일부 실시예에 따른, 전기 모니터링 및 제어 트레이스를 포함하는 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 6d는 일부 실시예에 따른, 전기 모니터링 및 제어 트레이스를 포함하는 2-층 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 7a 내지 도 7d 각각은, 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로를 가지는 각주형 배터리 전지의 단자의 상호 연결을 도시한, 측면, 평면, 측면 및 측면 개략도이다.
도 8a는 일부 실시예에 따른, 배터리 전지의 그룹의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 8b는 배터리 전지의 단자에 대한 절연 층 내의 개구부의 정렬을 설명하기 위한, (도 8a에 도시된) 원통형 배터리 전지의 그룹 위에 배치된 절연 층의 예를 도시한 가상의 평면 개략도이다.
도 8c는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 8d는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 다른 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 8e 내지 도 8f는 일부 실시예에 따른, 적층된 배터리 전지의 어레이 및 인터커넥트 회로의 다양한 배열을 도시하는 측면 개략도이다.
도 8g는 일부 실시예에 따른, 배터리 전지에 대한 접촉의 근접부에서의 인터커넥트 회로의 평면(상부) 개략도이다.
도 8h는 일부 실시예에 따른, 배터리 팩의 예를 도시하는 분해 개략도이다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로를 형성하는 방법에 상응하는 프로세스 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10c는 일부 실시예에 따른, 전도성 층의 여러 예를 도시하는 측면 개략도이다.
도 11i의 (a)는 일부 실시예에 따른, 접촉 패드를 가지는 전도성 층의 일부의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 11i의 (b)는 일부 실시예에 따른, 지지 층의 일부의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 11i의 (c)는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 11ii의 (d)는 일부 실시예에 따른, 접촉 패드를 가지는 전도성 층의 일부의 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 11ii의 (e)는 일부 실시예에 따른, 지지 층의 일부의 다른 예를 도시하는 평면 개략도이다.
도 11ii의 (f)는 일부 실시예에 따른, 다른 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 12a 및 도 12b는 일부 실시예에 따른, 상이한 인터커넥트 회로들의 평면 개략도이다.
도 13a는 일부 실시예에 따른, 제2 절연 층의 예를 도시하는 평면적 개략도이다.
도 13b는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 평면 개략도이다.
도 13c는 일부 실시예에 따른, 도 13b의 인터커넥트 회로의 측면 개략도이다.
도 14a 내지 도 14c는 일부 실시예에 따른, 상이한 인터커넥트 회로들의 측면 개략도이다.
도 15a 내지 도 15c는 일부 실시예에 따른, 전도성 층 및 하나 이상의 절연 층을 각각 포함하는 상이한 적층체들의 측면 개략도이다.
여기에서 설명되는 기술의 일부 실시예에 관한 전술한 설명뿐만 아니라 전술한 요지는 첨부 도면과 함께 읽을 때 보다 잘 이해될 것이다. 여기에서 설명되는 기술을 설명하기 위한 목적으로, 일부 실시예를 도면에 도시하였다. 그러나, 여기에서 설명되는 기술은 첨부 도면에 도시된 배열 및 수단으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 또한, 도면의 구성요소는 실제 축척(scale)이 아니고, 하나의 구성요소의 다른 구성요소에 대한 상대적인 크기는 그러한 상대적인 크기를 요구하는 것으로 이해되거나 해석되지 않아야 한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
본 개시 내용의 실시예에 관한 다음의 구체적인 설명은, 첨부 도면과 함께 읽을 때 보다 잘 이해될 것이다. 그리고, 명백하게 배제하지 않는 한, 본원에서 사용된 바와 같은, 단수형으로 인용된 그리고 부정관사("a" 또는 "an")가 선행하는 요소 또는 단계가 그러한 요소 또는 단계의 복수형을 배제하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 또한, "일 실시예"에 대한 언급이, 인용된 특징을 또한 포함하는 부가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다. 또한, 명백하게 반대로 기술되어 있지 않는 한, 특별한 성질을 가지는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는", "포괄하는", 또는 "가지는" 실시예가 그러한 성질을 가지지 않는 부가적인 그러한 요소를 포함할 수 있을 것이다.
소개
많은 현대의 배터리 팩은, 상호 연결될 필요가 있고 배터리 팩의 단자에 연결될 필요가 있는 많은 전지를 포함한다. 예를 들어, 미국 캘리포니아 팔로알토에 소재하는 Tesla Corporation에 의해서 제조되는 Model S는 수천개의 18650 배터리 전지를 갖는다. 많은 배터리 적용예의 성공은 종종 강건하고, 신뢰 가능하며, 저렴한 인터커넥트 회로망에 의존한다. 일부 인터커넥트 회로는, 전지 단자에 연결되고 복수의 전지를 가로질러 연장되는 강성 금속 판을 이용한다. 이러한 판이 큰 전류를 전달할 수 있고 기계적 지지를 위해서 이용될 수 있지만, 이러한 판은 제조하는데 있어서 그리고 배터리 단자에 연결하는데 있어서 고가이다. 또한, 강성도는 종종 전지와 판 사이의 상대적인 이동과 간섭할 수 있고, 결과적으로 전기 연결의 상실을 초래할 수 있다.
가요성 인터커넥트 회로는 보다 신뢰할 수 있는 전기 연결을 제공할 수 있고, 보다 용이하게 제조할 수 있고, 보다 용이하게 전지 단자에 연결할 수 있으며, 보다 용이하게 팩 내로 설치(fit)될 수 있다. 가요성 회로는 또한 이하에서 더 설명되는 바와 같은 용융 기능을 제공할 수 있다. 일부 가요성 인터커넥트는 인쇄 회로를 이용한다. 그러나, 그러한 회로는 일반적으로 저전류 적용예로 제한된다. 구체적으로, 전도성 요소의 두께는 마스크-및-식각 능력에 의해서 제한되고, 이는 고종횡비 피쳐 및 두꺼운 층에 대해서는 일반적으로 적합하지 않다. 또한, 두꺼운 층에서 요구되는 긴 식각은 가요성 회로의 생산 비용을 높인다. 동시에, 많은 현대의 배터리 전지는, 예를 들어 급속 충전 또는 급속 방전 중에, 약 10 내지 200 A의 전류에서 동작될 수 있다. 이는, 다시, 비교적 두꺼운 전도성 층(예를 들어, 70 내지 1000 미크론)의 이용을 필요로 한다.
또한, 고전류를 위해서 요구되는 과다 두께는, 제어된 횡단면적을 가지는 퓨즈 또는 가용성 링크를 형성하기 어렵게 만든다. 가용성 링크는, 링크를 통한 전류가 특정 문턱값을 초과할 때, 배터리 전지와 인터커넥트 회로 사이의 연결을 파괴하기 위해서 이용될 수 있다. 두꺼운 전도성 층을 식각하는 것에 의해서 가용성 링크를 형성할 때, 제어된 좁은 트레이스를 마스크 작업(mask) 및 식각하는 것이 어려울 수 있다. 구체적으로, 식각이 이용될 때, 식각 중의 과다한 언더커팅을 방지하기 위해서, 최소 트레이스 폭이 일반적으로 금속 두께 보다 4배 내지 5배 더 넓다. 예를 들어, 140 미크론 두께의 전도성 층을 이용하여, 적어도 560 내지 700 미크론 너비의 트레이스(가용성 링크)를 형성할 수 있으며, 이는 일부 적용예에서 과도할 수 있다.
배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로가 제공된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로는 전도성 층 및 하나 이상의 절연 층을 포함한다. 예를 들어, 전도성 층이 2개의 절연 층들 사이에 배치될 수 있다. 하나의 또는 양 절연 층은, 전도성 층을 배터리 전지 단자에 결합하기 위한 개구부를 가질 수 있다. 전도성 층은 접촉 패드 또는 일부 다른 피쳐를 형성하는 개구부로 패터닝될 수 있다. 다른 배터리 전지 단자에 연결하기 위해서 각각의 접촉 패드가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 접촉 패드가 가용성 링크에 의해서 전도성 층의 나머지에 부착된다. 가용성 링크는 접촉 패드와 동일한 전도성 층으로부터 형성된다. 가용성 링크는 이러한 접촉 패드로의 그리고 그로부터의 전류 유동을 제어하고, 전류가 설정 문턱값을 초과할 때, 파괴된다. 일부 실시예에서, 전도성 층이 기저부 하위층 및 표면 하위층을 포함할 수 있다. 표면 하위층이 (배터리 전지 단자 및 절연 층에 대한) 기계적 연결 및 (배터리 전지 단자에 대한) 전기적 연결을 보다 잘 형성하도록, 표면 하위층의 조성이 선택될 수 있다. 기계적 지지 및 전도성 층을 통한 전류의 대부분의 전도를 위해서 기저부 하위층이 이용될 수 있다. 그에 따라, 기저부 하위층의 두께가 표면 하위층의 두께 보다 실질적으로 더 두꺼울 수 있다(예를 들어, 약 5 내지 10000 배 더 두꺼울 수 있다).
또한, 인터커넥트 회로를 형성하는 그리고 이러한 회로를 배터리 전지에 연결하는 방법이 제공된다. 그러한 방법은 전도성 층을 형성하는 단계 또는, 보다 구체적으로, 기저부 하위층 상에 표면 하위층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 전도성 층 내에 제1 개구부의 복수의 세트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 전도성 층 내의 개구부가 2개의 상이한 동작 중에 형성된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 구체적으로, 제1 전도성 층 개구부가 제1 동작 중에 형성되는 한편, 제2 전도성 층 개구부는 별개의 동작 중에 형성된다. 이러한 2개의 동작들 사이에서, 지지 층이 전도성 층에 적층되어 지지를 제공하고, 제2 전도성 층 개구부가 형성될 때, 여러 구조물들 사이에서 정합을 유지한다. 또한, 제1 전도성 층 개구부가 형성될 때, 이러한 구조물은, 제1 전도성 층 개구부의 형성 이후에 전도성 층 내에서 잔류하는 연결 탭들에 의해서, 양호하게 지지된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 이러한 연결 탭들의 일부 또는 전부는 제2 동작 중에 추후에 제거된다.
인터커넥트 회로 및 배터리 팩의 예
일부 실시예에서, 본원에서 설명되는 인터커넥트 회로를 이용하여, 전지의 대향 측면들 상에서 상이한 단자들을 가지는 배터리 전지의 그룹을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 원통형 배터리 전지는 원통형 형상의 하나의 단부 상의 일 단자(예를 들어, 양의 단자) 및 대향 단부 상의 다른 단자를 가질 수 있다. 그룹 내의 배터리들 사이의 연결이 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬 연결의 다양한 조합일 수 있다. 또한, 동일한 인터커넥트 회로를 이용하여 배터리 전지의 상이한 그룹들을 상호 연결할 수 있다.
어레이로 또한 지칭될 수 있는, 그룹(101)으로 배열된 배터리 전지(100)의 예가 도 1a에서 평면도로 도시되어 있다. 구체적으로, 도 1a는 전지(100)의 상단 측면 및 하단 측면 상에서 상이한 극성을 가지는 원통형 전지일 수 있는 배터리 전지(100)를 도시한다. 이러한 측면은 양의 측면 및 음의 측면으로서 지칭될 수 있다. 그룹(101) 내의 각각의 전지(100)의 배향에 따라서, 그룹(101)의 상단 표면이 모든 양의 측면, 모든 음의 측면, 또는 양의 측면과 음의 측면의 다양한 조합으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 하위그룹 내의 전지들(100)의 배향이 동일하도록, 그룹(101)이 둘 이상의 하위그룹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1a는 각각의 하위그룹 내에 12개의 전지를 가지는 5개의 하위그룹을 가지는 그룹(101)을 도시한다. 하위그룹(110 및 120)은 이러한 도면에서 구체적으로 식별된다. 하위그룹(110)에서, 모든 전지들은 그들의 양의 측면들이 위쪽을 향한다. 다른 한편으로, 하위그룹(120)에서, 모든 전지들은 그들의 음의 측면들이 위쪽을 향한다. 배터리 팩 내로 배열될 때, 각각의 하위그룹(110 및 120) 내의 전지(100)가 (적어도 각각의 하위그룹 내에서) 병렬로 연결될 수 있다. 동시에, 하위그룹(110 및 120)이 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 연결은 이하에서 더 설명되는 바와 같이 동일한 인터커넥트 회로에 의해서 형성될 수 있다. 당업자는, 여러 가지의 전지의 다른 배향 및 상호연결 체계가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 배터리 전지(100)는 리튬-이온, 리튬 폴리머, 니켈 금속 수소화물, 니켈 카드뮴, 납 산, 또는 다른 재충전 가능 전지이다. 배터리 전지(100)의 형상 인자(form factor)는 10180, 10280, 10440 ("AAA 전지"), 14250, 14500 ("AA 전지"), 14650, 15270, 16340, 17340 ("R123 전지"), 17500, 17670, 18350, 18500, 18650, 19670, 25500 ("C 전지"), 26650, 및 32600 ("D 전지"), 또는 맞춤형-기하형태의 전지일 수 있다.
그룹(101)으로 배열된 배터리 전지(100)는, 적어도 전도성 층 및 절연 층을 포함하는, 동일한 인터커넥트 회로에 의해서 상호연결된다. 도 1b는 일부 실시예에 따른, 인터커넥트 회로의 절연 층(150)을 도시한다. 절연 층(150)은, 인터커넥트 회로가 배터리 전지에 연결될 때 그러한 배터리 전지의 단자와 정렬되는, 절연 층 개구부(155)를 포함한다. 그에 따라, 개구부(155)의 위치는 배터리 팩 내의 전지의 위치에, 보다 구체적으로 전지 단자의 위치에 의존한다. 개구부(155)의 크기는, 전지 단자가 전도성 층에 대한 전기 연결을 만들기 위해서 개구부(155) 내로 돌출하게 할 정도로 충분할 수 있다. 일부 실시예에서, 개구부(155)의 크기는 전지(100)의 직경의 25% 내지 250%, 보다 구체적으로 50% 내지 150%이다. 개구부(155)의 형상은 개구부를 통해서 돌출되는 전지 단자의 형상과 유사할 수 있다. 개구부(155)는, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 절연 층(150)을 전도성 층에 적층하기에 앞서서 형성될 수 있다. 개구부(155)는, 비제한적으로, 펀칭, 평상 다이 절단, 합치-금속 다이 절단(match-metal die cutting), 수형/암형 다이 절단, 회전식 다이 절단, 레이저 절단, 레이저 삭마, 워터젯 절단, 가공, 또는 식각을 포함하는 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 층(150)은, 절연 층(150)의 가요성을 개선하기 위해서 이용되는 부가적인 개구부, 예를 들어 특별한 방향을 따른 굽힘부를 갖는다. 이러한 부가적인 개구부는 도 2i의 (c) 및 도 2ii의 (d)를 참조하여 이하에서 더 설명되는 바와 같은, 예를 들어, 슬롯의 형태일 수 있다.
절연 층(150)의 두께는 1 미크론 내지 500 미크론 또는, 더 구체적으로, 10 미크론 내지 125 미크론일 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 층(150)은 하나의 또는 양 표면 상에 배치된 접착 하위층을 포함한다. 예를 들어, 접착 하위층은, 추후에 전도성 층으로 적층되는 절연 층(150)의 표면을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 전지와 대면되는 절연 층(150)의 표면이 배터리 전지에 결합하기 위한 접착 하위층을 포함한다.
절연 층(150)은 전기적 격리 및 기계적 지지를 전도성 호일 층 그리고, 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로의 다른 층에 제공한다. 일부 실시예에서, 절연 층(150)이 시트 또는 롤 형태로 초기에 프로세스될 수 있고, 예를 들어, 접착 재료를 이용하여 전도성 층에 후속하여 적층될 수 있다. 절연 층(150)은, 비제한적으로, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 에틸 비닐 아세테이트(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리아미드(PA) 또는 폴리비닐 부티랄(PVB)을 포함할 수 있다. 개구부(155) 및 이하에서 더 설명되는 (접촉 패드와 같은) 전도성 층의 피쳐의 왜곡을 최소화하도록, 절연 층(150)의 조성 및 두께가 선택될 수 있다. 이러한 왜곡은 인터커넥트 회로의 제조 중에, 인터커넥트 회로를 배터리 전지에 연결하는 동안, 그리고 배터리 팩의 동작 중에 발생될 수 있다. 구체적으로, 절연 층(150)은, 전도성 층의 각각의 접촉 패드가 배터리 전지와 적절하게 정렬되도록 보장하는데 도움이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로는 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 더 도시되고 설명되는 바와 같은 제2 절연 층을 포함한다. 이러한 실시예에서, 전도성 층은 2개의 절연 층들 사이에 배치된다. 배터리 전지에 연결될 때, 제1 절연 층이 전지와 전도성 층 사이에 배치될 수 있는 한편, 제2 절연 층은 배터리 팩의 다른 요소로부터의 전도성 층의 전기적 격리를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 패드의 상단부 또는 전도성 층의 다른 외부 표면에 대한 전기적, 광학적, 및/또는 기계적 접근을 허용하도록, 제2 절연 층이 개구부로 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 제2 절연 층이 접촉 패드 위에서 개구부로 패터닝되어, 접촉 패드를 배터리 전지의 단자에 접촉하는 동안 접촉 패드에 대한 접근을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 접근은, 비제한적으로, 레이저 용접, 저항 용접, 또는 초음파 용접을 포함하는 기계적 접합 프로세스를 단순화하는데 도움이 될 수 있다. 또한, 인터커넥트 회로를 배터리 전지의 지지 프레임과 같은, 배터리 팩의 다른 구성요소에 결합하기 위해서, 제2 절연 층이 접착 하위층 또는, 보다 구체적으로, 패터닝된 접착 하위층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 접착 하위층은 기계적 압력, 열, UV 활성화, 등을 이용한다.
도 1c는 전지(100)의 그룹(101) 위에 배치된 절연 층(150)의 가상의 예이다. 절연 층(150)과 전지(100) 사이의 배향을 보다 잘 이해할 수 있도록, 전도성 층을 도 1c에 도시하지 않았다. 구체적으로, 각각의 전지 단자가 절연 층 개구부 중 하나와 정렬된다. 이러한 예는 가상의 것인데, 이는, 인터커넥트 회로가 전지(100)로 연결되기 전에, 절연 층(150)이 전도성 층에 일반적으로 적층되기 때문이다. 연결이 만들어진 후에, 절연 층(150)이 전지(100)와 전도성 층 사이에 배치되고, 절연 층 개구부(155)를 통해서 연결이 이루어진다.
도 1d는 전도성 층(140)의 가상의 예이다. 이러한 예는 가상적인 것인데, 이는, 접촉 패드(160) 및 가용성 링크(170)와 같은 피쳐가 형성된 전도성 층(140)이, 일시적으로 분리 가능한 라이너 또는 절연 층일 수 있는 지지 층에 의해서 일반적으로 지지되기 때문이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 전도성 층(140)은 접촉 패드(160)를 포함한다. 일부 실시예에서, 접촉 패드(160)는 가용성 링크(170)에 의해서 전도성 층(140)의 나머지에 연결된 전기-격리된 섬의 형상을 갖는다. 호일 섬을 가로지르는 전류의 경로 길이를 최소화하도록, 가용성 링크(170)가 구성될 수 있다. 예를 들어, 가용성 링크(170)는 그러한 가용성 링크가 직렬로 연결되는 하위그룹을 향해서 배향될 수 있다. 도 1d는 가용성 링크(170)의 배향의 하나의 예를 도시한다. 당업자는, 전도성 층(140) 내의 전류의 가장 균일한 분배를 달성하기 위한 배향과 같은, 여러 가지 다른 배향이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1d는 서로 전기적으로 격리된, 3개의 상이한 섬(142a, 142b, 및 142c)을 가지는 전도성 층(140)을 도시한다. 142a, 142b, 및 142c의 각각은 리드를 통해서 및/또는 배터리 전지를 통해서 배터리 팩 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 전도성 호일 섬(142a, 142b, 및 142c)이 도 1d에서 직사각형 형상을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 실제로 이러한 섬은, 배터리 전지가 적절하게 상호 연결될 수 있게 하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 이러한 섬의 형상 변경에 대한 하나의 이유는, 전도성 층(140)에 걸친 저항 전력 손실을 감소시키기 위한 것이다. 다른 이유는, 접촉 패드(160)의 면적을 증가시키는 것에 의해서 수득(yield)을 개선하는 것일 수 있다. 다른 이유는, 팩 내의 배터리 전지의 밀도를 최대화 또는 최적화하는 것일 수 있다. 또 다른 이유는, 전체적인 인터커넥트 회로 내의 기계적 응력의 감소 및/또는 인터커넥트 회로의 제조 프로세스의 단순화일 수 있다.
전도성 층(140)은, 전력 손실이 낮은 상태로 전류가 호일을 통해서 유동할 수 있게 하기에 충분할 정도로 전도적인(예를 들어, 전도도가 106 S/m 초과 또는 심지어 107 S/m 초과한다) 임의의 전도적 재료로 형성될 수 있다. 배터리 팩으로부터의 총 전력 출력의 백분율로서, 전도성 층 내에서 손실되는 저항 파워 손실은 각각의 하위그룹 내의 배터리 전지의 (도 1a에 도시된 바와 같은) 열(column)의 수의 제곱에 비례하여 증가되는 경향이 있다. (배터리 팩의 다른 설계상의 제약에 의해서 결정될 수 있는 바와 같은) 충분히 많은 수의 전지 열을 허용하면서 이러한 전력 손실을 최소화하기 위해서, 일부 실시예에서, 전도성 층(140)이 구리를 포함하고 약 35 내지 350 미크론 사이의 두께를 갖는다. 대안적으로, (예를 들어, 동일한 도전도(conductance)를 위한) 구리에 대한 비용 및 중량을 감소시키기 위해서, 전도성 층(140)이 50 내지 2000 미크론의 두께 범위의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 구리 대신에 알루미늄을 이용하는 것은 또한 최소의 달성 가능한 퓨즈 전류 정격을 낮추는데 도움이 될 수 있는데, 이는 구리에 대비한 알루미늄의 높은 비저항 및 낮은 용융 온도 때문이다.
일부 실시예에서, 저항 파워 손실을 최소화하기 위해서 전도성 층(140)은 비교적 두꺼운 층일 수 있다. 예를 들어, 20A의 최대 단락 지속시간 전류를 가질 수 있고, 약 30 밀리미터의 전지 열-대-열 간격을 가질 수 있으며, 그리고 전도성 층의 단일 알루미늄 부분에 의해서 전지의 6개의 열을 병렬로 연결하는 것이 바람직한, 원통형 전지의 경우에, 층 내의 최대 전력 손실이 전체 어레이 전력의 1%를 초과하는 것을 방지하기 위해서 이러한 층의 두께가 적어도 250 미크론일 수 있다. 다른 것은 동일한 예에서 전도성 층(140)을 위해서 구리가 사용되는 경우에, 그 두께가 약 160 미크론일 수 있다. 유사하게, 300A의 최대 단락 지속시간 전류를 가질 수 있고, 8 밀리미터의 전지 열-대-열 간격을 가질 수 있으며, 그리고 전도성 층(140)의 단일 알루미늄 부분을 이용하여 3개의 각주형 전지가 병렬로 연결되는, 각주형 배터리 전지의 경우에, 버스 내의 최대 전력 손실이 전체 어레이 전력의 1%를 초과하는 것을 방지하기 위해서 전도성 층의 두께가 약 250 미크론일 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 호일의 복수의 층을 이용하여 배터리 전지들의 단자들 사이의 희망 도전도를 제공할 수 있다. 더 두꺼운 호일의 단일 섬이, 동일한 전체 횡단면적을 가지는 더 얇은 호일의 복수의 층 보다 실질적으로 낮은 가요성을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층(140)은, 낮은 전기 접촉 저항을 제공하기 위한 및/또는 내식성을 개선하기 위한 표면 하위층 또는 코팅을 포함할 수 있다. 표면 하위층은, 비제한적으로, 납땜, 레이저 용접, 저항 용접, 초음파 용접, 전도성 접착제를 이용한 결합, 또는 기계적 압력을 포함하는 기술/재료를 이용하여, 전기적 상호 연결부를 형성하는 것을 보조할 수 있다. 이러한 연결 방법을 위한 적합한 표면을 제공할 수 있는 표면 하위층은 비제한적으로, 주석, 납, 아연, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 금, 인듐, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 구리, 이들의 합금, 유기 땜납 보존제(OSP) 또는 다른 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 표면 하위층이 다른 수단을 통해서 스퍼터링, 도금, 냉간 용접, 또는 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 하위층의 두께는 0.05 미크론 내지 10 미크론, 보다 구체적으로, 0.1 미크론 내지 2.5 미크론의 범위일 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 표면 하위층의 상단부 상의 유기 땜납 보존제(OSP)의 코팅의 부가는 표면 하위층 자체가 시간 경과에 따라 산화되는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.
전도성 층(140)의 기저부 하위층이 알루미늄 또는 그 합금을 포함할 때, 표면 하위층이 이용될 수 있다. 보호부가 없는, 알루미늄의 노출된 표면은, 절연적인 자연 산화물을 형성하는 경향이 있다. 그러한 산화물은 산소 또는 수분의 존재 시에 용이하게 형성된다. 이러한 경우에 장기간 안정적인 표면을 제공하기 위해서, 표면 하위층이 산소 및/또는 수분의 내부-확산을 저지할 수 있다. 예를 들어, 아연, 은, 주석, 구리, 니켈, 크롬, 또는 금 도금이, 알루미늄 함유 기저부 층 상의 표면 층으로서 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 층(140)이 납땜 가능하다. 전도성 층(140)이 알루미늄을 포함할 때, 알루미늄이 기저부 하위층으로서 배치될 수 있는 한편, 표면 하위층은, 땜납의 용융 온도 보다 높은 용융 온도를 가지는 재료로 제조될 수 있다. 그렇지 않은 경우에, 표면 하위층이 회로 결합 중에 용융된다면, 산소가 표면 하위층을 통해서 침투할 수 있고 기저부 하위층 내의 알루미늄을 산화시킬 수 있다. 이는 다시 2개의 하위층들의 계면에서 전도도를 감소시킬 수 있고 잠재적으로 기계적 접착의 손실을 유발할 수 있다. 그에 따라 150 내지 300℃ 범위의 온도에서 도포되는 많은 납땜의 경우에, 표면 하위층이 아연, 은, 팔라듐, 백금, 구리, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 또는 금으로 형성될 수 있다. 전도성 층(140)의 여러 하위층의 부가적인 특징이 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 이하에서 더 설명된다.
도 1e는 전도성 층(140) 및 본 도면에서 전도성 층(140) 아래에 배치된 절연 층(150) 모두를 보여주는, 인터커넥트 회로(130)의 개략도이다. 절연 층(150)의 일부가 (예를 들어, 섬들 사이에서) 전도성 층의 경계 외부로 연장된다. 또한, 절연 층(150)의 부분이, 접촉 패드(160)를 부분적으로 둘러싸는 전도성 층(140) 내의 개구부를 통해서 확인될 수 있다.
도 1f는 일부 실시예에 따른, 2개의 인터커넥트 회로(130a 및 130b)를 포함하는 배터리 팩 조립체(103)의 측면 개략도이다. 배터리 전지들(100)은 하위그룹(110 및 120)의 각각의 하나 내에서 인터커넥트 회로(130a)에 의해서 병렬로 상호 연결된다. 또한, 하위그룹(110 및 120)은 인터커넥트 회로(130b)에 의해서 직렬로 상호 연결된다. 인터커넥트 회로(130a 및 130b)는 전지(100)의 다른 측면들 상에 배치되고 전지(100)의 다른 단자들에 연결된다. 인터커넥트 회로(130a)는, 하위그룹(110 및 120) 내에서 그리고 그 사이에서 전기 연결을 허용하기 위해서, 인터커넥트 회로(130b)에 대해서, 측방향으로 시프트될 수 있거나, 조정된 패턴을 가질 수 있다. 그에 따라, 대향 측면들 상에서 상이한 극성들을 가지는 배터리 전지의 단일 층에 의해서 형성된 배터리 팩이 2개의 인터커넥트 회로, 예를 들어 해당 전지 층의 각각의 측면 상의 하나의 인터커넥트 회로를 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 전지가 동일한 측면 상에서(예를 들어, 상단 커버 상에서) 양(both) 단자를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 동일한 인터커넥트 회로를 이용하여 배터리 전지의 이러한 층을 상호 연결할 수 있다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 절연 층(150a)이 인터커넥트 회로(130a) 내에서 전지(100)와 전도성 층(140a) 사이에 배치된다. 유사한 방식으로, 절연 층(150b)이 인터커넥트 회로(130b) 내에서 전지(100)와 전도성 층(140b) 사이에 배치된다. 절연 층(150a 및 150b)이 각각 그러한 절연 층(150a 및 150b) 내의 개구부를 통한 전지(100)와 전도성 층(140a 및 140b) 사이의 전기적 연결을 형성할 수 있게 하지만, 절연 층(150a 및 150b)은, 각각의 전도성 층(140a 및 140b)이, 다른 전위를 가질 수 있는, 전지의 다른 부분과 접촉되는 것으로부터 보호할 수 있다.
도 1g는 인터커넥트 회로(130b)를 이용하여 상호 연결된 배터리 전지의 2개의 그룹(101a 및 101b)을 포함하는 배터리 팩 조립체(103)의 다른 예의 개략도이다. 인터커넥트 회로(130b)가 2개의 그룹(101a 및 101b)을 상호 연결할 뿐만 아니라 각각의 그룹 내의 전지를 상호 연결한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 구체적으로, 그룹(101a) 내의 배터리 전지가 인터커넥트 회로(130b) 및 인터커넥트 회로(130a)를 이용하여 상호 연결되는 한편, 그룹(101b) 내의 배터리 전지가 인터커넥트 회로(130b) 및 인터커넥트 회로(130c)를 이용하여 상호 연결된다.
상호 연결 회로의 접촉 패드 면적의 예
이제, 접촉 패드에 근접한 전도성 층 및 절연 층의 구체적인 특징을 도 2i의 (a) 내지 도 2iii의 (h)를 참조하여 설명할 것이다. 도 2i의 (a)는 절연 층 개구부(155) 및 슬롯(220)을 가지는 절연 층(150)의 부분을 도시한다. 전술한 바와 같이, 상호 연결 회로의 제조 중에 절연 층 개구부와 정렬된 접촉 패드에 접근하기 위해서 절연 층 개구부(155)가 이용된다. 슬롯(220)은 광학적 피쳐이고, 그에 따라, 쇄선으로 도시되어 있다. 슬롯(220)을 이용하여, 개구부(155) 주위의 절연 층(150)의 부분의 가요성을 개선할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 2ii의 (d)를 참조하여 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 다른 피쳐를 이용하여 이러한 가요성을 개선한다.
도 2i의 (b)는 일부 실시예에 따른, 접촉 패드(160)를 가지는 전도성 층(140)의 부분을 도시한다. 이러한 실시예에서, 접촉 패드(160)는, 접촉 패드(160)의 경계를 형성하는 전도성 층 채널(210)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 전도성 층 채널(210)은 부분적으로 개방된 링 구조물의 형상을 갖는다. 전도성 층 채널(210)의 단부가 가용성 링크(170)에 의해서 분리되고, 그러한 가용성 링크는 접촉 패드(160)를 전도성 층(140)의 나머지 부분과 연결한다. 전도성 층 채널(210) 및 가용성 링크(170)는 선택적인 피쳐이고, 일부 실시예에서, 예를 들어, 도 5a 및 도 5b에서 도시되고 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 접촉 패드(160)는 전도성 층 상에서 구체적으로 형성되어 있지 않다.
도 2i의 (c)는 일부 실시예에 따른, 전도성 층(140) 및 절연 층(150)을 가지는 인터커넥트 회로(130)의 부분을 도시한다. 이러한 개략적인 평면도에서, 전도성 층(140)이 절연 층(150) 위에 도시되어 있다. 절연 층(150)의 일부가 전도성 층 채널(210)을 통해서 확인될 수 있다. 슬롯(220)이 절연 층(150) 내에서 이용될 때, 도 2i의 (c)에 도시된 바와 같이, 이러한 슬롯(220)이 전도성 층 채널(210)의 경계 내에 배치될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 이러한 도면은 절연 층(150)에 의해서 지지되는 접촉 패드(160)를 또한 도시한다. 사실상, 절연 층(150)의 일부가 접촉 패드(160)의 경계를 지나서, 이러한 예에서 슬롯(220)까지 돌출된다. 또한, 절연 층(150)의 일부가 접촉 패드 아래로 (절연 층 개구부가 이러한 도면에서 보이지 않기 때문에, 도 2i의 (c)에서 쇄선으로 도시된 절연 층 경계(159)에 의해서 표시된) 절연 층 개구부까지 연장된다.
배터리 전지(100)와의 전기적 접촉을 형성하기 위해서 접촉 패드(160)에서 충분히 큰 노출된 전도성 층(140)의 영역을 유지하면서, 충분한 기계적 지지가 접촉 패드에 제공되도록, 절연 층 개구부와 접촉 패드(160) 사이의 중첩의 정도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 10 내지 20 밀리미터 직경인 접촉 패드(160)의 경우에, 절연 층 경계(159)가 접촉 패드(160)의 연부로부터 약 1 내지 5 밀리미터에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 접촉 패드(160)가 눌릴 수 있도록 그리고 절연 층 개구부 내로 돌출하고 배터리 전지 단자와 직접적으로 접촉될 수 있도록, 절연 층(150)의 두께가 결정된다. 다시 말해서, 접촉 패드(160)의 일부는, 개구부 내로 돌출될 수 있게 하는 곡선형(비평면형) 형상을 갖는다. 예를 들어, 절연 층(150)이 10 내지 50 미크론 두께일 수 있는 한편, 접촉 패드(160)의 직경이 약 5 내지 20 밀리미터일 수 있다. 이러한 각각의 자릿수(order of magnitude)의 치수에서, 전도성 층(140)의 파열이 없이, 전도성 층(140)이 배터리 전지 단자의 평면까지 돌출될 수 있다. 이러한 실시예에서, 접촉 패드(160)의 연부가 절연 층 개구부를 둘러싸는 절연 층(150)의 일부에 부착되어 유지될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 절연 층(150)은 또한, 접촉 패드(160)가 절연 층 개구부 내로 돌출될 때, 변형될 수 있다.
일부 실시예에서, 절연 층 개구부가 배터리 전지 단자와 접촉하지 않도록, 절연 층 개구부가 충분히 크다. 그 대신에, 배터리 전지 단자가 개구부 내로 돌출하고 접촉 패드(160)와 접촉된다. 접촉 패드(160)는 이러한 실시예에서 실질적으로 평면형으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 절연 층 개구부(155)의 크기가 배터리 전지의 단자의 직경의 101 내지 120 퍼센트일 수 있다.
접촉 패드(160), 가용성 링크(170), 및 절연 층(150)의 형상 및 패터닝을 변경하여 기계적 응력을 감소시킬 수 있거나, 일부 경우에, 배터리 전지 단자에 대한 가용성 링크(170) 및 전기 접촉의 진동 저항을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 2i의 (c)에 도시된 바와 같이, 가용성 링크(170)가 작은 횡단면을 가질 때(예를 들어, 낮은 퓨즈 전류 정격이 요구될 때), 절연 층(150)의 일부가 가용성 링크(170)에 인접하여 위치되어 기계적 지지를 제공할 수 있다. 이는, 가용성 링크(170)가 제조, 설치, 및 동작 중에 손상없이 유지되도록 보장하는 것을 도울 수 있다. 전도성 층 채널(210)(슬롯(220)의 단부들 사이의 거리 - 도 2i의 (c)에 도시된 바와 같은 WCL)의 폭 대 가용성 링크(170)의 폭의 비율이 약 1.5 내지 100, 보다 구체적으로 1.5 내지 5일 수 있다. 다른 실시예에서, 절연 층(150)의 부분이 가용성 링크(170)에 부착되지 않고, 가용성 링크(170)가 독립적으로 지지되어(freestanding) 유지된다.
앞서서 주목한 바와 같이, 슬롯(220)을 이용하여 접촉 패드(160) 주위의 절연 층(150)의 부분에 가요성을 부가할 수 있다. 다시 말해서, 슬롯(220)은 인터커넥트 회로(130)의 주위 부분에 대한 접촉 패드(160)의 수직 및/또는 측방향 운동의 자유도를 제공한다. 이러한 부가적인 가요성은 배터리 전지 단자에 대한 접촉 패드(160)의 전기적 연결을 촉진하는데 있어서 그리고, 일부 경우에, 연결에서의 응력 수준을 감소시키는데 있어서 도움을 줄 수 있다.
슬롯(220)은 선택적인 피쳐이다. 일부 실시예에서, 도 2ii의 (d)에 도시된 바와 같이 절연 층(150) 내로 패터닝된 슬릿(230)의 세트에 의해서 가요성이 대안적으로 제공될 수 있다. 슬릿(230)은, 배터리 팩의 제조 중에(예를 들어, 전기 연결이 형성되기 전에) 배터리 전지에 대한 접촉 패드(160)의 적절한 정렬을 여전히 유지하면서, 충분한 정도의 접촉 패드(160)의 수직 및/또는 측방향 운동을 허용한다. 일부 실시예에서, 슬릿(230)에 의해서 점유되는 면적은 전도성 층 채널(210)을 점유하는 절연 층(150)의 면적의 약 1 내지 40%, 보다 구체적으로, 전도성 층 채널(210)을 점유하는 절연 층(150)의 면적의 약 5 내지 10%일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2iii의 (f)에 도시된 바와 같이, 가용성 링크(170)의 길이(X 축을 따른 치수)가 증가되어, 접촉 패드(160)와 인터커넥트 회로(130)의 주위 부분 사이의 상대적인 운동의 부가적인 자유를 제공할 수 있다. 이는 접촉 패드(160)에 보다 큰 가요성을 제공한다.
도 2iii의 (f)는 슬롯(220)의 2개의 부분을 분리하는 슬롯 탭(240)과 함께 인터커넥트 회로를 부분적으로 제조된 상태로 도시한 개략도이다. 슬롯 탭이 추후에 펀치 이용과 같은 추가적인 프로세스 중에 제거됨에 따라, 그러한 슬롯 탭(240)이 파열 가능한 탭으로서 또한 지칭될 수 있다. 슬롯 탭(240)은, 예를 들어, 접촉 패드(160)를 배터리 전지 단자에 대해서 정렬하면서 그리고 심지어 접촉 패드(160)와 단자 사이의 전기적 연결을 형성하면서, 절연 층(150)의 일부에 대한 지지를 제공한다. 슬롯 탭(240)이 그 이후에 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 패드(160)를 단자를 향해서 누르면서 슬롯 탭(240)을 제거할 수 있다. 사실상, 단자를 향해서 접촉 패드(160)에 힘을 가하는 것이 슬롯 탭(240)을 파열시키거나 관통시킬 수 있다. 슬롯 탭(240)의 제거는, 예를 들어 도 2iii의 (h)에 도시된 바와 같이, 접촉 패드(160)의 부가적인 이동 자유를 제공한다.
전압 모니터링 트레이스(Voltage Monitoring Trace)를 가지는 인터커넥트 회로의 예
도 3a는 일부 실시예에 따른, 전압 모니터링 트레이스(310)를 포함하는 인터커넥트 회로(130)의 예를 도시한다. 전압 모니터링 트레이스(310)는 또한 전도성 층(140)의 일부이다. 또한, 전도성 층의 다른 섬, 온도 모니터링 장치, 안전 장치, 등과 같은, 배터리 팩의 다른 구성요소에 연결될 수 있는 보조 트레이스(320)가 또한 도시되어 있다.
전압 모니터링 트레이스(310)의 각각이 전도성 층(140)의 섬(142a, 142b, 및 142c) 중 상이한 하나의 섬에 연결된다. 보다 구체적으로, 전압 모니터링 트레이스(310)의 각각 및 섬(142a, 142b, 및 142c) 중 상응하는 하나의 섬이 단일체 구조물을 형성한다. 모든 전압 모니터링 트레이스(310) 및 모든 섬(142a, 142b, 및 142c)이 동일한 초기 층으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 충전 및 방전 중에, 전압 모니터링 트레이스(310)를 이용하여 섬(142a, 142b, 및 142c)의 전압을 조사할 수 있다. 대안적으로, 개별적인 섬(142a, 142b, 및 142c)에 대한 독립적인 연결을 포함하는 임의의 다른 전기적 목적을 위해서, 전압 모니터링 트레이스(310)를 이용할 수 있다.
전압 모니터링 트레이스(310)가 와이어 하네싱(wire harnessing), 퓨즈, 표면 실장 구성요소, 집적 회로 또는 다른 장치에 연결하기 위해서 접촉 지점(330)에서 종료될 수 있다. 유사하게, 보조 트레이스(320)를 이용하여, 구성요소를 전력 전달 회로망에 직접적으로 배선하지 않고, 표면 실장 구성요소 또는 다른 장치를 인터커넥트 회로(130)에 연결할 수 있다. 이러한 연결은 서미스터 또는 다른 센서와 같은 장치의 경우에 유용할 수 있다. 전압 모니터링 트레이스(310) 및/또는 보조 트레이스(320)는, 내장형 퓨즈로서 작용할 수 있는 트레이스를 따른 좁은 영역을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전압 모니터링 트레이스(310)는, (예를 들어, 트레이스 길이, 폭, 및/또는 두께를 변경하는 것에 의해서) 소정 정도의 전력 전달 능력을 제공하도록 충분히 전도적으로 제조될 수 있다. 전압 모니터링 트레이스(310)는 섬(142a 내지 142c)과 동일한 전도성 시트로부터 패터닝될 수 있거나, 상응하는 섬(142a 내지 142c)과 함께 단일체 구조물을 형성할 수 있다. 전압 모니터링 트레이스(310)는 배터리 전지 하위-그룹의 충전 및 방전 상태의 정밀한 제어를 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 전력 팩(power pack) 내의 상이한 전지 그룹들 사이의 불균형적인 충전 또는 과소충전의 경우에, 전력 IC 또는 부동 커패시터를 이용하여 충전 전류를 전압 모니터링 트레이스(310)를 통해서 배터리 전지의 개별적인 하위-그룹으로 선택적으로 라우팅(route)할 수 있다. 전기적 분리가 배터리 모듈 수준에서 선택적으로 제공되어, 전력 IC가 선택적인 충전 프로세스 중에 과다하게 높은 전압에 노출되지 않게 보장한다. 유사하게, 과다 충전의 경우에, 전력 IC 또는 분로 저항을 이용하여, 전압 모니터링 트레이스(310)를 통해서 개별적인 배터리 하위-그룹으로부터 전하를 선택적으로 뽑아낸다(bleed).
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130)의 가요적인 성질은 회로망의 하나 이상의 부분의 접힘을 허용한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같은 전압 모니터링 트레이스(310) 및 보조 트레이스(320)가 배터리 팩 내에서 배터리 전지 어레이의 측면에 대해서 접힐 수 있다. 이러한 접힘은 팩의 전체적인 에너지 밀도를 유지하거나 심지어 높이는데 도움이 될 수 있다. 절연 층(150)을 이용하여, 인터커넥트 회로(130)의 접힌 부분과 배터리 전지의 패키징 사이의 전기적 격리를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130)가, 대향 측면 상에서 배터리 전지에 부착되는 것에 더하여, 회로의 일 측면 상에서 하우징 또는 히트 싱크에 부착되거나 결합될 수 있다. 예를 들어, 인터커넥트 회로(130)가 0.5 내지 5-mm-두께의 알루미늄 섬에 부착되어, 인터커넥트 회로(130) 및/또는 배터리 전지(100) 내의 주울 가열로 인한 동작 중의 온도 상승을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 하우징 및/또는 히트 싱크를 이용하여 인터커넥트 회로(130)에 기계적 지지를 제공할 수 있다. 하우징 및/또는 히트 싱크가 홀의 어레이로 패터닝되어 (예를 들어, 용접을 위한 또는 환기 경로를 제공하기 위한) 배터리 전지에 대한 접근을 허용할 수 있다. 인터커넥트 회로(130)와 히트 싱크 및/또는 하우징 사이의 전기적 격리를 제공하기 위해서, 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 제2 절연 층이 절연 층(150)에 반대되는 쪽의 전도성 층(140)의 측면 상에서 배치될 수 있다. 제2 절연 층은, 히트 싱크 및/또는 하우징에 대한 인터커넥트 회로(130)의 부착을 돕기 위한 접착 하위층을 포함할 수 있다.
도 3b는 일부 실시예에 따른, 접히고, 둘러싸이고, 및/또는 굽혀질 수 있는 인터커넥트 회로(130)의 다른 예를 도시한다. 이러한 인터커넥트 회로(130)는, 예를 들어, 양 및 음의 단자가 전지의 상이한 단부들 상에 배치될 때, 동일한 배터리 전지의 양 및 음의 단자 모두에 대한 전기적 연결을 형성하기 위해서 이용될 수 있다. 인터커넥트 회로(130)는 중간 영역(360)에 의해서 분리된 2개의 세트(350 및 355)를 포함할 수 있다. 중간 영역(360)은 배터리 전지의 길이(예를 들어, 18650 배터리 전지의 경우에 65 mm)에 대략적으로 상응하는 폭(예를 들어, 세트(350)와 세트(355) 사이의 거리)을 가질 수 있다. 2개의 세트(350 및 355)의 각각의 접촉 패드(160)의 패턴이 동일할 수 있다. 그러나, 2개의 세트(350 및 355)가 서로 오프셋되어, 인터커넥트 회로(130)가 배터리 전지에 일단 연결되었을 때, 완성된 직렬-병렬 연결을 허용할 수 있다.
인터커넥트 회로(340)의 중간 영역(360)을 이용하여 전압 모니터링 트레이스(310)를 그리고, 일부 실시예에서, 보조 트레이스(320)를 반송할 수 있다. 일부 실시예에서, 전압 모니터링 트레이스(310)의 도전도가 충분히 높아서, 모니터링 능력과 함께 소정 정도의 전력 전달 능력을 제공할 수 있다. 또한, 기계적 분리부를 이용하여, 인터커넥트 회로(130)가 제 위치로 접혔을 때, 중간 영역(360)과 배터리 전지 사이에 공간을 제공할 수 있다.
조사점(probe point)(380 및 385)을 이용하여, 선택적인 연장 리드를 가지는 우회 다이오드 또는 전력 트랜지스터와 같은 표면 실장 구성요소, 또는 다른 장치를 배터리 전지의 개별적인 하위-그룹의 단자를 가로질러 직접적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 하나의 단자가 조사점(380) 상에 위치되고 다른 단자가 상응하는 조사점(385) 상에 위치되는 상태로, 표면 실장 구성요소가 중간 영역(360)을 수직으로 가로질러 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 실장 우회 다이오드가 조사점(380 및 385)을 가로질러 연결되어, 배터리 충전 중에 배터리 전지의 하위-그룹에 걸친 전압이 특정 문턱값 수준을 초과하는 경우에, 충전 전류를 위한 우회 경로를 제공할 수 있다.
도 3b에 도시된 인터커넥트 회로(130)는 대향 측면들 상에서 양 및 음의 단자를 가지는 배터리 전지들을 상호 연결하기 위해서 이용되는 모든 회로망 구성요소를 포함한다. 모든 구성요소를 동일한 인터커넥트 회로 내로 통합하는 것은 배터리 팩 조립 프로세스를 단순화시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3b에 도시된 인터커넥트 회로(130)가 배터리 팩 내에서 이용될 때, 많은 통상적인 인터커넥트 및/또는 와이어 하니스 보다 더 적은 조립 동작들이 요구될 수 있다. 또한, 동일한 배터리 팩 내의 전지들을 상호 연결하기 위해서 이용되는 구분된 전기적 연결부의 수가 감소되며, 그에 의해서 수득 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
인터커넥트 회로를 포함하는 배터리 팩의 예
도 4a는 일부 실시예에 따른, 하우징(402), 인터커넥트 회로(130), 및 배터리 전지(100)를 포함하는 배터리 팩(400)의 측면 개략도이다. 선택적으로, 인터커넥트 회로(130)는 도 3b에서 도시되고 전술한 것과 유사할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130)는 인터커넥트 회로(130) 또는 하우징(402)의 일부일 수 있는 접착제를 이용하여 하우징(402)에 예비-적층될 수 있다. 예를 들어, 접착제가 제2 절연 층의 하위층일 수 있다. 이러한 개시 내용의 목적을 위해서, 제1 절연 층이 전도성 층과 배터리 전지 사이에 배치될 수 있는 한편, 제2 절연 층은, 전도성 층이 제1 및 제2 절연 층 사이에 배치되도록, 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 접착제가 인터커넥트 회로 표면, 하우징 표면 상에 배치될 수 있거나, 별개의 접착 코팅/도포 단계를 통해서 배치될 수 있다. 하우징(402)은, 커버(420)가 하우징의 나머지에 대해서, 보다 구체적으로, 배터리 전지(100)에 대해서 이동할 수 있게 하는 하나 이상의 경첩(410)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 경첩을 필요로 하지 않고, 커버(420)가 접힐 수 있다. 일반적으로, 커버(420)는, 인터커넥트 회로(130)에 대한 전지(100)의 전기적 연결을 완성하기에 앞서서 배터리 전지(100)를 하우징 내에 배치할 수 있게 한다. 커버(420)는 또한, 하우징(402)에 대한 인터커넥트 회로(130)의 적층 중에 하우징(402)의 내측 표면에 대한 직접적인 접근을 허용하는 것에 의해서, 하우징(402)에 대한 인터커넥트 회로(130)의 부착을 단순화시킬 수 있다.
하우징(402)은 또한, 예를 들어, 배터리 팩(400) 내의 배터리 전지의 동작 중에 배터리 전지(100)의 온도를 제어하기 위해서, 냉각 장치를 수용할 수 있다. 대안적으로, 하우징(402) 자체가 히트 싱크일 수 있거나 히트 싱크를 포함할 수 있으며, 그러한 히트 싱크는 배터리 팩 동작 중에 인터커넥트 회로(130) 및/또는 배터리 전지(100)로부터 열을 회수할 수 있다. 예를 들어, 하우징(402)의 벽 및 덮개가 0.5 내지 5 mm 두께의 알루미늄(또는 다른 열 전도성 재료)으로 구축되어, 인터커넥트 회로(130) 및/또는 배터리 전지(100)를 위한 히트 싱크를 제공할 수 있다. 앞서서 설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제2 절연 층이 인터커넥트 회로(130) 내로 통합되어, 인터커넥트 회로(130)와 하우징(402) 사이의 전기적 격리를 제공할 수 있다. 하우징(402)은 또한, 예를 들어, 배터리 팩(400) 내의 배터리 전지의 동작 중에 배터리 전지(100)를 제 위치에서 유지하기 위해서, 기계적 랙킹(racking)을 수용할 수 있다. 이러한 장치는 배터리 팩(400) 조립의 여러 스테이지 중에 하우징(402) 내로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩(400)은 하우징(402) 내부에 배치된 전자기 차폐부(430)를 포함할 수 있다. 전자기 차폐부(430)를 이용하여 전자기적 잡음이 인터커넥트 회로(130)의 모니터링 및 제어 회로망에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 차폐부(430)가 인터커넥트 회로(130)의 일부이다. 예를 들어, 절연 층이, 배터리 전지(100)를 상호 연결하기 위해서 이용되는, 제2 전도성 층과 원래의 전도성 층 사이에 배치되도록 제2 전도성 층을 절연 층의 대향 측면에 적층시키는 것에 의해서, 전자기 차폐부(430)가 형성될 수 있다.
인터커넥트 회로(130)를 이용하여 배터리 전지(100)를 상호 연결하기에 앞서서, 배터리 팩(400)의 분리된 버전이 조립될 수 있다. 예를 들어, 절연 재료의 시트가 인터커넥트 회로(130)와 배터리 전지(100) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 특징은 배터리 전지(100)가 분리된 상태에서 배터리 팩(400)을 저장 및/또는 운송하는데 도움을 줄 수 있고, 그에 따라 저장 및/또는 운송 중에 배터리 전지(100)가 에너지를 상실하지 않도록 또는 불안정하게 되지 않도록 보장한다. 또한, 하우징 걸쇠(440)가 내장형 안전 피쳐를 가질 수 있고, 그러한 안전 피쳐는 걸쇠가 외부 신호에 응답하여 개방될 수 있게 하고, 그에 의해서 팩/모듈 내의 모든 배터리 전지(100)의 즉각적인 분리를 초래할 수 있다.
일부 실시예에서, 하우징(402)은 인터커넥트 회로(130)에 접근하기 위한 개구부(424)의 어레이를 포함할 수 있고, 예를 들어, 인터커넥트 회로(130)와 배터리 전지(100) 사이의 전기적 연결을 형성할 수 있다. 이러한 전기적 연결은, 예를 들어, 레이저 용접기, 저항 용접기, 초음파 용접기, 및 납땜 장비를 이용하여 이루어질 수 있다. 이러한 연결은, 예를 들어 커버(420)가 하우징(402)의 나머지에 대해서 하강된 후에, 형성될 수 있다. 또한, 개구부(424)를 이용하여, 예를 들어 전기적 연결부(450)를 통해서, 배터리 팩(400) 외부로 전류 또는 전기 신호를 전달할 수 있다. 이어서, 전기적 연결부(450)를 와이어 하니스에 연결할 수 있다.
각주형 배터리 전지를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로의 예
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로가 동일 측면 상에서 양 단자를 가지는 전지를 위한 전기적 인터커넥트로서 이용될 수 있다. 그러한 전지의 일부 예는 직사각형 전지, 각주형 전지, 파우치 전지, 또는 다른 유사 전지를 포함한다. 도 5a는 일부 실시예에 따른, 선형 어레이로 배열된 전지(100)의 그룹(101)의 평면적 개략도를 도시한다. 전지(100)는 배터리 전지(100)의 상단부 표면 상에서 양의 단자(510) 및 음의 단자(520) 모두를 구비한다. 배터리 전지(100)가 도 5a에서 2개의 단자만을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 실제로, 전지(100) 내의 기준 전위를 측정하기 위한 단자 및/또는 전극(예를 들어, 리튬 이온 전지 내의 리튬 기준 전극에 연결된 단자)과 같은, 임의 수의 단자와 배터리 전지(100)를 상호 연결하기 위해서 및/또는 배터리 전지를 모니터링하기 위해서, 인터커넥트 회로가 이용될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 선택적으로, 단자(510 및 520)가 접촉 패드, 강성 범프, 또는 가요성 호일 탭을 포함할 수 있다. 도 5a에 도시된 예에서, 4번째 전지마다 단자가 180도 회전되도록, 배터리 전지(100)가 배향된다. 배터리 전지(100)의 배열체는, 예를 들어, 팽창을 수용하기 위해서(그리고, 예를 들어, 일부 경우에 전지 상에서 접촉 압력을 유지하기 위해서) 전지들 사이에 및/또는 얇은 포옴의 시트들(sheets of foam) 사이에 냉각 핀(fin)을 수용하기 위한, 인접한 전지들의 쌍들 사이의 갭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 핀이 인터커넥트 회로의 전도성 층에 열적으로 결합될 수 있다.
전지들(100)을 상호 연결할 수 있는 인터커넥트 회로(130)가 도 5b의 평면도에서 개략적으로 도시되어 있다. 절연 층(150)이 전도성 층(140)과 전지(100) 사이에 배치되도록, 인터커넥트 회로(130)가 전도성 층(140) 및 절연 층(150)을 포함한다. 전도성 층(140)은 전기적으로-격리된 섬(142a, 142b, 및 142c)의 세트를 포함한다. 절연 층(150)이 개구부로 패터닝되어 배터리 전지 단자와 전도성 층(140) 사이의 또는, 보다 구체적으로, 배터리 전지 단자와 전기적으로-격리된 섬(142a, 142b, 및 142c)의 세트 사이의 연결을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 섬(142a, 142b, 및 142c)의 각각이 접촉 패드의 어레이를 포함할 수 있고, 그러한 접촉 패드의 어레이는 연속적인 층의 일부일 수 있거나 전도성 층 개구부에 의해서 부분적으로 둘러싸이고 가용성 링크에 의해서 섬(142a, 142b, 및 142c)의 나머지에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5c의 평면도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 인터커넥트 회로(130)는 전압 모니터링 또는 다른 회로망을 포함한다. 전압 모니터링 트레이스(310)는 또한 전도성 층(140) 내에 포함될 수 있다. 전압 모니터링 트레이스(310)는 섬(142a, 142b, 및 142c)의 2개의 행들 사이에서 인터커넥트 회로(130)의 중앙 부분을 점유할 수 있다. 섬(142a, 142b, 및 142c)이 충분히 두꺼워서, 전도성 호일 섬(540) 내에서 작은 저항 전력 손실을 제공할 수 있다. 대안적으로, 섬(142a, 142b, 및 142c)(그리고, 결과적으로, 인터커넥트 회로(130)의 연부)이 배터리 전지(100)의 연부를 넘어서 연장되어 배터리 전지(100)의 단자들 사이에서 충분한 도전도를 제공할 수 있다. 이는 섬의 폭을 증가시키는 것에 의해서 섬(142a, 142b, 및 142c)의 도전도를 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 선택적으로, (예를 들어, 높은 에너지 밀도 적용분야를 위해서) 인터커넥트 회로(130)에 의해서 점유되는 배터리 팩의 면적을 최소화하기 위해서, 인터커넥트 회로(130)가 배터리 전지(100)의 측면을 따라서 접혀질 수 있다. 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130)가 접힌 후에 인터커넥트 회로(130)가 배터리 전지(100)의 패키징을 단락시키지 않도록, 절연 층(150)이 패터닝될 수 있다. 또한, 배터리 전지(100)의 패키징의 외부 표면이 전기적으로 절연되어 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 5d는 섬(142a 내지 142d)의 4개의 행을 포함하는 인터커넥트 회로(130)의 다른 예를 도시한다. 선택적으로, 섬(142a 내지 142d)의 각각이 그 연부에서 절연 층(150)에 부착될 수 있다. 또한, 절연 층(150)은 섬(142a 내지 142d)의 부분과 중첩되는 개구부 또는 윈도우를 포함할 수 있다. 대안적으로, 절연 층(150)이 전압 모니터링 트레이스(310) 위에서 연장되도록 설계될 수 있다. 이러한 경우에, 섬(142a 내지 142d)의 인접한 행들 사이의 정합이 전도성 층 자체를 통해서, 예를 들어, 전도성 호일의 층 내의 탭 또는 다른 연결 피쳐를 통해서 유지될 수 있다. 구체적으로, 금속 연결 탭이 라인(575) 근처의 제 위치에서 남아서 섬들(142a 및 142b) 사이의 (그리고 섬들(142c 및 142d) 사이의) 정렬을 유지할 수 있다. 일부 실시예에서, 인접한 섬들의 쌍이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그에 따라, 연결 탭을 제거할 필요가 없다. 이러한 설계는 절연 층(150)이 인터커넥트 회로의 중간 영역을 넘어서서 연장될 필요성을 배제한다. 인터커넥트 회로(130)를 배터리 전지에 부착하기 이전, 도중, 또는 이후에, 인터커넥트 회로(130)가 접힘선(575)(도 5d에서 점선으로 식별된)을 따라서 접힐 수 있다. 이러한 접힘을 이용하여 중첩되는 섬(142a 내지 142d)을 형성할 수 있다. 이어서, 희망 도전도를 성취하기 위해서, 레이저 용접, 초음파 용접, 납땜, 등과 같은 다양한 결합 기술을 이용하여 섬들(142a 내지 142d)을 전기적으로 함께 결합할 수 있다. 비록 섬(142a 내지 142d)의 4개의 행이 도 5d에 도시되었지만, 다른 실시예에서, 임의 수의 섬이 서로 상하로 접혀 희망 도전도를 제공할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
일부 실시예에서, 절연 층(150)이, 도 5e의 평면도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 일련의 슬릿(580)으로 패터닝될 수 있다. 슬릿(580)은 전도성 층(140)의 개별적인 섬(그리고 이러한 섬에 근접한 절연 층(150)의 영역)과 인터커넥트 회로(130)의 나머지 사이의 소정 정도의 기계적 분리를 허용할 수 있다. 절연 층(150) 내의 개구부는 이러한 도면에서 보이지 않고 점선(절연 층 개구부 경계(1055))에 의해서 표시되어 있다. 도 5i의 (f) 및 도 5i의 (g)의 측면도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 슬릿(580)의 잠재적인 기능은, 배터리 전지(100)의 단자(515)에 대한 전기적 연결의 형성 중에 전도성 층(140)의 섬이 접힐 수 있게 하는 것이다. 일부 실시예에서, 이는, 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접, 납땜, 전기 전도성 접착제(ECA)를 이용한 부착, 주름형성(crimping), 등과 같은, 다양한 전기적 상호 연결 방법의 구현을 단순하게 할 수 있다. 전기적 인터커넥트(590)의 형성에 이어서, 전도성 층(140) 및/또는 단자(515)가 후속하여 역으로 접혀서 인터커넥트 회로(130)의 나머지와 대략적으로 공통-평면적 상태가 될 수 있다. 이는, 배터리 팩에 의해서 점유되는 총 부피를 감소시키는 (그리고, 그에 따라, 팩의 에너지 밀도를 높이는) 장점을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 전지가 그룹 내에서 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 도 6a는 배터리 전지(100)의 그러한 그룹(101)의 개략도를 평면도로 도시한다. 양의 단자(510)가 일 측면(도 6a의 상단부) 상에 위치되고, 음의 단자(520)는 대향 측면(예를 들어, 도 6a의 하단부) 상에 위치된다. 그러한 그룹(101)을 상호 연결하도록 구성된 인터커넥트 회로(130)가 도 6b의 평면도에서 개략적으로 도시되어 있다. 구체적으로, 인터커넥트 회로(130)는, 전도성 호일의 일부인, 전기적으로-격리된 섬(142a 및 142b)의 세트를 포함한다. 패터닝된 절연 층(150)은 전도성 층(140)과 배터리 전지(100) 사이에 배치된다.
도 6c는 전압 모니터링 트레이스(310) 및 접촉 지점(330)을 가지는 인터커넥트 회로(130)의 개략적인 평면도이다. 모듈/팩 내에서 공간을 보전하기 위해서, 배터리 모듈 또는 팩 조립 중에, 전지의 측면을 따라서, 배터리 전지 바로 위에 배치되지 않는 인터커넥트 회로(130)의 영역을 선택적으로 접을 수 있다.
대안적으로, 도 6d에서 평면도로 개략적으로 도시된 바와 같이, 전압 모니터링 트레이스(310) 및 가능하게는 다른 장치가 인터커넥트 회로(130) 다음에 배치된 층상형(stacked) 가요성 회로(680)의 일부일 수 있다. 전압 모니터링 트레이스(310)가 층상형 가요성 회로(680)의 절연 층 내의 개구부로 라우팅될 수 있고, 그러한 개구부를 통해서 전도성 층(140)의 하부 섬(142)에 대한 전기 연결이 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130) 내의 섬(142)의 두께 및 층상형 가요성 회로(680)의 전압 모니터링 트레이스(310)의 두께가 개별적으로 변화되어 각각의 층의 희망 전기 도전도를 달성할 수 있다. 또한, 전압 모니터링 트레이스(310)가 비교적 큰 접촉 패드 내에서 종료될 수 있고(예를 들어, 면적이 전도성 호일의 하부 섬의 면적의 상당한 분율(fraction)이 되는 패드 내에서 종료될 수 있고), 그에 의해서 2개의 회로들 사이에서 비교적 큰-면적의 전기적 접촉을 허용할 수 있다. 작은-면적의 접촉에 비해서, 이는 접촉 저항을 감소시킬 수 있고 더 큰 전기 접촉 여분(redundancy)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전압 모니터링 트레이스(310)의 단부 상의 접촉 패드의 면적이 전도성 층(140)의 상응하는 섬의 면적의 적어도 10, 20, 50, 또는 80 퍼센트일 수 있다. 층상형 가요성 회로(680)는, 예를 들어 도 6c에 도시된 인터커넥트 회로의 예에 비해서, 배터리 팩 내에서 인터커넥트 회로(130)가 차지하는 공간을 감소시킬 수 있다. 또한, 층상형 가요성 회로(680)가 인터커넥트 회로 조립에 대한 표면 실장 구성요소 및/또는 다른 전기적 장치의 라우팅 및 부착을 단순화시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 전지가 얇은 탭 또는 호일로 제조된 단자를 포함할 수 있다. 그러한 전지의 일부 예가 각주형, 직사각형, 및/또는 파우치 배터리 전지이다. 그러한 탭의 하나의 구별되는 특성은, 이러한 탭이 용이하게 굽혀질 수 있다는 것이다. 도 7a 내지 도 7d는 인터커넥트 회로(130)와 배터리 전지(100)의 그러한 단자(515) 사이에 형성될 수 있는 전기적 연결의 여러 구성의 예를 도시한다.
도 7a에 도시된 측면 개략도에서, 인터커넥트 회로(130)는, 인터커넥트 회로(130)의 전도성 층(140) 및 절연 층(150) 내로 패터닝된 슬롯(710)을 포함한다. 배터리 전지(100)의 단자(515)가 슬롯(710)을 통해서 연장될 수 있고, 절연 층(150) 및 배터리 전지(100)로부터 멀어지는 쪽으로 대면하는 전도성 층(140)의 표면 상으로 아래로 접힐 수 있다. 단자(515) 및 전도성 층(140)이 전기적 연결(745)을 형성한다.
도 7b의 평면도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전도성 층(140)은 접촉 패드(160) 및 그러한 접촉 패드(160)를 전도성 층(140)의 나머지에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 가용성 링크(170)를 선택적으로 포함할 수 있다. 가용성 링크(170)의 수, 횡단면적, 및 길이는 전류 정격 및 전류 문턱값에 의존한다.
대안적으로, 예를 들어 도 7c의 측면도에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 인터커넥트 회로(130)가 접혀서 배터리 전지(100)의 단자(515)의 양 측면에 대한 전기 연결(745)을 형성할 수 있다. 배터리 전지(100)와 배터리 팩의 다른 구성요소의 적절한 정합을 여전히 유지하면서 인터커넥트 회로(130)의 일부가 접힐 수 있을 정도의 충분한 공간을 포함하도록, 인터커넥트 회로(130)의 레이아웃이 설계될 수 있다. 또한, 절연 층(150)이 개구부로 패터닝되어, 전도성 층(140)의 접힌 부분과 접촉되도록 배터리 전지(100)의 단자(515)가 배치될 수 있게 한다. 물리적 접촉이 일단 구축되면, 전기 연결이 전술한 기술 및 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 복수의 배터리 전지가 병렬로 연결되는 실시예에서, 이러한 연결 체계는 배터리 전지(100)의 단자(515)의 인접부 내의 인터커넥트 회로(130)를 통한 전류 유동과 연관된 전기 저항을 줄일 수 있는데, 이는 전도성 층(150)이 연속적으로 유지되기 때문이다.
일부 실시예에서, 배터리 전지(100)의 단자(515)가 도 7d에 도시된 바와 같이 접히고 전도성 층(140)의 하단부 표면에 연결될 수 있다. 이러한 하단부 표면은 배터리 전지(100) 및 절연 층(150)과 대면된다. 전도성 층(140)은 도 7d에 도시된 바와 같이 전기 연결의 지역 내에서 연속적일 수 있다. 단자(515)는 절연 층(150) 내의 개구부를 통해서 연장된다. 비제한적으로, 납땜, 레이저 용접, 저항 용접, 초음파 용접, 또는 전기 전도성 접착제를 이용한 결합을 포함하는 기술을 이용하여 전기 연결부(745)를 형성할 수 있다.
각주형 전지를 위한 편평한 형상 인자를 가지는 배터리 팩의 예
인터커넥트 회로는 또한 도 8a 내지 도 8h에 도시된 바와 같이 평면형 또는 타일형(tiled) 어레이로 각주형 배터리 전지를 상호 연결하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 개시 내용의 목적을 위해서, 타일형 어레이는, 각주형 전지의 가장 큰 면이 대략적으로 공통 평면적인 어레이를 지칭한다. 구체적으로, 도 8a는 2개의 열로 배열된 배터리 전지(100)의 그룹(101)의 순차적으로 절단된 평면도이다. 각각의 전지(100)가 양의 단자(510) 및 음의 단자(520)를 갖는다. 이하의 도면에서, 배터리 전지(100)의 그룹(101)이 인터커넥트 회로(130)를 이용하여 상호 연결된다. 인터커넥트 회로의 주요 구성요소의 특징 및 배향을 보다 잘 이해하기 위해서, 몇몇 가설적인 예를 제시하였다. 예를 들어, 도 8b는 배터리 전지의 그룹 위에 배치된 절연 층(150)의 순차적인 절단 평면도이다. 전지의 단자가 절연 층 개구부(155)와 정렬되고 그 개구부를 통해서 확인될 수 있다. 절연 층(150)은 또한, 임의의 단자와 정렬될 필요가 없고, 사실상, 전지(100)의 그룹(101)으로부터 명확할 수 있는 모니터링 지점 개구부(824)를 포함한다.
도 8c는 절연 층(150) 위에 배치된 전도성 층(140)을 가지는 인터커넥트 회로(130)의 하나의 예의 순차적인 절개 평면도이다. 전도성 층(140)은 3개의 섬(142a, 142b, 및 142c)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 각각의 섬(142a, 142b, 및 142c)이 절연 층 개구부(155) 및 모니터링 지점 개구부(824)의 분리된 세트를 커버한다. 또한, 이러한 예에서, 섬(142b)은 상응하는 절연 층 개구부(155)를 통해서 만들어진 전기적 연결에 의해서 6개의 배터리 단자들을 상호 연결한다.
도 8d는 전도성 층(140) 위에 배치된 제2 절연 층(156)을 가지는 인터커넥트 회로(130)의 하나의 예의 순차적인 절개 평면도이다. 이러한 예에서, 하나의 절연 층인, 절연 층(150)이 전도성 층(140)과 전지(100) 사이에 배치되도록, 전도성 층(140)이 2개의 절연 층들 사이에 배치된다. 이러한 절연 층은 도 8d에서 볼 수 없다. 전도성 층(140)이 제2 절연 층(156)과 전지(100) 사이에 배치되도록, 다른 절연 층인, 제2 절연 층(156)이 전도성 층(140)의 상단부 상에 배치된다. 제2 절연 층(156)은, 제1 절연 층 내의 개구부와 정렬될 수 있는 제2 절연 층 개구부(157)를 포함할 수 있다. 제2 절연 층 개구부(157)는, 전도성 층과 배터리 전지 단자 사이의 전기적 연결을 만들 때, 제2 절연 층 개구부(157)를 통해서 도 8d에서 볼 수 있는, 전도성 층에 접근하기 위해서 이용될 수 있다.
인터커넥트 회로(130)의 절연 층(150, 156)의 조성은 다른 실시예에서 설명된 전기 절연 유전체 및/또는 접착 재료 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있다. 앞서서 주목한 바와 같이, 층은 전지 단자의 위치에 상응하는 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 전지(100)와 전도성 층(140) 사이에 배치된 절연 층(150)은 인터커넥트 회로(130)를 전지에 또는, 보다 구체적으로, 배터리 전지(100)의 패키징에 기계적으로 결합 및/또는 부착하기 위한 상부 접착 하위층을 포함할 수 있다. 이러한 결합은 단자와 전도성 층 사이의 연결 지점에서의 기계적 응력을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층(150) 및 제2 절연 층(156)의 두께가 비교적 얇아서 인터커넥트 회로(130)를 통한 열 전달을 촉진하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 절연 층의 두께가 10 내지 125 미크론의 범위일 수 있다.
대안적으로, 제1 절연 층(150)은 (용접, 납땜, 접착, PSA, 등을 통해서) 배터리 전지의 패키징을 전도성 층에 직접적으로 부착하기 위한 부가적인 개구부를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 배터리 전지의 패키징이 배터리 전지의 단자로부터 전기적으로 격리될 수 있다(예를 들어, 패키징이 전기적으로 중립일 수 있다). 또한, 전도성 층은, 배터리 전지의 패키징에 결합되는 전도성 층의 다른 영역들로부터의 단자들을 상호 연결하는 전도성 층의 섬들을 전기적으로 격리시키도록, 선택적으로 패터닝될 수 있다. 이러한 배열은 (예를 들어, 인터커넥트 회로의 후방 측면을 열 제거 요소에 노출시키는 것에 의해서, 또는 인터커넥트 회로의 길이에 걸쳐 열을 전달하는 것에 의해서) 배터리 전지로부터의 열의 제거를 촉진할 수 있다. 일반적으로, 배터리 전지(100) 및 그의 단자(510, 520)가, 비제한적으로, 레이저 용접, 저항 용접, 초음파 용접, 리플로우 납땜(reflow soldering), 웨이브 솔더링, ECA를 이용한 부착 또는 (배터리 하우징의 경우에) 비전도성 접착제를 이용한 부착을 포함하는 기술을 이용하여, 인터커넥트 회로(130)에 전기적 및/또는 기계적으로 연결될 수 있다. 절연 층은 또한 전술한 바와 같이 모니터링 지점에 상응하는 개구부를 포함할 수 있다. 모니터링 지점을 이용하여 하위-어레이 전압, 표면 실장 장치의 부착, 선택적인 충전/방전 등을 모니터링할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 인터커넥트 회로(130)는, 다른 실시예에서 설명되는 바와 같이, 배터리 전지의 하단부 행을 넘어서 연장될 수 있고 부가적인 모니터링 및/또는 제어 회로망을 회로에 포함시킬 수 있다.
패터닝된 전도성 층(예를 들어, 전기적으로 격리된 섬들을 가지는 층)이 단자들의 전기적 연결을 위해서 이용될 수 있다. 도 8a 및 도 8c를 참조하면, 섬(142b)은 좌측 열 내의 배터리 전지(100)의 양의 단자와 우측 열 내의 배터리 전지의 음의 단자를 상호 연결한다. 도 8c가 섬(142a, 142b, 및 142c)의 일-차원적인 어레이를 가지는 전도성 층(140)을 도시하지만, 전도성 층(140)이 임의의 희망하는 레이아웃 또는 설계에 따라서 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 층(140)의 영역이 배터리 전지로부터 열을 제거하는 것(또는, 일부 경우에 배터리 전지로 열을 부가하는 것)을 돕기 위한 목적으로 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(140)의 영역이 개선된 열 전달을 위해서 배터리 전지의 하우징 아래에 배치될 수 있고 그리고, 선택적으로, 그러한 하우징에 직접적으로 부착될 수 있다. 또한, 저항 전력 손실을 줄이도록 및/또는 열전달을 촉진하도록, 전도성 층(140)의 두께가 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 층(140)의 두께는 25 미크론으로부터 2 mm 초과까지의 범위를 가질 수 있다.
인터커넥트 회로의 길이 및 폭이 외부 제약에 의해서 (예를 들어, 배터리 팩 또는 배터리나 배터리 팩에 의해서 전력을 공급 받는 전기 장치의 측방향 치수에 의해서) 제한되는 적용분야에서, 층상형 배열체를 채용하여 팩의 전체 에너지 저장 용량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 8e는 하나 초과의 인터커넥트 회로(130) 및 상응하는 배터리 전지(100)가 인터커넥트 회로(130)의 평면에 수직인 방향으로 층상화된 구성을 도시한다. 인터커넥트 회로(130)의 층상체를 함께 전기적으로 연결하기 위해서, 제1 인터커넥트 회로의 연부에 위치되는 전도성 호일이 인접한 인터커넥트 회로의 연부에 위치되는 전도성 호일에 부착되어 희망하는 직렬, 병렬, 또는 직렬/병렬 연결을 성취할 수 있다. 대안적으로, 도 8f는 배터리 전지(100)가 하나의 접힌 인터커넥트 회로(130)의 양 측면에 부착되는 구성을 도시한다. 예를 들어, 배터리 전지(100)가 인터커넥트 회로(130)의 전도성 층의 양 측면에 전기적으로 연결될 수 있다. 인터커넥트 회로(130)가 배터리 전지(100)의 부착 이후에 접힐 수 있거나, 배터리 전지(100)가 인터커넥트 회로에 개별적으로 부착될 때 접힐 수 있다. 다른 실시예에서, 도 8e 및 도 8f에 도시된 배열체들의 조합을 포함하여, 매우 다양한 층상형 배열체가 구현될 수 있다.
다른 실시예에서와 같이, 도 8g에 도시된 바와 같이, 인터커넥트 회로(130)를 패터닝하여 상이한 극성들을 가지는 2개의 단자에 인접하여 회로 피쳐를 제공할 수 있다. 예를 들어, 절연 층(150)을 슬롯(220)으로 패터닝하여, 인터커넥트 회로(130)와 단자 사이의 상호 연결 지역 내의 기계적 응력을 감소시키고 및/또는 진동 저항을 개선하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 전도성 층(140)을 패터닝하여 가용성 링크(170)를 형성할 수 있다. (예를 들어, 배터리 전지가 내부 단락을 형성하는 경우에) 가용성 링크(170)가 희망 퓨즈 전류에서 개방되도록, 가용성 링크(170)의 조성, 폭, 두께, 및 길이를 선택할 수 있다.
각주형 배터리 전지를 위해서 평면형 또는 타일형 구성을 이용하는 것이 배터리 팩의 다른 양태에서 장점을 제공할 수 있다. (도 8a 내지 도 8e에 도시된 바와 같은) 인터커넥트 회로(130) 및 배터리 전지(100)를 실질적으로 편평한 형상 인자를 가지는 배터리 팩으로 구현하는 것의 예가 도 8h에서 분해도로 도시되어 있다. 압축 판(840)은 구조적으로 강한 재료(예를 들어, 0.5 내지 5 밀리미터 두께의 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티탄, 또는 탄소 섬유, 등)로 제조될 수 있고, 배터리 팩(830)의 다른 구성요소에 밀봉하거나 그에 대해서 압력을 인가하기 위해서 이용될 수 있다. 팩에 걸쳐 균일한 압력을 유지하는 것을 돕기 위해서, (간결함을 위해서 도 8h에 도시되지 않은) 볼트의 어레이를 이용하여 압축 판(840)과 도 8h에 도시되지 않은 상부 압축 판 사이에서 팩을 체결할 수 있다. 예를 들어, 볼트가 배터리 전지(100)의 각각의 모서리에 배치되어 균일한 압력을 인가하는데 도움을 줄 수 있다.
등각적인(conformal) 층(850)이 비교적 연성인 재료(예를 들어, 0.5 내지 5 밀리미터 두께의 폴리우레탄 포옴, 고무, 또는 실리콘, 등)로 제조될 수 있고, 팩 내에서 균일한 압력을 유지하는데 도움을 주기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 팩 작업 중에 배터리 전지(100) 내에서 발생될 수 있는 임의의 부풀어 오름을 수용하는데 도움을 주도록, 등각적인 층(850)이 설계될 수 있다.
배터리 전지(100)는 각주형 형상 인자를 가질 수 있고, 도 8h에 도시된 z 방향에 대한 편평한 또는 타일형 배향으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 전지(100)는 소위 "파우치 전지" 등일 수 있고, 팩 두께는 3 내지 30 mm 범위일 수 있다. 또한, 배터리 전지(100)는 전지의 하나의 연부로부터 돌출되는 호일-기반의 양의 단자(510) 및 음의 단자(520)를 선택적으로 가질 수 있다. 도 8h에 도시된 분해도에서, 배터리 전지(100)가 보이지 않도록 호일 단자가 배터리 전지 위로 접혀있다. 일부 실시예에서, 배터리 전지(100)를 탭 위로 접기 전에, 단자가 인터커넥트 회로(130)에 먼저 용접되거나 달리 전기적으로 연결될 수 있고, 그 반대가 될 수도 있다. 이러한 구성은 배터리 전지(100)의 팩킹 밀도를 증가시키는데 도움을 줄 수 있다.
인터커넥트 회로(130)는 도 8b 내지 8d에서 도시된 레이아웃에 따라서 설계될 수 있다. 대안적으로, 인터커넥트 회로(130)가 전적으로 완전히 다른 레이아웃 또는 층 층상화 배열체를 가질 수 있다. 다른 실시예에서 설명된 바와 같이, 접착 층(예를 들어, 압력-감응형 접착제(PSA))이 절연 층(150)의 상부 표면 상에 코팅되어, 배터리 전지(100)의 패키징의 인터커넥트 회로(130)에 대한 부착을 제공할 수 있다. 이는 배터리 단자 상의 기계적 응력을 감소시키는 작용을 할 수 있다. 도 8h에서 도시된 사시도에서 볼 수 없는 제2 절연 층이 인터커넥트 회로(130)의 전도성 층(140)과 선택적인 열 확산부/히트 싱크(860) 사이에 배치될 수 있다. (예를 들어, 히트 싱크가 전기 전도적인 경우에) 제2 절연 층이 전도성 층(140)과 열 확산부/히트 싱크(860) 사이의 전기적 격리를 제공할 수 있다. 제2 절연 층은, 다른 실시예에서 설명된 바와 같이, 열 확산부/히트 싱크(860)에 대한 인터커넥트 회로(130)의 기계적인 부착을 돕기 위해서 접착 층을 더 포함할 수 있다.
열 확산부/히트 싱크(860)의 이용에 대한 대안으로서, 인터커넥트 회로(130)의 전도성 층(140)이, 전기 전도도를 제공하는 것에 더하여 히트 싱크로서 기능하기 위한 충분한 두께로 제조될 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(140)이 0.25 내지 3 밀리미터 두께, 또는 보다 구체적으로 0.5 내지 2 밀리미터 두께로 제조될 수 있고, 그러한 지점에서 전도성 층(140)의 열 용량이 적절하게 커서, 배터리 전지(100)로부터의 열의 임의의 급속한 유입이 회로 온도에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, (평면도로부터 볼 때) 전도성 층(140) 내의 개구부의 면적이 전도성 층(140)의 전체 면적의 비교적 작은 백분율을 점유하도록, 전도성 층(140)이 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 층의 전체 면적의 85% 초과가 전도성 층(140)에 의해서 점유되도록, 또는 보다 구체적으로, 층의 전체 면적의 95% 초과가 전도체에 의해서 점유되도록, 전도성 층(140)이 설계될 수 있다. 이는 전도성 층(140)의 히트 싱크 능력을 증가시키는 경향을 가질 것이다.
배터리 팩으로부터의 열의 제거를 돕기 위해서, 열 제거 요소(870)가 열 확산부/히트 싱크(860)와 접촉되어 또는, 선택적으로, 인터커넥트 회로(130)와 직접적으로 접촉되어 배치될 수 있다. 배터리 팩(830)으로부터 열을 제거하기 위해서 열 제거 요소가 다양한 수단에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 제거 요소(870)는 배터리 팩을 통해서 그리고 열교환기 외부로 액체 냉각제를 순환시키는 채널을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 팩(830)에 걸쳐 그리고, 최종적으로, 팩으로부터 멀리 공기를 유동시키도록, 열 제거 요소가 설계될 수 있다.
일부 실시예에서, 상부 압축 판이 열 제거 요소(870)의 위에 배치되어 배터리 팩(830)을 완성할 수 있다. 이러한 요소는 도 8g에 도시되어 있지 않다. 대안적으로, 팩 내에서 더 큰 총 에너지 저장 능력이 요구되는 경우에, 도 8g에 도시된 조립체가 부가적인 조립체와 z-방향으로 층을 이룰 수 있다. 이러한 배열체는 도 8e에 도시된 배열체와 유사할 수 있다.
(예를 들어, 도 5a 내지 도 5i의 (g) 및 도 6a 내지 도 6g에서) 가장 큰 표면들이 서로 대면하는 상태로 각주형 배터리 전지들이 층상화되는 구성에 대비할 때, 도 8a 및 도 8h에 도시된 편평형 또는 타일형 전지 구성의 잠재적인 장점은, 열전달을 위해서 배터리 전지의 가장 큰 표면에 용이하게 접근할 수 있다는 것이다. 이는 더 단순한 냉각 시스템 및 배터리 팩에 걸친 더 양호한 열적 균일성을 유도할 수 있다. 또한, 실질적으로 편평한 형상 인자를 가지는 배터리 팩(830)은 특정 자동차 및 항공기 설계에서와 같이, 낮은 팩 높이 또는 프로파일이 요구되는 적용 분야에서 장점을 제공할 수 있다.
프로세싱 예
배터리 전지들을 상호 연결하기 위한 통상적인 가요성 회로의 이용은 많은 수의 해결과제를 갖는다. 예를 들어, 배터리 전지는 예를 들어 전기/하이브리드 차량의 가속 중의, 큰 충전 및 방전 전류, 시동-정지(start-stop) 배터리 적용예, 등을 이용할 수 있다. 동시에, 개별적인 배터리 전지가, 예를 들어, 2 내지 5 V와 같은, 매우 낮은 전압에서 동작된다. 낮은 전력 손실을 유지하기에 적합한 전도성 구성요소의 횡단면적 또는, 더 구체적으로, 전도성 층의 두께가 종종 너무 두꺼워서, 이러한 층을 패터닝하기 위해서 이용되는 많은 통상적인 마스크-및-식각 기술은 그 이용을 불가능하게 할 정도로 고가이고 비효율적이 된다. 예를 들어, 마스크-및 식각 제조 라인에서 생성되는 화학적 식각 폐기물의 부피는 일반적으로 전도성 층의 두께에 직접적으로 비례한다. 이러한 폐기물의 이러한 폐기 및/또는 처리는 상당한 환경적 해결과제를 제시한다. 또한, 대부분의 기존 마스크-및-식각 제조 라인이 비교적 얇은 전도체(예를 들어, 35 미크론 두께의 구리)를 위해서 설계되기 때문에, 전도체 층의 두께 증가는 직접적으로 비례하는 제조 라인의 처리량의 감소를 초래할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 두꺼운 전도성 층의 식각은 마스크 층 아래의 식각제의 언더커팅을 종종 초래하고, 이는 최종 회로 내에서 매우 열악하게-형성된 트레이스를 초래할 수 있다.
또한, 통상적인 가요성 회로 제조 기술과 연관된 상당한 해결과제는, 제1 절연 층(통상적인 가요성 회로 용어로 "기저부"로서 공지됨) 및 그러한 기저부로부터 반대쪽에 있는 전도성 층의 표면 상에 배치된 제2 절연 층(통상적인 가요성 회로 용어로 "덮개(coverlay)"로서 공지됨) 모두에서 개구부를 가지는 가요성 회로의 생산이다. 이러한 소위 "후방-노출형(back-bared)" 가요성 회로를 생산하는데 있어서의 해결과제는, 예비-패터닝된 기저부가 마스크된, 그러나 식각되지 않은, 전도성 층에 대해서 정합되어 적층되는 프로세스 단계로부터 발생된다. 전도성 층이 식각되지 않았기 때문에, 적층 이전의 층들의 적절한 정렬을 보장하기 위해서 층들 사이에서 이용될 수 있는 시각적 라인이 존재하지 않는다. 이는, 이러한 유형의 회로에서 낮은 제조 수득 및 증가된 제조 비용을 초래할 수 있다.
이러한 해결과제를 극복하기 위해서, 마스크-및-식각 기술을 포함하지 않는 인터커넥트 회로를 제조하는 방법의 다양한 예가 본원에서 설명된다. 구체적으로, 도 9는 일부 실시예에 따라, 배터리 팩 내에서 배터리 전지들을 상호 연결하기에 적합한 인터커넥트 회로를 형성하는 방법(900)에 상응하는 프로세스 흐름도이다. 도 10a 내지 도 13c는 이러한 방법의 여러 스테이지에서 인터커넥트 회로 및 그 구성요소를 도시한다.
방법(900)은 선택적인 공정(902) 중에 전도성 층을 형성하는 단계로 시작될 수 있다. 이러한 공정은, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 전도성 층을 지지 층에 대해서 적층하기에 앞서서 실시될 수 있다. 또한, 전도성 층을 형성하는 공정이 전도성 층 내에 개구부를 형성하기에 앞서서 실시될 수 있다. 대안적으로, 전도성 층이 다른 프로세스에서 형성될 수 있고 사용 준비된 형태로 방법(900)으로 공급될 수 있다.
공정(902) 중의 (또는 그에 따라 공급되는 중의) 전도성 층의 형성의 예가 도 10a 내지 도 10c에 도시되어 있다. 도 10a는 기저부 하위층(1002) 및 그러한 기저부 하위층(1002)의 일 측면 상에 배치된 표면 하위층(1006)을 가지는 전도성 층(140)의 예를 도시한다. 도 10b는 중간 하위층(1004)이 기저부 하위층(1002)과 표면 하위층(1006) 사이에 배치되도록, 기저부 하위층(1002), 중간 하위층(1004) 및 표면 하위층(1006)을 가지는 전도성 층(140)의 예를 도시한다. 마지막으로, 도 10c는 기저부 하위층(1002)이 2개의 표면 하위층(1006a 및 1006b) 사이에 배치되도록 2개의 표면 하위층(1006a 및 1006b)을 가지는 전도성 층(140)의 예를 도시한다.
예와 관계없이, 각각의 하위층이 상이한 조성을 가질 수 있다. 구체적으로, 기저부 하위층(1002)이 중간 하위층(1004) 및 표면 하위층(1006)과 상이한 조성을 가질 수 있다. 또한, 중간 하위층(1004)이 표면 하위층(1006)과 상이한 조성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 기저부 하위층(1002)이 알루미늄이나 그 합금, 니켈, 구리, 또는 스틸을 포함할 수 있다. 중간 하위층(1004)이 크롬, 티탄, 니켈, 바나듐, 아연, 또는 구리를 포함할 수 있다. 표면 하위층(1006)이 주석, 납, 아연, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 금, 인듐, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 또는 구리를 포함할 수 있다. 중간 및 표면 하위층 각각이, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 기저부 하위층의 어느 한 측면 또는 양 측면 상에서 코팅될 수 있다. 기저부 하위층(1002)이 재료의 섬 또는 롤(roll)로서 일반적으로 이용될 수 있는 한편, 중간 하위층(1004) 및 표면 하위층(1006)은 전기도금, 무전해 도금, 스퍼터링, 진공 증발, 전자 빔 증발, 크래딩, 또는 냉간 용접을 포함하는 기술을 이용하여 일반적으로 도포되거나 코팅될 수 있다. 대안적으로, 중간 하위층(1004) 및 표면 하위층(1006)이 전적으로 다른 기술을 이용하여 도포되거나 코팅될 수 있다.
기저부 하위층 상에 하나 이상의 하위층을 형성하는 것은, 인터커넥트 회로의 성능을 손상하지 않으면서 기저부 층에 대한 보다 많은 재료 선택을 허용한다. 일부 경우에, 층상형 전도성 층이 사용될 때, 결과적인 인터커넥트 회로의 성능(예를 들어, 중량) 및 비용이 개선된다. 예를 들어 그리고 앞서서 주목한 바와 같이, 기저부 층은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 알루미늄은 전기 전도체를 위한 일반적인 재료가 아닌데, 이는 알루미늄이 산화물 층을 형성하는 경향이 있고, 그러한 산화물 층에 대해서 전기적 및 기계적 연결을 만드는 것은 어렵다. 예를 들어, 알루미늄 호일 및 다른 유형의 알루미늄 구조물은 납땜이 어려울 수 있고 저항 용접이 어려울 수 있다. 구리는 그러한 적용예를 위한 선택 재료가 되었다. 그러나, 구리는 실질적으로 더 고가이고 훨씬 더 무겁다. 구리의 밀도-대-전도도 비율은 알루미늄의 2배가 넘는다.
대조적으로, 본원에서 설명된 실시예에서, 알루미늄 기저부 하위층에 대한 전기적 및/또는 기계적 결합을 위해서 표면 하위층이 이용될 수 있고, 알루미늄 기저부 하위층은 일차적인 전기 전도체로서 그리고, 일부 실시예에서, 일차적인 열 전도체로서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 하위층이 표면 하위층과 알루미늄 기저부 하위층 사이에 배치되어, 예를 들어, 그 2개의 하위층 사이의 접착을 촉진할 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 하위층의 두께는 약 0.01 미크론 내지 10 미크론, 보다 구체적으로, 약 0.05 미크론 내지 1 미크론의 범위일 수 있다. 중간 하위층의 두께는 약 0.01 미크론 내지 10 미크론, 보다 구체적으로, 약 0.05 미크론 내지 1 미크론의 범위일 수 있다. 기저부 하위층의 두께는 일반적으로 인터커넥트 회로의 전체적인 도전도 요건에 의존한다. 기저부 하위층의 두께는 약 10 내지 2000 미크론 또는, 더 구체적으로, 약 50 내지 500 미크론일 수 있다.
전술한 예에서, 전도성 층 형성 공정이 기저부 층 위에 중간 하위층을 형성하고 이어서 표면 층을 중간 층 상에 형성하는 것을 포함할 수 있다.
전도성 층의 표면 하위층이 접촉 패드 면적으로 제한되지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 그 대신에, 예를 들어, 도 15a에 도시된 바와 같이, 표면 하위층이 절연 층 아래로 연장된다. 구체적으로, 도 15a는 기저부 하위층(1002) 상에 배치되고 절연 층(150)에 적층된 표면 하위층(1006)을 포함하는 전도성 층(140)을 도시한다. 중간 하위층은 전술한 바와 같이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 그에 따라, 표면 하위층(1006)은 접촉 패드(160)를 넘어서서 연장되고 전도성 층(140)에 대한 절연 층(150)의 부착을 보조할 수 있다. 이는, 예를 들어, 도 15b에 도시된 바와 같이 전도성 층이 절연 층에 적층된 후에 표면 하위층이 형성되는 예와 대조적이다. 구체적으로, 도 15b는 접촉 패드(160) 내에서만 그리고 개구부(157) 내에서만 존재하는 표면 하위층(1006)을 도시한다.
일부 실시예에서, 예를 들어, 도 15c에 도시된 바와 같이 표면 하위층이 기저부 하위층의 양 측면 상에 존재할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 구체적으로, 도 15c는 기저부 하위층(1002)이 제1 표면 하위층(1006a)과 제2 표면 하위층(1006b) 사이에 배치되도록, 기저부 하위층(1002), 제1 표면 하위층(1006a), 및 제2 표면 하위층(1006b)을 포함하는 전도성 층(140)을 도시한다. 이러한 예에서, 제1 표면 하위층(1006a), 및 제2 표면 하위층(1006b)은 상응하는 절연 층(150 및 156)에 적층되었다.
기저부 하위층(1002)이 알루미늄 호일로 제조될 때, 표면 하위층(1006a 및 1006b)이 절연 층(150) 및/또는(도 15a 및 도 15c에 도시된 바와 같은) 제2 절연 층(156) 아래에서 연장되는 구성이 특히 유리할 수 있다. 호일을 생산하기 위해서 알루미늄 시트 스톡(stock)을 롤링하는 프로세스 중에, 롤링 오일 또는 다른 오염물질이 알루미늄의 표면 상에 형성될 수 있고, 이는 절연 층(150)과 알루미늄 호일 사이에서 이루어질 수 있는 접착을 감소시키는 경향이 있다. 또한, (연성 또는 어닐링된 호일이 요구되는 경우에 롤링 이후에 전형적으로 이루어지는 바와 같이) 알루미늄 호일이 롤로서 어닐링된다면, 그러한 롤은 어닐링 중에 롤의 상단 및 하단 표면으로부터 중심을 향해서 산화되어, 호일 웨브에 걸친 산화물 두께의 구배(그리고, 결과적으로, 표면 에너지의 구배)를 초래할 수 있다. 이는 또한 절연 층(150)과 기저부 하위층(1002)의 접착을 방해할 수 있다. 이러한 문제에 대한 유력한 해결책은 도 15a 및 도 15c에서 도시된 바와 같이, 절연 층(150)에 대한 적층에 앞서서 (도 10b에 도시된 바와 같은) 중간 하위층(1004) 및/또는 표면 하위층(1006)을 기저부 하위층(1002)에 도포하는 것이다. 중간 및/또는 표면 하위층의 도포 중에, 세정 및/또는 식각 단계를 채용하여 오염물질 및 알루미늄 산화물 층을 알루미늄 호일로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 만약 중간 및/또는 표면 하위층이 스퍼터링을 이용하여 도포된다면, 중간 및/또는 표면 하위층의 침착에 앞서서 플라즈마 세정 단계를 이용하여 오염물질 및/또는 알루미늄 산화물 층을 제거할 수 있다. 그에 따라, 공정(902)에서의 중간 및/또는 표면 하위층의 도포는 (예를 들어, 공정(910, 918, 및/또는 926)에서의) 알루미늄 기저부 하위층(1002)에 대한 절연 층(150)의 접착을 촉진하는, 그리고 (예를 들어, 납땜 가능하게 만드는) 추가적인 프로세싱을 위해서 알루미늄 기저부 하위층(1002)의 표면을 전기적으로 활성화시키는 작용 모두를 할 수 있다.
일부 실시예에서, 전도성 호일은 하나의 표면 상에서 전기 절연 재료의 연속적인 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 절연 코팅은 약 0.5 내지 50 미크론의 두께를 가질 수 있다. 절연 코팅은 절연 층 및/또는 제2 절연 층의 적층 이전에 또는 이후에, 전도성 층 상으로 코팅, 침착, 양극처리, 또는 적층될 수 있다. 만약 전기 절연 재료의 얇은 층이 절연 층 및/또는 제2 절연 층 보다 더 얇고 및/또는 더 열적으로 전도적이라면, 일부 실시예에서, 절연 재료의 얇은 층은 용접 또는 열 수축과 같은 프로세스가 효과적으로 이루어지게 할 수 있는 한편, 전도성 호일의 노출된 (즉, 용접되지 않거나 납땜되지 않은) 표면이 배터리 모듈 또는 팩의 다른 요소에 대해서 전기적 단락을 형성하는 것을 또한 방지한다. 일부 실시예에서, 전기 절연 재료의 얇은 층이 금속 산화물 재료를 포함할 수 있다. 절연 재료의 얇은 층에 적합할 수 있는 금속 산화물 재료의 예에는, 비제한적으로, 이산화규소(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3), 붕소 질화물(BN), 알루미늄 질화물(AlN), 다이아몬드(C), 또는 규소 탄화물(SiC)이 포함된다.
다시 도 9를 참조하면, 방법(900)은 공정(906) 중에 전도성 층 내에 제1 전도성 층 개구부의 하나의 세트 또는 복수의 세트를 형성하는 것으로 진행될 수 있다. 개구부는, 비제한적으로, 펀칭, 평상 다이 절단, 합치-금속 다이 절단, 수형/암형 다이 절단, 회전식 다이 절단, 스틸 룰 다이 절단, 레이저 절단, 워터젯 절단, 가공, 또는 그 조합을 포함하는 여러 가지 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전식 다이 절단을 이용하여 이러한 개구부의 세트를 형성할 수 있다. 각각의 개구부의 세트가 전도성 층의 영역(예를 들어, 배터리 전지의 단자에 대한 전기적 결합을 위한 접촉 패드)을 부분적으로 형성할 수 있다. 그러한 영역이 전도성 패드일 때, 전도성 층 상의 개구부의 세트의 상대적인 위치는, 전술한 바와 같은 팩 내의 배터리 전지의 상대적인 위치 및 연결 체계에 의해서 결정된다. 각각의 세트 내의 개구부의 위치는 이하에서 더 설명되는 바와 같은 일시적 프로세싱 패턴을 따를 수 있다.
전도성 층 개구부의 세트를 형성한 후에, 둘 이상의 연결 탭이, 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지한다. 일부 실시예에서, 둘 이상의 연결 탭이 전도성 층의 영역 주위에 균일하게 분포되어 균일한 지지를 제공할 수 있다.
통상적인 마스크-및-식각-기반의 가요성 회로 제조 방법과 연관된 해결과제는 전도성 호일의 두께의 4배 내지 5배 보다 더 작은 라인폭으로 회로 트레이스를 패터닝하는데 있어서의 어려움이다. 일부 실시예에서, 전술한 비-화학적-식각-기반의 패터닝 방법은 가용성 링크의 두께와 관계없이 가용성 링크(그리고 인터커넥트 회로 내의 다른 미세 피쳐)의 폭을 정밀하게 형성하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 호일의 두께가 100 미크론이라면, 가용성 링크 또는 다른 좁은 회로 트레이스의 폭이 50 내지 10000 미크론 범위일 수 있다.
가용성 링크의 폭의 정밀한 제어를 달성하기 위해서 비-화학적-식각-기반 패터닝을 이용하는 것은, 통상적인 제조 수단 보다 양호한, 가용성 링크가 개방되게 하는데 필요한 전류(즉, 퓨즈 전류 정격)에 대한 더 양호한 제어를 초래할 수 있다. 가용성 링크가 절연 층에 부착되기 전에, 전도성 층을 관통-절단하는 것에 의해서, 또는, 레이저 프로세싱 또는 가공의 경우에, 부착이 이루어진 후에 절연 층으로부터 전도성 층을 삭마 또는 가공하여 제거하는 것에 의해서, 가용성 링크가 패터닝될 수 있다. 가용성 링크의 저항에 대한 매우 정밀한 제어가 요구되는 실시예에서, 전도성 층의 제거 중에, 저항계 또는 4-지점 탐침(probe)을 이용하여 패터닝 시스템으로 피드백을 제공할 수 있다.
구체적으로, 도 11i의 (a)는 제1 전도성 층 개구부(1010)의 하나의 세트(1005)를 가지는 전도성 층(140)을 도시한다. 이러한 예에서, 세트(1005)는 4개의 제1 전도성 층 개구부(1010)를 포함한다. 당업자는 하나의 세트(1005)가 둘 이상의 제1 전도성 층 개구부(1010) 중 임의의 수를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 세트(1005) 내의 제1 전도성 층 개구부(1010)가 연결 탭(1020)에 의해서 분리된다. 연결 탭(1020)은 후속 프로세싱 중에 기계적 지지를 제공하고, 일부 실시예에서, 기준으로서 이용되고, 예를 들어 다른 구성요소, 예를 들어 하나 이상의 절연 층에 대한 전도성 층(140)의 기계적 정합/정렬을 제공한다. 도 11i의 (a)에 도시된 연결 탭(1020)이 직사각형 형상이지만, 다른 실시예에서 연결 탭(1020)이 임의의 형상, 크기, 또는 종횡비를 가질 수 있다. 또한, 연결 탭(1020)의 크기 및 형상이 인터커넥트 회로(130)에 걸쳐 상이할 수 있다. 예를 들어, 상이한 연결 탭 크기 및 형상을 이용하여, 인터커넥트 회로의 상이한 영역들 내에서 희망하는 수준의 기계적 지지 및/또는 정합을 제공할 수 있다.
세트(1005) 내의 제1 전도성 층 개구부(1010)가 접촉 패드(160)를 둘러싸고 형성한다. 접촉 패드(160)의 경계가 도 11i의 (a)에서 쇄선으로 도시되어 있다. 접촉 패드(160)의 경계는, 일부 연결 탭(1020)을 제거하는 것에 의해서, 추후의 공정에서 더 형성된다. 예를 들어, 도 11i의 (a)는 4개의 연결 탭(1020)에 의해서 지지되는 접촉 패드(160)를 도시한다. 효과적인 지지를 위해서, 선택적으로, 연결 탭(1020)이 접촉 패드(160) 둘레 주위로 균일하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 도 11i의 (a)는 원형 형상 및 서로 90°로 배치된 4개의 연결 탭(1020)을 가지는 접촉 패드(160)를 도시한다.
도 11i의 (a) 및 후속 도면이 접촉 패드로서 제1 전도성 층 개구부에 의해서 형성되고 둘러싸인 영역을 참조하고 있지만, 이러한 영역이, 전압 트레이스, 보조 트레이스, 접촉 패드, 전도성 층의 동일한 연속적인 부분 상에 제공된 접촉 패드의 집합체, 또는 임의의 다른 유사한 구성요소와 같은, 전도성 층으로부터 형성된 임의의 다른 구성요소일 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
도 9를 참조하면, 방법(900)은 공정(910) 중에 전도성 층을 지지 층에 대해서 적층하는 것으로 진행될 수 있다. 만약 지지 층이 임의의 패터닝된 피쳐를 갖는다면, 적층 바로 전에, 이러한 피쳐가 이전 공정에서 형성된 제1 전도성 층 개구부와 정렬될 수 있다. 이러한 예에서, 부분적으로-패터닝된 전도성 층에 대한 패터닝된 지지 층의 정렬은 각각의 층 내의 개구부를 정렬 피쳐로서 이용하여 실시될 수 있다. 후방-노출된 가요성 회로를 생산하기 위한 통상적인 기술에 비해서, 전도성 층 및 절연 층 모두의 동일한 측면 상의 패터닝된 피쳐의 이용 가능성은 층을 정렬하는 프로세스를 단순화하는데 있어서, 그에 의해서 수득을 개선하고 비용을 감소시키는데 있어서 도움이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 지지 층을 위한 최적의 적층 조건은, 어떻게 지지 층이 프로세스에서 이용되는지에 의존할 수 있다. 예를 들어, 만약 지지 층이, 완성된 인터커넥트 회로의 일부가 되는 절연 층이라면, 열 및/또는 압력의 조합을 이용하여 지지 층을 전도성 층에 부착할 수 있고 고-강도 접착 결합을 형성할 수 있다. 대조적으로, 만약 지지 층이 (이하에서 설명되는 바와 같은) 분리 가능한 기재라면, 지지 층은, 단순한 압력-기반의 적층 프로세스를 통해서 전도성 층(140)에 대한 저-점착성 결합(low-tack bond)의 형성을 허용하는 저-점착성 압력-감응형 접착제를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 11i의 (c)는 전도성 층(140)을 지지 층(1025)에 적층한 이후의, 인터커넥트 회로(130)의 예의 개략적 상면도이다. 이러한 도면에서, 전도성 층(140)이 지지 층(1025)의 상단부 상에 도시되어 있다. 지지 층(1025)의 일부가 전도성 층 개구부(1010)를 통해서 확인될 수 있다. 참고로, 도 11i의 (b)에서, 지지 층(1025)은 (전도성 층에 대한 적층 이전에) 자립형 구성요소로서 도시되어 있다. 이러한 예에서, 지지 층(1025)이 절연 층으로서 동작될 수 있고, 그러한 절연 층은 인터커넥트 회로의 일부로서 추후에 잔류될 수 있다. 이러한 경우에, 지지 층(1025)이 이미 패터닝되었을 수 있다. 도 11i의 (b)는 절연 층 개구부 및 절연 층 슬롯으로 지칭될 수 있는, 선택적인 개구부(155) 및 슬롯(220)을 가지는 지지 층(1025)을 도시한다. 일부 실시예에서, 지지 층(1025)은 개구부만을 가지고 슬롯을 가지지 않는다. 도 11i의 (c)에서, 슬롯(220)의 일부가 전도성 층 개구부(1010)를 통해서 확인될 수 있다. 이러한 도면에서, 개구부(155)는 전도성 층(140)에 의해서 완전히 덮일 수 있다. 그에 따라, 개구부 경계(1055)가 쇄선으로 도시되어 있다.
대안적으로, 전도성 호일에 대한 적층시에, 지지 층(1025)이 어떠한 피쳐도 가지지 않을 수 있다. 예를 들어, 지지 층(1025)은, 추후에 제거되고, 일부 실시예에서, 다른 층으로 교체되는, 일시적으로 분리 가능한 기재일 수 있다. 부가적인 개구부를 호일 내에 형성하는 동안 또는, 더 구체적으로, 일부 또는 모든 연결 탭이 제거될 때, 분리 가능한 기재를 이용하여 전도성 호일을 일시적으로 지지할 수 있다. 도 11ii의 (f)는 전도성 층(140)을 지지 층(1025)에 적층한 이후의, 인터커넥트 회로(130)의 다른 예의 개략적 상면도이며, 지지 층은 어떠한 개구부도 없는 분리 가능한 라이너이다. 그러한 지지 층(1025)의 예가 도 11ii의 (e)에 도시되어 있다. 도 11ii의 (d)는 적층 이전의 전도성 층(140)을 도시하고 참조를 위해서 제공되었다.
전도성 층을 지지 층에 적층한 이후에, 지지 층은, 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지한다. 그에 따라, 그러한 개구부로부터의 지지가 필요치 않을 때, 둘 이상의 연결 탭의 일부 또는 전부가 제거될 수 있다. 전도성 층의 영역에 대한 전기적 연결부를 제공하기 위해서 하나 이상의 연결 탭이 전체적으로 또는 부분적으로 보유될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 도 9를 다시 참조하면, 방법(900)은, 공정(914) 중에 복수의 세트 중 각각의 세트에서 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 것으로 진행된다. 이러한 공정 중에, 각각의 세트 내의 제1 전도성 층 개구부 중 적어도 2개가, 해당 영역(예를 들어, 접촉 패드 또는 전도성 층의 다른 회로망)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 연속적인 전도성 층 채널로 변환된다. 비제한적으로, 펀칭, 평상 다이 절단, 합치-금속 다이 절단, 수형/암형 다이 절단, 회전식 다이 절단, 레이저 절단, 레이저 삭마, 가공, 큰 전압의 인가, 또는 그 조합을 포함하는 여러 가지 기술을 이용하여 연결 탭을 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 비전 정렬 시스템을 이용하여, 절단 장치가 연결 탭을 정밀하게 제거하였다는 것을 확인할 수 있다. 그러한 비전 시스템은, 공정(902)에서 전도성 층 내에 제1 개구부의 세트를 형성하는 동안, 전도성 층 내에 만들어진 기준점 마크에 대해서 절단 장치를 정합시키는 것에 의해서, 매우 정밀한 제거 단계를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 비전 정렬 시스템을 가지는 회전식 다이 절단을 이용하여 연결 탭을 제거할 수 있다. 다이 절단 패턴이 탭 자체의 크기 보다 약간 더 크게 제조되어, 연결 탭이 절단 장치에 의해서 완전히 제거되게 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 연결 탭의 위에 (또는 아래에) 놓이는 절연 층이 탭을 제거하는 프로세스에서 제거될 수 있는 한편, 다른 실시예에서 절연 층이 손상 없이 잔류될 수 있다.
일부 실시예에서, 연결 탭 중 적어도 하나가 공정(914) 중에 제거되는 한편, 연결 탭(1020) 중 적어도 하나가 최종 조립체 내에서 보유되고 가용성 링크로서 동작할 수 있다. 가용성 링크의 퓨즈 전류 정격이 그 두께 및 폭에 일반적으로 비례한다. 전형적으로, 가용성 링크의 두께가 전도성 층의 주위 영역과 동일하고 약 10 내지 2000 미크론, 또는 더 구체적으로 약 50 내지 500 미크론의 범위일 수 있다. 그에 따라, 희망 퓨즈 전류 정격을 달성하는 것은 일반적으로, 본원에서 설명된 방법을 이용하여, 가용성 링크의 폭을 제어하는 것에 의해서 접근될 수 있고, 그러한 폭은 약 50 내지 10000 미크론, 또는 더 구체적으로 약 100 내지 1000 미크론 범위일 수 있다. 100 미크론 두께의 전도성 층 및 30 Amp의 희망 퓨즈 전류 정격의 경우에, 가용성 링크의 폭이 약 500 미크론이어야 한다.
대안적으로, 다른 실시예에서, 방법(900)을 이용하여, 다른 피쳐로부터 전기적으로 완전히 격리되는 전도성 층(140) 내의 피쳐를 제조할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전기적 격리가 요구되는 전도성 층(140)의 영역에 연결된 모든 연결 탭이 공정(914)에서 제거될 수 있다. 예를 들어, 지지 층(1025)이 전도성 층(140)에 적층될 때까지, 도 1e에 도시된 전도성 층 섬(142a, 142b, 및 142c)이 하나 이상의 연결 탭을 통해서 초기에 기계적으로 결합될 수 있다. 이어서, 공정(914)에서, 전도성 층 섬(142a, 142b, 및 142c)을 정합 유지하기 위해서 이용되는 모든 탭을 제거하여 전도성 층 섬들을 서로로부터 전기적으로 완전히 격리시킬 수 있고, 정렬은 지지 층(1025)에 의해서 여전히 유지된다. 이러한 방법을 이용하여 패터닝될 수 있는 전기적으로 격리된 피쳐의 부가적인 예가, 비제한적으로, 회로 트레이스, 버스바아, 보조 트레이스, 히트 싱크, 표면 실장 트레이스, 라우팅 트레이스, 또는 다른 유형의 회로망을 포함한다.
도 12a 및 도 12b는 연결 탭 제거 공정 이후의 인터커넥트 회로(130)의 2개의 대안적인 예를 도시한다. 양 예에서, 상단부, 우측부, 및 하단부에 배치된 3개의 연결 탭이 제거된다. 좌측부 상의 연결 탭이 보유되어, 접촉 패드(160)와 전도성 층(140)의 다른 부분 사이의 전기적 연결을 제공한다. 당업자는 이러한 예가 또한 (접촉 패드(160) 이외의) 전도성 층으로부터 형성된 다른 구성요소에 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 나머지 연결 탭이 전술한 바와 같이 가용성 링크(170)로서 동작할 수 있다. 이러한 2개의 예들 사이의 차이는, 연결 탭이 제거될 때 지지 층(1025)이 절단되는지의 여부에 있다. 구체적으로, 도 12a는 지지 층(1025)을 통한 절단이 없이 3개의 탭이 제거된 것을 도시한다. 그에 따라, 지지 층(1025)이 제1 절연 층(150)으로서 동작될 수 있고 인터커넥트 회로(130)의 일부로서 유지될 수 있다.
다른 한편으로, 도 12b는 3개의 탭이 지지 층(1025)의 상응하는 부분과 함께 제거되어 지지 층(1025) 내에 탭 개구부(1050)를 남기는 것을 도시한다. 이러한 예는, 추후에 제거되고 인터커넥트 회로(130)의 일부가 되지 못하는, 일시적인 분리 가능 층으로서 지지 층(1025)이 동작할 수 있을 때, 이용될 수 있다. 이러한 예에서, 지지 층(1025)은, 그러한 탭 개구부를 반드시 가질 필요가 없는 절연 층으로 후속하여 대체될 수 있다. 결과적으로, 일시적으로 분리 가능 층 내의 탭 개구부(1050)의 존재는 전기 절연과 관련이 없다. 또한, 추후의 공정 중에 지지 층(1025)이 전도성 층(140)의 여러 피쳐에 대한 그리고, 특히, 전도성 층(140)의 접촉 패드(160)(또는 보다 일반적으로, 영역)에 대한 기계적 지지 및 정합을 계속 제공하도록, 탭 개구부(1050)의 크기 및 위치가 정해질 수 있다.
분리 가능 층에 적합할 수 있는 재료에는, 비제한적으로, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 에틸 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리에틸렌(PE), 종이 또는 전도성 호일이 포함될 수 있다. 또한, 분리 가능 층은 전도성 호일에 대한 결합을 돕기 위해서 그 표면 상에서 PSA와 같은 저-점착성 접착 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로, 만약 분리 가능 층이 접착 코팅을 포함하지 않는다면, 열가소성 시트 또는 습윤-코팅 가능 PSA와 같은 접착 재료가 적층 직전에 전도성 층과 분리 가능 층 사이에 통합될 수 있다. 분리 가능 층 및 그 코팅은 전도성 층의 절연 층에 대한 적층을 포함하는 일부 공정을 통해서, 전도성 층에 대한 저-점착성 접착 결합을 유지할 수 있다. 이러한 특징은 전도성 층 및 그 구성요소에 대한 기계적 지지를 보장하고, 동시에, 이러한 지지가 절연 층에 의해서 추후에 제공될 때, 분리 가능 층이 제거될 수 있게 한다.
앞서서 주목한 바와 같이, 분리 가능 층은 패터닝된 절연 층을 패터닝된 전도성 층에 정합시키기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 롤-대-롤-기반의 제조 프로세스에서, 부분적으로-패터닝된 전도성 층의 롤이 그에 적층된 분리 가능 층으로 부가적으로 패터닝되어, 패터닝(예를 들어, 이는 도 9에 도시된 바와 같은 단계(906, 910, 및 914)에 따라서 실시될 수 있다) 중에 형성된 여러 전도성 층 구성요소에 대한 기계적 지지를 제공할 수 있다. 이러한 패터닝 프로세스에 이어서, 전도성 층/분리 가능 층 적층체의 롤을, 패터닝된 전도성 층 및 분리 가능 층을 포함하는 개별적인 부분들로 싱귤레이팅하는 것(singulation)이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 개별적인 부분이 단일 인터커넥트 회로 또는 2 내지 100개의 인터커넥트 회로에 상응할 수 있다. 유사하게, 절연 층의 롤이 또한 인-라인으로 패터닝될 수 있고 이어서, 단일 인터커넥트 회로 또는 2개 내지 100개의 인터커넥트 회로에 선택적으로 상응하는 개별적인 부분으로 싱귤레이팅될 수 있다. 이어서, 개별적인 부분들(하나의 부분이 패터닝된 전도성 층/분리 가능 층 적층체이고 다른 부분이 패터닝된 절연 층이다)이 서로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 핀-기반의(pin-based) 또는 광학적 정합과 같은, 여러 가지 가요성 회로 적층 기술이 이러한 목적을 위해서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 분리 가능 층이 정합에 관련되지 않는다. 분리 가능 층은 제2 절단 중에 전도성 층을 제 위치에서 유지한다. 만약 제2 절단이 이루어지고 (예를 들어, 완전한 섬을 형성하기 위해서) 모든 연결 탭이 제거된다면, 전도성 층은 분리 가능 층이 없이 분리될 수 있다. 제2 절단의 정합은, 제1 절단 중에 전도성 층 내로 도입된 피쳐에 대해서 실시된다. 정렬 이후에, 부분들이 함께 적층되고 분리 가능 층이 제거된다. 이러한 프로세스를, 패터닝된 전도성 층 및 패터닝된 절연 층이 연속적인 롤로서 인-라인으로 서로에 대해서 정합되는 통상적인 프로세스에 비교하면, 본원에서 설명된 프로세스는 제조 단순화, 처리량 개선, 및 수득 개선에 도움을 줄 수 있는데, 이는 전체 롤을 정렬하는 것 보다 적층을 위해서 개별적인 부분을 정렬하는 것이 일반적으로 상당히 더 단순하기 때문이다.
지지 층(1025)이 제1 절연 층인지의 여부 또는 제1 절연 층이 전도성 층으로 추후에 적층되는지의 여부와 관계 없이, 도 9의 선택적인 공정(908 및 916)에 의해서 도시된 바와 같이, 전도성 층에 대한 적층 이전에, 제1 절연 층이 개구부의 어레이로 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 절연 층이 접착 층으로 코팅되거나 접착 층에 결합될 수 있고, 이는 전도성 층에 대한 적층을 돕는다. 일부 실시예에서, 접착 재료는 제1 절연 층의 일부 또는 하위층이다.
다른 실시예에서와 같이, 패터닝된 전도성 층(140)에 대한 패터닝된 제1 절연 층(150)의 정렬은 각각의 층 내의 개구부를 정렬 피쳐로서 이용하여 실시될 수 있다. 이러한 예에서, 패터닝된 절연 층(150)에 대한 패터닝된 전도성 층(140)의 정합된 적층에 앞서서, 분리 가능 층을 이용하여 패터닝된 전도성 층(140)에 대한 기계적 지지 및 정합을 제공한다. 후방-노출된 가요성 회로를 생산하기 위한 통상적인 기술에 비해서, 전도성 층(140) 및 절연 층(150) 모두의 동일한 측면 상의 패터닝된 피쳐의 이용 가능성은 층을 정렬하는 프로세스를 단순화하는데 있어서, 그에 의해서 수득을 개선하고 비용을 감소시키는데 있어서 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 층(140)의 마스크-및-식각-기반의 패터닝 중에, 예를 들어, 양 층 내의 정렬 피쳐를 이용하여 패터닝된 전도성 층(140)을 패터닝된 절연 층(150)에 적층하기 전에, 분리 가능 층(1025)을 이용하여 기계적 지지를 전도성 층(140)에 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 12a에 도시된 인터커넥트 회로(130)의 예를 이용하여 추가적인 프로세스가 없이 배터리들을 연결할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 부가적인 공정이 인터커넥트 회로(130) 형성에 포함될 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 연결 탭을 제거하기에 앞서서 전도성 층에 적층되는 지지 층이 분리 가능한 일시적 기재인 경우에, 공정(922) 중에 지지 층을 제거하는 것이 후속되는 공정(918) 중에 제1 절연 층을 전도성 층에 적층하는 것으로 방법(900)이 진행될 수 있다. 공정(918) 중에, 제1 절연 층이, 분리 가능 기재와 반대쪽에 있는 전도성 층의 측면에 적층될 수 있는 것을 주목하여야 한다. 절연 층(150)이 전도성 층(140) 및 분리 가능 층과 중간 수준의 점착을 형성하나 높은 수준의 점착은 형성하지 않도록, 이러한 적층 단계의 프로세스 조건이 선택될 수 있다. 이는, 후속되는 분리 가능 층의 박리 중에 전도성 층(140)이 절연 층(150)에 결합되어 유지되는 것을 보장하는데 도움이 될 수 있는 한편, 이러한 2개의 층이 접촉되는 (전도체 층 채널(210) 내와 같은) 영역 내에서 절연 층(150)으로부터 분리 가능 층을 박리시킬 수 없게 할 정도로 결합이 강하지 않도록 보장하는데 또한 도움을 줄 수 있다. 이어서, 공정(922) 중에, 분리 가능 층이 전도성 층(140) 및 절연 층(150)으로부터 박리될 수 있다.
일부 실시예에서, 공정(918 및 922)이 실시되지 않고, 지지 층이 인터커넥트 회로의 일부로서 잔류된다. 이러한 실시예에서, 지지 층은 또한 제1 절연 층으로서 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 선택적인 공정(926) 중에 제2 절연 층을 전도성 층에 적층하는 것을 포함한다. 이러한 공정 이후에, 전도성 층이 제1 절연 층과 제2 절연 층 사이에 배치된다. 이러한 공정은 전술한 선택적인 공정(918 및 922)과 독립적이다. 다시 말해서, 공정(926)은 공정(918 및 922)이 없이 실시될 수 있고, 그러한 경우에, 제1 절연 층은 공정(910) 중에 전도성 층에 적층된 지지 층이다. 대안적으로, 공정(918 및 922)이 실시될 때, 제1 절연 층은 공정(918) 중에 전도성 층에 적층되고, 분리 가능 층은 공정(922) 중에 제거된다. 이러한 후자의 경우에, 분리 가능 층이 제2 절연 층으로 효과적으로 대체될 수 있다.
도 13a는 제2 절연 층을 전도성 층에 적층하기 전의, 제2 절연 층(156)의 예의 상면 개략도를 도시한다. 제2 절연 층(156)은 제2 절연 층 개구부(157)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 예를 들어, 접촉 패드를 배터리 전지 단자에 연결하는 동안, 이러한 개구부를 이용하여 이러한 개구부와 정렬된 접촉 패드에 접근할 수 있다. 제2 절연 층(156)이 제2 절연 층 슬롯(221)을 포함하여, 이러한 슬롯에 의해서 부분적으로 둘러싸인 제2 절연 층(156)의 부분에 가요성을 제공할 수 있다. 제2 절연 층 개구부(157) 및 슬롯(221)이 공정(924) 중에, 예를 들어 공정(926)에 앞서서, 패터닝될 수 있다.
도 13b는 제2 절연 층을 전도성 층(140)에 적층한 후의, 제2 절연 층(156)의 예의 상면 개략도를 도시한다. 또한, 전도성 층(140)의 접촉 패드(160)가 제2 절연 층 개구부(157)를 통해서 확인될 수 있다. 도 13c는 도 13b에서와 동일한 예의 횡단면적 개략도를 도시한다. 제1 절연 층(150) 및 그 피쳐가 이러한 도면에서 확인될 수 있다. 구체적으로, 제1 절연 층 개구부(155)가 접촉 패드(160)의 하단부 표면을 노출시키는 한편, 제2 절연 층 개구부(157)는 접촉 패드(160)의 상단부 표면을 노출시킨다. 도 13c는 동일한 크기를 가지는 양 개구부(155 및 157)를 도시한다. 일부 실시예에서, 개구부(155 및 157)가 상이한 크기들을 가질 수 있다. 예를 들어, 개구부(157)는 배터리 전지 단자를 돌출시키기 위해 이용될 수 있고, 접촉 패드(160)와 배터리 전지 단자 사이의 전기적 연결을 형성하기 위해서 접촉 패드(160)에 접근하기 위해서 이용되는 개구부(155) 보다 더 클 수 있다. 도 13c는 또한, 양 절연 층(150 및 156)이 상응하는 (그리고 정렬된) 절연 층 슬롯(220 및 221)을 가지는 예를 도시한다. 일부 실시예에서, 접촉 패드(160)는 절연 층 슬롯(220 및 221)까지 연장되지 않고, 절연 층(150 및 156)은 슬롯(220 및 221) 근처의 그리고 접촉 패드(160) 주위의 지역 내에서 서로에 대해서 직접적으로 적층된다. 도 13c는 또한 접촉 패드(160)까지 연장되는 가용성 링크(170)를 도시한다. 가용성 링크(170)는 도 13c에 도시된 바와 같이 2개의 절연 층(150 및 156) 사이에 적층될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 절연 층이 접촉 패드(160) 위에 개구부를 가지지 않을 수 있다. 도 14a 및 도 14b는 2개의 그러한 예를 도시한다. 구체적으로, 도 14a는 양 절연 층(150 및 156)이, (도 13c에서 도시되고 전술된 예와 유사하게) 정렬된, 상응하는 절연 층 슬롯(220 및 221)을 가지는 예를 도시한다. 그러나, 접촉 패드(160)의 하단부 표면 만이 제1 절연 층 개구부(156)를 통해서 노출된다. 제2 절연 층(156)은 상응하는 개구부를 가지지 않는다. 그러한 층의 층상 배열체는 예를 들어, 인터커넥트 회로(130)의 하나의 표면의 완전한 전기적 격리가 요구되는 적용 분야에서 유용할 수 있다.
도 14b는 (도 13c 및 도 14a에 도시된 그리고 전술된 예와 달리) 절연 층(150 및 156) 모두가 절연 층 슬롯을 가지지 않는 예를 도시한다. 이러한 예는 접촉 패드(160)에 대한 보다 큰 지지를 제공하는 한편 동시에 접촉 패드가 적은 가요성을 가지게 한다. 슬릿을 절연 층(150 및 156) 내에, 특히 (예를 들어, 도 2ii의 (d)에 도시된 바와 같이) 전도성 층 채널(210) 주위에 형성하는 것에 의해서 약간의 가요성이 제공될 수 있다. 또한, 도 14a에 도시된 예와 유사하게, 접촉 패드(160)의 하단부 표면 만이 제1 절연 층 개구부(156)를 통해서 노출된다. 이러한 경우에 제2 절연 층(156)은 상응하는 개구부를 가지지 않는다.
일부 실시예에서, 방법(900)은 선택적인 공정(930) 중에 하나 이상의 절연 층 내에 슬롯을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 슬롯이 제1 절연 층 내에 및/또는 제2 절연 층 내에 형성될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 하나의 또는 2개 모두의 절연 층은, 전도성 층에 적층될 때, 미리-형성된 슬롯을 갖는다. 또한, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 슬롯은 연결 탭의 제거 중에 (예를 들어, 적어도 부분적으로) 형성될 수 있다. 운동 자유도를 접촉 패드에 제공하는 것과 같은, 슬롯의 기능을 도 2i의 (c), 도 2ii의 (d), 및 도 2iii의 (f) 내지 도 2iii의 (h)를 참조하여 설명한다.
일부 실시예에서, 인터커넥트 회로는, 그 제조가 완료되었을 때, 하나의 절연 층 만을 갖는다. 이러한 절연 층은 제조 중에 초기에 존재하는 지지 층일 수 있거나 프로세스에서(예를 들어, 공정(918)에서) 추후에 부가될 수 있다. 절연 층의 하나의 그러한 예가 도 14c에 도시되어 있고, 이 도면은 전도성 층(140)에 적층된 절연 층(150)을 도시하는 개략적인 횡단면도이다. 전도성 층(140)은 접촉 패드(160)를 가지고, 일부 실시예에서, 접촉 패드(160)를 부분적으로 둘러싸는 전도성 층 채널(210)을 갖는다. 절연 층은 접촉 패드(160)에 대한 접근을 제공하는 절연 층 개구부(156)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 팩의 상호 연결 체계에 따라서, 전도성 층(140)과 절연 층(150)의 상대적인 위치가 바뀔 수 있다(예를 들어, 절연 층(150)이 전도성 호일(140)과 배터리 전지(100) 사이에 배치될 수 있거나, 전도성 호일(140)이 배터리 전지(100)와 절연 층(150) 사이에 배치될 수 있다).
일부 실시예에서, 방법(900)은 또한 공정(934) 중에 접촉 패드를 배터리 전지의 단자에 전기적으로 결합시키는 것을 포함할 수 있다. 배터리 전지의 단자가 이러한 절연 층(150) 내의 개구부를 통해서 선택적으로 돌출하여 전도성 층(140)에 도달할 수 있다.
결론
본원에서 설명된 방법 및 장치는, 비제한적으로, 집적 회로, 저항, 커패시터, 인덕터, 광전지 및 다른 전자적 구성요소 및/또는 전원을 일반적으로 포함하는 전자 장치의 상호 연결로 확장될 수 있다.
전술한 설명은 예시적인 것이고 제한적으로 의도된 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예들(및/또는 그 양태들)이 서로 조합되어 이용될 수 있을 것이다. 또한, 특별한 상황이나 재료를 본원에서 제시된 교시 내용에 맞춰 구성하기 위한 많은 수정이 이루어질 수 있을 것이다. 여러 가지 구성요소의 치수, 재료의 유형, 및 배향, 그리고 본원에서 설명된 여러 가지 구성요소의 수 및 위치는 일부 실시예의 매개변수를 규정하기 위한 것이고, 제한적인 것이 아니며, 단지 예이다. 전술한 설명을 검토할 때, 청구항의 사상 및 범위 내의 많은 실시예 및 수정예가 당업자에게 명확해질 것이다. 그에 따라, 그 범위는, 청구범위에 의해서 부여되는 전체 균등 범위와 함께, 첨부된 청구항을 참조하여 결정되어야 할 것이다. 첨부된 청구항에서, "포함하는" 및 "여기에서"와 같은 용어는 "포괄하는" 및 "그 점에서"라는 각각의 용어의 일반적인 영어의 균등물로서 사용된 것이다. 또한, 이하의 청구항에서, "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단지 표시로서 사용된 것이고, 그 대상에 수치적 요건을 부여하기 위한 것은 아니다. 또한, 이하의 청구항 제한이, 추가적인 구조물을 가지지 않는 기능의 진술이 후속되는 "~ 하기 위한 수단"이라는 문구를 명백하게 이용하지 않는 한, 이하의 청구항의 제한은 기능식 포맷으로 기재된 것이 아니고 35 U.S.C. § 112(f)의 여섯번째 단락(sixth paragraph)을 기초로 해석되는 것으로 의도된 것도 아니다.

Claims (20)

  1. 배터리 전지의 어레이를 상호 연결하기 위한 인터커넥트 회로를 형성하는 방법이며:
    전도성 층 내에 전도성 층 개구부의 세트를 형성하는 단계로서,
    상기 세트 내의 전도성 층 개구부가 둘 이상의 연결 탭에 의해서 서로로부터 분리되고,
    상기 전도성 층 개구부의 세트 및 둘 이상의 연결 탭이 상기 전도성 층의 영역을 둘러싸고 형성하며, 그리고
    상기 전도성 층 개구부의 세트를 형성한 후에, 상기 둘 이상의 연결 탭이, 상기 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지하는, 전도성 층 개구부의 세트를 형성하는 단계;
    상기 전도성 층 개구부의 세트를 포함하는 상기 전도성 층을 지지 층에 적층하는 단계로서,
    상기 전도성 층을 상기 지지 층에 적층한 이후에, 상기 지지 층은, 상기 전도성 층의 다른 부분에 대해서 전도성 층의 영역을 기계적으로 지지하고 그 정합을 유지하는, 전도성 층을 지지 층에 적층하는 단계; 및
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계로서,
    상기 전도성 층 개구부의 세트를, 상기 전도성 층의 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸고 형성하는 연속적인 전도성 층 채널로 전환하는, 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 다른 하나를 보유하는 한편 상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하며, 상기 둘 이상의 연결 탭 중 보유되는 적어도 하나의 탭이 상기 전도성 층의 영역을 상기 전도성 층의 다른 부분과 상호 연결시키는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 보유되는 적어도 하나의 탭이 가용성 링크로서 동작될 수 있고, 상기 전도성 층의 영역과 상기 전도성 층의 다른 부분 사이의 전류 레벨을 제한하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연속적인 전도성 채널이 상기 둘 이상의 연결 탭 중 보유되는 적어도 하나의 탭에서 종료되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연속적인 전도성 채널이 개방 링 형상을 가지는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계는 상기 둘 이상의 연결 탭의 전부를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계는 또한 상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나에 적층된 상기 지지 층의 적어도 하나의 지지 층 부분을 제거하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지 층이 제1 절연 층으로서 동작될 수 있고 상기 인터커넥트 회로의 일부를 유지하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 동안, 상기 지지 층이 손상되지 않고 유지되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연결 탭 중 적어도 하나를 제거하는 단계 이후에, 상기 전도성 층이 제1 절연 층과 상기 지지 층 사이에 배치되도록, 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계; 및
    상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계 이후에, 상기 전도성 층으로부터 상기 지지 층을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 절연 층은, 상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계에 앞서서, 제1 절연 층을 포함하고, 상기 전도성 층 개구부는, 상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 동안, 상기 제1 절연 층 개구부를 위한 정렬 피쳐를 제공하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계에 앞서서, 상기 제1 절연 층은 제1 절연 층 슬릿을 포함하고, 그리고
    상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계 이후에, 상기 제1 절연 층 슬릿이 상기 연속적인 전도성 층 채널의 경계 내에 배치되는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계 이전에, 상기 제1 절연 층이 제1 절연 층 개구부를 포함하고, 그리고
    상기 제1 절연 층을 상기 전도성 층에 적층하는 단계 이후에, 상기 절연 층 개구부 중 적어도 하나가 상기 전도성 층의 영역과 중첩되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 층의 영역의 연부가 상기 제1 절연 층에 의해서 지지되는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 지지 층을 상기 전도성 층으로부터 제거하는 단계 이후에, 상기 전도성 층이 상기 제1 절연 층과 제2 절연 층 사이에 배치되도록, 제2 절연 층을 상기 전도성 층에 적층시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 절연 층은 제1 절연 층 개구부를 포함하고, 상기 제2 절연 층은 상기 제1 절연 층 개구부와 부분적으로 중첩되는 제2 절연 층 개구부를 포함하는, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 인터커넥트 회로가 히트 싱크에 더 결합되는, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 층을 상기 지지 층에 적층하는 단계 이전에, 기저부 하위층 및 표면 하위층을 가지는 전도성 층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기저부 하위층은 상기 표면 하위층과 다른 조성을 가지며, 그리고
    상기 전도성 층을 형성하는 단계는 상기 기저부 하위층 위에 상기 표면 하위층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전도성 층을 형성하는 단계는 상기 기저부 하위층 위에 그리고 상기 표면 하위층을 형성하는 단계 이전에 중간 하위층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 기저부 하위층 및 상기 표면 하위층의 각각의 조성이 상기 중간 하위층의 조성과 상이한, 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 표면 하위층은 상기 인터커넥트 회로 내의 제1 절연 층 또는 제2 절연 층 중 적어도 하나와 직접적으로 접촉되는, 방법.
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