KR102312927B1 - 커넥터와 보강부재가 장착되어 있는 전지셀용 fpcb - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀에 장착되는 FPCB(flexible printed circuit board)로서, 전기회로가 인쇄된 패턴을 포함하고 있는 플레이트 형상의 FPCB 본체, FPCB 본체의 인쇄 패턴에 전기적으로 연결되어 있으며 FPCB 본체의 일면에 실장되어 있는 커넥터 및 상기 커넥터에 대향하여 FPCB 본체의 타면에 부착되어 있는 보강부재를 포함하고 있고, 상기 보강부재는 그것이 부착된 FPCB 본체의 타면 외주변과 일치하는 크기의 외주변을 가진 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB를 제공한다.

Description

커넥터와 보강부재가 장착되어 있는 전지셀용 FPCB {FPCB for Battery Cell Comprising Connector and Strength-reinforcing Member}
본 발명은 커넥터와 보강부재가 장착되어 있는 전지셀용 FPCB에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지의 구조는 그것이 사용되는 디바이스의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 착탈식 구조와, 디바이스의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 분류되기도 한다.
예를 들어, 종래의 모바일 디바이스에 사용되는 이차전지는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능하도록 구성되는 반면, 일부 휴대폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 디바이스에 적용되는 이차전지는 내장형으로 구성되기도 한다.
이러한 이차전지로는 리튬 이차전지가 널리 사용되며, 이들 이차전지에는 그것이 장착되는 디바이스와 전기적으로 연결되는 음극 및 양극 단자, 이차전지의 과충전이나 과전류 등의 비정상 상태를 효과적으로 제어하는 안전 소자 등이 포함되며, 안전 소자의 예로는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 있다.
이러한 리튬 이차전지를 포함하는 이차전지 팩은 일반적으로 전기적인 연결 구조에 적합한 판상형 전지셀을 사용하며, PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 연결된다.
구체적으로, 니켈 플레이트를 전지셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링 하고, 일측에는 PCB를 용접하며 타측에는 보호 테이프를 부착하여 전지셀에 밀착시킨 상태에서, PCB의 전극탭과 니켈 플레이트가 용접되는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하고, 상기 PCM을 전기 절연성의 케이스에 수납하여 전지팩을 제조한다.
따라서, 전지셀의 음극 및 양극 단자들은 PCM의 음극 및 양극 단자 접속부에 접촉하여, PCM에 형성되어 있는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되고, 외부 입출력 단자의 단부에는 커넥터가 전기적으로 연결되어 있는 구조를 가진다.
이때, 일반적으로 상기 외부 입출력 단자는 이차전지 팩의 상단 일측에서 외부로 돌출된 형태로 PCB의 일측에 전기적으로 연결되며, 이러한 돌출 부위는 외력에 의한 단락에 취약하므로, 전지팩의 외력에 대해 유연성을 갖도록 하기 위해 유연성이 높은 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)이 이용된다.
연성회로기판(FPCB)은 전자산업의 경박 단소화와 고밀도화 추세에 따라 기술의 고속화, 집적화에 대응할 수 있도록 부품의 소형화와 제품의 경량화를 가능하게 하는 전자부품이다.
구체적으로, FPCB는, 폴리이미드 필름에 동박을 형성한 동박 적층판에 드라이 필름을 라미네이팅 하여 노광, 현상 및 에칭 공정을 거쳐 패턴을 형성시킨 후, 커버레이 필름을 접착하고 커버레이 필름을 최외곽 동박 상에 접착하는 방식으로 제조되며, 원재료의 굴곡성을 활용하여 복잡한 제품 케이스 내에 굴곡 상태로 설치하거나 반복적으로 움직이는 부위에 사용되며, 그것의 특성상 소형화(디지털 카메라, 캠코더 등), 굴곡성(프린터 헤드, 하드디스크 등), 고밀도 배선(의료기기 등 정밀기기), 조립의 합리화(계측기, 자동차 전장품 등)를 위하여 다양하게 사용되고 있다.
그러나, 상기 FPCB는 제조기술이 복잡하고, 굴곡 동작 시 응력에 의하여 단선이 발생하기 쉬우며, 기계적 강도 및 동박의 접착 강도가 낮고 가격이 비싸다는 단점이 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래의 기술(KR2008-0106499)은 FPCB를 보호하기 위하여 별도의 연성회로기판 접착용 보호시트로서 이방성 도전필름을 이용하여 굴곡 동작 시 도전 필름이 완충역할을 하게 하여 FPCB의 보호를 도모하였으나 충분한 기계적 강도를 발현하지 못하였고, 더욱이 별도의 필름 부착 공정을 필요로 하였는 바, 생산성이 현저하게 저하되는 한계가 있었다.
이에, 우수한 기계적 강도를 발휘하여 내응력 특성이 뛰어나면서도 제조 공정이 단순하여 생산성이 높은 FPCB 개발의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 인쇄 패턴이 형성되어 있는 FPCB 본체의 일 측면에 보강부재를 포함하고, 상기 보강부재의 외주변의 크기가 그것이 부착된 FPCB의 본체의 타면 외주변과 일치하는 크기를 가지는 경우에 소망하는 효과를 발휘할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀용 FPCB는 전지셀에 장착되는 FPCB(flexible printed circuit board)로서,
전기회로가 인쇄된 패턴을 포함하고 있는 플레이트 형상의 FPCB 본체;
FPCB 본체의 인쇄 패턴에 전기적으로 연결되어 있으며 FPCB 본체의 일면에 실장되어 있는 커넥터; 및
상기 커넥터에 대향하여 FPCB 본체의 타면에 부착되어 있는 보강부재;
를 포함하고 있고,
상기 보강부재는 그것이 부착된 FPCB 본체의 타면 외주변과 일치하는 크기의 외주변을 가진 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀용 FPCB는, 기본적으로, FPCB 본체의 일면에 커넥터를 실장하고, 타면에 보강부재를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
상기 보강부재의 부착을 통해 FPCB의 기계적 강성이 확보될 수 있다.
FPCB 본체의 타면 외주변의 크기는 다양하게 형성될 수 있지만, 본 발명에 따르면, 상기 보강부재와 FPCB 본체의 타면 외주변들이 서로 동일한 크기를 가짐으로써, 기계적 강성을 만족할 뿐만 아니라, 동일한 금형에서 타발을 실시할 수 있게 되어, 정밀한 타발이 가능하고 불량률이 감소하며 생산성 및 경제성이 향상되는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 보강부재는 FPCB의 강성을 확보할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 신뢰도의 측면에서, 예를 들어, 니켈, 크롬, SUS(Steel Use Stainless), 유리섬유 보강 수지, 에폭시 수지, 에폭시 글라스, PET, 폴리이미드 수지, 페놀 수지 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 특히 SUS로 이루어지는 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 보강부재는 접착제 또는 양면 접착 테이프에 의해 FPCB 본체에 부착될 수 있다.
상기 보강부재의 재료로는 상기 설명한 바와 같으며, FPCB 본체가 대부분 내열성 및 수치 안정성이 우수한 폴리이미드 필름을 포함하고 있으므로 특히 폴리이미드와의 접착력이 우수할 것이 요구된다.
이러한 보강부재에 부착되는 접착제는 사용전에 이형지에 의하여 보호될 수 있으며, 보강판, 접착제, 이형지로 구성되는 보강부재는 롤로 감겨 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 접착제 또는 양면 접착 테이프는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 경화제, 경화촉진제, 난연재 및 무기입자를 포함할 수 있으며, 열가소성수지로는 아크릴 고무, 아크릴산 알킬에스테르, 아크릴로 니트릴, 스티렌, 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 에틸렌 부타디엔 고무, 카르복실화 니트릴 고무 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아크릴 고무, NBR, 에틸렌 부타디엔 고무 또는 폴리부타디엔 고무가 사용될 수 있으며 특히 NBR이 바람직하다.
또한, 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있으며 비할로겐 에폭시 수지, 페놀 수지가 바람직하고, 내열성 및 반응성 측면에서 비할로겐 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 상기 비할로겐 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 수지, 비스페놀 F형 수지, 비스페놀 S형 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀노보락형 에폭시 수지, 크레졸 노보락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노보락형 에폭시 수지 등의 노보락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 쇄상 에폭시 수지 등이 있다.
한편, 본 발명에 따른 보강부재 및 FPCB 본체 타면의 외주변의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만 전지셀의 용량의 극대화 및 전지의 소형화의 측면에서 보강부재는 플레이트 형상의 부재일 수 있으며, 상기 보강부재가 부착되는 FPCB 본체 타면의 외주변의 형상은 평면상으로 직사각형일 수 있다.
또한, 보강부재는 회로를 보호함과 동시에 방열판의 기능도 수행하기 때문에 기판의 신뢰도에도 매우 중요한 역할을 하는 점에서, 본 발명에 따른 보강부재는 FPCB 본체보다 상대적으로 두꺼울 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 보강부재의 두께는 FPCB 본체의 두께에 대해 80% 내지 200%의 크기일 수 있으며, FPCB의 기계적 강도의 확보, 용량의 극대화 및 방열기능의 발휘 측면에서 120% 내지 150%의 크기인 것이 더욱 바람직하다.
만일 상기 범위를 벗어나 보강부재의 두께가 FPCB 본체의 두께에 대해 80% 미만의 크기로 형성되는 경우 외력에 대해 충분한 기계적 강성을 유지할 수 없어 단락의 위험이 있는 바 바람직하지 않고, 이와 반대로, 200%를 초과하는 크기로 형성되는 경우 전지셀의 용량이 지나치게 작아지므로 바람직하지 않다.
본 발명은 또한 상기 전지셀용 FPCB를 제조하는 방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 전지셀용 FPCB를 제조하는 방법은,
FPCB 본체를 금형에서 타발하는 과정,
보강부재를 금형에서 타발하는 과정,
FPCB 본체의 일면에 커넥터를 실장하는 과정,
커넥터의 단자부와 FPCB 본체의 인쇄 패턴을 연결하는 과정, 및
FPCB 본체의 타면에 보강부재를 부착하는 과정
을 포함할 수 있다.
이때, 상기 FPCB 본체와 보강부재는, 예를 들어, 동일한 금형에서 타발할 수 있다. 만일 FPCB 본체와 보강부재의 외주변의 크기가 상이한 경우, 이들은 별도의 금형에서 각각 타발을 해야 하고, 타발 후 별도의 공정으로서 접착제 또는 양면 접착 테이프를 통해 부착하는 과정을 포함하게 되어 공정성 및 생산성이 저하되며, 부착 과정이 주로 수작업 등을 통해 이루어지므로 정밀한 전지셀용 FPCB의 제조에 한계가 있다.
이에 비해, 본 발명의 하나의 예에 따른 FPCB 본체와 보강부재는, 상기 설명한 바와 같이 외주변의 크기가 서로 동일한 것을 특징으로 하므로 이들을 동일한 금형에서 타발하고 타발 후 접착제 또는 양면 접착 테이프로 이들을 부착할 수 있으므로 공정성 및 경제성이 향상되는 효과를 발휘할 뿐만 아니라, FPCB의 강성 증가 효과가 극대화되고 보다 정밀한 전지셀용 FPCB를 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
상기 FPCB 본체를 타발할 때의 금형의 온도는, 예를 들어, 120 내지 140도일 수 있고, 상기 보강부재를 타발할 때 금형의 온도는, 예를 들어, 160 내지 180도일 수 있다.
만일, 상기 FPCB 본체를 타발할 때의 금형의 온도가 120도 미만이거나 보강부재를 타발할 때의 금형의 온도가 140도 미만인 경우, FPCB 또는 보강부재 자체의 타발 및 접착제 등의 충분한 접착을 위해 지나치게 많은 시간이 소요되어 공정성이 감소되거나 보강부재가 충분한 접착력을 가지지 못한 상태로 FPCB 타면에 부착되어 불량률이 증가할 수 있는 바 바람직하지 않다.
이와 반대로, FPCB 본체를 타발할 때의 금형의 온도가 140도를 초과하거나 보강부재를 타발할 때의 금형의 온도가 160도를 초과하는 경우, FPCB 또는 보강부재가 훼손될 수 있어 불량률이 증가하는 바 바람직하지 않다.
경우에 따라서는, 상기 FPCB 본체 및 보강부재의 타발 과정은 서로 다른 온도에서 이루어질 수 있으며, 이 경우, 상기 FPCB 본체 및 보강부재의 타발 과정 사이에 냉각 공기 또는 냉매를 이용하여 금형을 냉각하는 과정이 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전지셀용 FPCB를 포함하고 있는 포함하고 있는 전지팩을 제공하며, 또한 상기 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치로부터 선택될 수 있으며, 디바이스의 구조 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
참고로, 상기 전지팩은 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있으며, 이들 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀용 FPCB는 그것의 본체 타면에 부착되어 있는 보강부재를 포함하고 상기 보강부재는 그것이 부착된 FPCB 본체의 타면 외주변과 일치하는 크기의 외주변을 가짐으로써, FPCB의 강성이 확보되고 동일한 금형에서 FPCB 및 보강부재에 대한 타발이 이루어져 정밀한 타발이 가능함은 물론, 불량률을 극소화하고 생산성 및 경제성이 극대화되는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 저면도이다.
도 6은 도 4의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 정면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 정면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀용 FPCB(10)는 일면에 전기회로(40)가 인쇄된 플레이트 형상으로 이루어져 있고, 상기 FPCB(10) 본체의 인쇄 패턴(40)에 전기적으로 연결되어 있고 FPCB(10) 본체의 또 다른 일면에는 커넥터(30)가 실장되어 있으며, 커넥터(30)에 대향하여 FPCB(10) 본체의 타면에는 보강부재(20)가 부착되어 있다.
커넥터(30)의 단자부(50)는 FPCB(10) 본체의 전기회로(40)와 전기적으로 연결되어 있다. 일반적으로 폴리이미드 필름 등으로 구성되는 FPCB(10)에 비해 보강부재(20)는 SUS, 니켈 등으로 구성되므로 우수한 기계적 강도를 가지는 상기 보강부재(20)가 FPCB(10)의 일면에 부착됨으로써 외력에 대해서도 충분한 기계적인 강성을 유지할 수 있게 된다. 다만, 보강부재(20)와 FPCB(10) 본체의 타면 외주변(B, D)의 크기가 서로 상이하므로, 기계적 강성의 확보 이상의 효과를 발휘하기 어렵다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 정면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 저면도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 4의 확대도가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 보강부재(20)는 그것이 부착된 FPCB(10) 본체의 타면 외주변(B, D)과 일치하는 크기의 외주변(B, D)을 가지고 있다. 따라서, FPCB(10) 자체의 강성의 확보뿐만 아니라, 전지셀용 FPCB(10)를 제조하는 과정에 있어서도 동일한 금형(도시하지 않음)에서 FPCB(10) 본체 및 보강부재(20)에 대한 타발이 이루어져 정밀한 타발이 가능하고 불량률이 감소하며 생산성과 경제성이 향상되는 효과를 발휘한다.
또한, FPCB(10) 본체와 보강부재(20)의 결합을 위해 물리적인 압력의 인가만으로는 부족하기 때문에, 접착제 또는 양면 접착 테이프(60)를 이용하여 결합시키며, 이들은 열가소성 수지, 열경화성 수지, 경화제, 경화촉진제, 난연재 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀용 FPCB의 정면도가 도시되어 있다.
보강부재(20)는 전지셀용 FPCB(10)를 외력으로부터 보호하기 위한 기계적 강성을 제공하는 것 이외에 방열판으로서의 기능도 수행할 필요가 있기 때문에, 본 발명에 따른 보강부재(20)의 두께는 FPCB(10) 본체보다 두껍게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 전지셀에 장착되는 FPCB(flexible printed circuit board)로서,
    전기회로가 인쇄된 패턴을 포함하고 있는 플레이트 형상의 FPCB 본체;
    FPCB 본체의 인쇄 패턴에 전기적으로 연결되어 있으며 FPCB 본체의 일면에 실장되어 있는 커넥터; 및
    상기 커넥터에 대향하여 FPCB 본체의 타면에 부착되어 있는 보강부재;
    를 포함하고 있고,
    상기 FPCB 본체 타면의 외주변 형상은 평면상으로 직사각형으로 형성되고,
    상기 FPCB 본체와 동일한 금형에서 타발됨으로써 상기 보강부재는 그것이 부착된 FPCB 본체의 타면의 외주변과 동일한 형상으로 형성되어 FPCB 본체의 타면의 외주변과 일치하는 크기의 외주변을 가지며, 상기 FPCB 본체보다 상대적으로 두껍게 형성되어 상기 FPCB의 열을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 플레이트 형상의 부재인 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 니켈, 크롬, SUS(Steel Use Stainless), 유리섬유 보강 수지, 에폭시 수지, 에폭시 글라스, PET, 폴리이미드 수지, 페놀 수지 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 접착제 또는 양면 접착 테이프에 의해 와 FPCB 본체에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재의 두께는 FPCB 본체의 두께에 대해 80% 내지 200%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 하나에 따른 전지셀용 FPCB를 제조하는 방법으로서.
    FPCB 본체를 금형에서 타발하는 과정;
    보강부재를 금형에서 타발하는 과정;
    FPCB 본체의 일면에 커넥터를 실장하는 과정;
    커넥터의 단자부와 FPCB 본체의 인쇄 패턴을 연결하는 과정;
    FPCB 본체의 타면에 보강부재를 부착하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 FPCB 본체를 타발할 때 금형의 온도는 120 내지 140도이고, 상기 보강부재를 타발할 때 금형의 온도는 160 내지 180도인 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 FPCB 본체 및 보강부재의 타발 과정 사이에 냉각 공기 또는 냉매를 이용하여 금형을 냉각하는 과정이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 FPCB 제조방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 하나에 따른 FPCB가 전지셀에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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