KR102553379B1 - 기판 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 모듈에 관한 것이다. 일 측면에 따른 기판 모듈은, 제1홀이 형성되는 인쇄회로기판; 인쇄회로기판의 상측에 배치되며, 상기 제1홀과 마주하는 제2홀이 형성되는 션트 저항; 및 상기 제1홀과 상기 제2홀을 관통하는 결합부재를 포함하며, 상기 결합부재는, 상기 센트 저항의 상면에 결합되는 걸림부; 상기 걸림부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제1홀을 관통하는 제1결합부; 및 상기 제1결합부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제2홀을 관통하는 제2결합부를 포함한다.

Description

기판 모듈{Substrate module}

본 실시예는 기판 모듈에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

2차 전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.

이와 같이 복수 개 집합되는 형태로 사용되는 경우, 과전류가 흐르는 등의 동작 이상이 발생했을 경우 과열에 의하여 단위 셀이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 생길 수 있어, 항상 각 개별 셀의 전압, 온도 등의 여러 상태값들을 측정 및 모니터링 하여 단위 셀에 과충전 또는 과방전이 인가되는 것을 방지해야 한다는 점이 고려되어야 한다.

종래에는 이러한 2차 전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하고, 이를 통해 과전압 및 과전류 상태를 판단하기 위해서 버스바(Busbar) 또는 저항 연결부에 연결된 전류 측정용 션트(Shunt) 저항을 2차 전지 모듈 및 2차 전지 팩내에 포함된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 에 연결하여 사용한다. 예를 들어, 상기 션트 저항은 인쇄회로기판과 상, 하 방향으로 이격되도록 배치되거나, 인쇄회로기판의 상면에 실장될 수 있다.

그러나, 인쇄회로기판 상에 션트 저항을 실장시킬 경우, 션트 저항의 고장 발생 시 인쇄회로기판 전체를 교체하여야 하므로, 제품의 유지 및 보수에 어려움이 있다. 이와 달리, 별도의 부품들을 통해 션트 저항을 인쇄회로기판에 결합시킬 경우, 부품 수 및 부피가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 조립 공수 절감에 따라 생산 효율을 향상시킬 수 있는 기판 모듈을 제공하는 것에 있다.

본 실시예에 따른 기판 모듈은, 제1홀이 형성되는 인쇄회로기판; 인쇄회로기판의 상측에 배치되며, 상기 제1홀과 마주하는 제2홀이 형성되는 션트 저항; 및 상기 제1홀과 상기 제2홀을 관통하는 결합부재를 포함하며, 상기 결합부재는, 상기 센트 저항의 상면에 결합되는 걸림부; 상기 걸림부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제1홀을 관통하는 제1결합부; 및 상기 제1결합부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제2홀을 관통하는 제2결합부를 포함한다.

본 실시예를 통해 결합부재를 통해 션트 저항과 인쇄회로기판의 물리적, 전기적 결합을 이루어지므로, 부품 수가 줄어들고 제조 단가가 저렴해지는 장점이 있다. 또한, 결합부재만으로 션트 저항과 인쇄회로기판이 결합될 수 있으므로, 제품 전체 부피가 축소될 수 있는 장점이 있다.

그리고, 션트 저항 고장 시, 결합부재 해체로 인해 션트 저항을 인쇄회로기판으로부터 분리시킬 수 있으므로, 제품의 유지, 보수가 용이해지는 장점이 있다.

그리고, 회로패턴과 함께 솔더링되는 결합부재를 통해 온도센서가 션트 저항의 온도를 용이하게 감지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 하면의 모습을 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 모듈의 측면을 보인 단면도.
도 4는 도 1의 A-A'를 보인 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 모듈의 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 하면의 모습을 보인 단면도 이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 모듈의 측면을 보인 단면도이고, 도 4는 도 1의 A-A'를 보인 도면이다.

본 실시 예에서, 기판 모듈은 전기 자동차에 구비되는 배터리와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 상기 인쇄회로기판은 전기 자동차의 DC-DC 컨버터에 배치될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 본 실시 예에서 션트 저항이 구비된 인쇄회로기판은, 전류량 감지를 위한 구성이 요구되는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 모듈(100)은, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)(10)과, 인쇄회로기판(10)의 상측에 배치되는 션트 저항(Shunt Resistor)(30)을 포함한다.

인쇄회로기판(10)는 플레이트 형상으로 형성되어, 상면 또는 하면에 구동을 위한 하나 이상의 소자가 배치될 수 있다. 상기 소자는 상기 인쇄회로기판(10)의 외면에 실장될 수 있다. 그리고, 상기 인쇄회로기판(10)의 상면 또는 하면에는, 상기 소자들을 전기적으로 연결시키기 위한 회로 패턴(14)이 형성될 수 있다. 상기 회로 패턴(14)에는 상기 션트 저항(30) 또는 후술할 온도 센서(70)가 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 션트 저항(30)은 상기 션트 저항(30)와 전기적으로 연결되는 구성의 전류를 측정하기 위한 것으로서, 상기 인쇄회로기판(10)의 상측에 배치된다. 상기 션트 저항(30)과 상기 인쇄회로기판(10)은 상, 하 방향으로 상호 이격될 수 있다. 상기 션트 저항(30)과 상기 인쇄회로기판(10)의 이격 거리는, 상기 온도 센서(70)의 높이 보다 높게 형성될 수 있다.

상기 션트 저항(30)은 단면적이 상기 인쇄회로기판(10)의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(10)은 몸체부(11)와, 상기 몸체부(11)의 가장자리 영역으로부터 외측으로 연장되어 상기 션트 저항(30)이 상측에 배치되는 저항 결합부(12)를 포함할 수 있다. 상기 저항 결합부(12)의 단면적은 상기 션트 저항(30)의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 저항 결합부(12)는 상기 션트 저항(30)의 중심부와 상, 하 방향으로 마주하도록 배치될 수 있다. 상기 저항 결합부(12)는 장방형의 상기 몸체부(11)에서 상대적으로 짧은 길이를 가지는 변의 외측에 배치될 수 있다.

상기 션트 저항(30)은 후술할 결합부재(50)가 결합되는 중심부와, 상기 중심부의 양측에 배치되는 가장자리부를 포함할 수 있다. 상기 가장자리부에는 배터리와 전기적인 결합을 위한 터미널이 끼워지도록 홀(32)이 형성될 수 있다. 상기 홀(32)은 상기 션트 저항(30)의 상면으로부터 하면을 관통하도록 형성될 수 있다.

상기 결합부재(50)는 상기 션트 저항(30)의 상측에서 하방으로 결합되어, 일단이 상기 션트 저항(30)의 상면에 결합되고, 하단이 상기 인쇄회로기판(10)의 하방으로 연장될 수 있다.

상세히, 상기 결합부재(50)는 상기 션트 저항(30)의 상면에 결합되는 걸림부(58)와, 상기 걸림부(58)의 하면으로부터 하방으로 연장되며 제1단면적을 가지는 제1결합부(56)와, 상기 제1결합부(56)의 하단으로부터 하방으로 연장되어 제2단면적을 가지는 제2결합부(57)를 포함할 수 있다. 상기 결합부재(50)는 상기 인쇄회로기판(10)과 상기 션트 저항(30)을 결합시키기 위한 구성으로, 상기 결합부재(50)는 외주면에 나사산이 형성되는 스크류일 수 있다. 상기 결합부재(50)는 금속 재질일 수 있다.

상기 걸림부(58)는 타 영역보다 단면적이 크게 형성되어, 하면이 상기 션트 저항(30)의 상면에 접촉된다. 그리고, 상기 제1결합부(56)는 상기 션트 저항(30)에 나사 결합된다. 이를 위해, 상기 제1결합부(56)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 제1결합부(56)의 나사 결합을 위해, 상기 션트 저항(30)에는 상기 제1결합부(56)가 관통하는 제1홀(37)이 형성될 수 있다. 상기 제1홀(37)은 상기 션트 저항(30)의 상면으로부터 하면을 관통하도록 형성되어, 내주면에 나사홈이 구비될 수 있다. 상기 제1홀(37)의 단면적은 상기 제1결합부(56)의 단면적에 대응될 수 있다. 한편, 상기 제1결합부(56)의 외주면 중 나사산 형성 영역은, 상기 제1홀(37)의 높이에 대응될 수 있다. 즉, 상기 결합부재(50)가 상기 션트 저항(30)에 결합 시, 상기 제1홀(37)의 내측에 배치되는 상기 제1결합부(56)의 영역에만 나사산이 형성될 수 있다.

상기 인쇄회로기판(30)에는, 상면으로부터 하면을 관통하는 제2홀(17)이 형성될 수 있다. 상기 제2홀(17)은 상기 제1홀(37)과 상, 하 방향으로 마주하게 배치될 수 있다. 상기 제2홀(17)에는 상기 제2결합부(57)가 결합될 수 있다. 도면에서는, 상기 제2홀(17) 내에 상기 제1결합부(56)의 하부 영역이 배치된 것을 예로 들고 있으나, 상기 제2홀(17) 내에는 상기 제2결합부(57)가 배치되도록 구성할 수 있다. 상기 제2홀(17)은 상기 제2결합부(57)의 단면적에 대응되도록 형성되어, 내주면에 나사홈이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2결합부(57)의 외주면 중 상기 제2홀(17)의 내측에 배치되는 영역에는 나사산이 형성될 수 있다.

이와 달리, 상기 제2결합부(57)와 상기 제2홀(17)은 나사 결합 방식이 아닌, 단순히 상기 제2결합부(57)가 상기 제2홀(17)을 관통하도록 구성될 수 있다. 상기 제2결합부(57)의 하부 영역은 상기 제2홀(17)을 관통하여, 상기 인쇄회로기판(10)의 하방으로 돌출될 수 있다.

한편, 상기 제2결합부(57)와 결합되는 상기 제1결합부(56)의 하부 영역의 외주면에는 경사면이 형성될 수 있다. 상기 경사면은 하방으로 갈수록 상기 제1결합부(56)의 단면적이 작아지는 형상일 수 있다. 상기 제2홀(17)의 단면적이 상기 제1홀(37)의 단면적 보다 작게 형성되므로, 상기 제1결합부(56)는 상기 제2홀(17)에 걸림이 이루어질 수 있다. 따라서, 작업자의 작업 효율이 증가할 수 있다.

이와 달리, 상기 제1결합부(56)의 하면과 상기 제2결합부(57)의 측면은 수직하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1결합부(56)의 하면은 상기 인쇄회로기판(10)의 상면에 평행하게 형성되어, 제1결합부(56)가 전 영역에서 균일한 단면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제2결합부(57)는 상기 제1결합부(56)의 하면에서 하방으로 연장되어, 상기 인쇄회로기판(10)과 수직하게 배치될 수 있다. 이 경우에도, 상기 제1결합부(56)는 상기 제2홀(17)을 통과하지 못하게 되므로, 상기 제1결합부(56)의 하면이 상기 인쇄회로기판(10)의 상면에 마주하게 배치될 수 있다.

상기 제2홀(17)을 통과한 상기 제2결합부(57)는 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 솔더링(Soldering)된다. 상기 제2홀(17)을 통과한 상기 제2결합부(57) 중 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 인접한 영역은 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 솔더링될 수 있다. 이로 인해, 상기 인쇄회로기판(10)과 상기 션트 저항(30)을 결합시키는 상기 결합부재(50)가 견고하게 고정될 수 있다. 즉, 상기 결합부재(50)는 상단에 배치되어 상기 션트 저항(30)의 상면에 결합되는 상기 걸림부(58)와, 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 형성되는 솔더부(60)에 의해, 상기 인쇄회로기판(10) 및 상기 션트 저항(30)과의 결합 상태가 견고하게 고정될 수 있다. 여기서, 상기 솔더부(60)는 상기 인쇄회로기판(10)의 하면과 상기 제2결합부(57)의 외주면 일부를 솔더링하여 형성되는 영역으로서 이해될 수 있다.

한편, 상기 결합부재(50)는 복수로 구비될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1홀(37)과 상기 제2홀(17)의 개수도 각각 상기 결합부재(50)의 개수에 대응하도록 복수로 구비될 수 있다. 상기 결합부재(50)는, 가상의 사각형의 각 꼭지점에 시계 방향 순서대로 배치되도록 제1결합부재(51), 제2결합부재(52), 제3결합부재(53) 및 제4결합부재(54)를 포함할 수 있다. 이 중 상대적으로 상기 몸체부(11)와 가깝게 배치되는 상기 제3결합부재(53)와, 상기 제4결합부재(54)는 상기 회로패턴(14)과 전기적으로 연결될 수 있다.

상세히, 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에는 다른 소자 또는 온도센서(70)가 전기적으로 결합되는 상기 회로패턴(14)이 배치된다. 그리고, 상기 제3결합부재(53)와 상기 제4결합부재(54)는 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 솔더링된다. 따라서, 상기 제3결합부재(53)와 상기 제4결합부재(54)의 솔더링 시, 상기 솔더부(60)가 상기 회로패턴(14)과 중첩되게 형성됨으로써, 상기 상기 제3결합부재(53)와 상기 제4결합부재(54)는 상기 회로패턴(14)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이로 인해, 상기 결합부재(50)가 금속 재질로 형성되므로, 상기 션트 저항(30)과 상기 인쇄회로기판(10)이 전기적으로 연결될 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 션트 저항(30)과 상기 인쇄회로기판(10) 사이에는 온도센서(70)가 배치될 수 있다. 상기 온도센서(70)는 상기 션트 저항(30)의 온도를 감지할 수 있다. 상기 온도센서(70)는 인쇄회로기판(10)의 상면에 실장될 수 있다. 상기 온도센서(70)는 상기 회로패턴(14)에 실장될 수 있다. 상기 온도센서(70)의 높이는 상기 션트 저항(30)과 상기 인쇄회로기판(10) 사이 간격보다 낮게 형성될 수 있다. 상기 온도센서(70)는 상기 결합부재(50)와 접촉되는 상기 회로패턴(14)의 온도를 감지함으로써, 상기 션트 저항(30)의 온도를 감지할 수 있다. 이와 달리, 상기 온도센서(70)가 직접 상기 션트 저항(30)의 온도를 감지할 수도 있다. 따라서, 상기 션트 저항(30)에 구동에 따라 발생되는 열이 설정 온도 이상일 경우, 상기 온도센서(70)에 의해 감지되고, 상기 인쇄회로기판(10) 상에 배치되는 제어부(미도시)에 의해 상기 션트 저항(30)의 구동을 정지시키거나, 상기 션트 저항(30)이 감지하는 배터리의 전류치를 변경시킬 수 있다.

상기와 같은 구성에 따르면, 결합부재를 통해 션트 저항과 인쇄회로기판의 물리적, 전기적 결합을 이루어지므로, 부품 수가 줄어들고 제조 단가가 저렴해지는 장점이 있다. 또한, 결합부재만으로 션트 저항과 인쇄회로기판이 결합될 수 있으므로, 제품 전체 부피가 축소될 수 있는 장점이 있다.

그리고, 션트 저항 고장 시, 결합부재 해체로 인해 션트 저항을 인쇄회로기판으로부터 분리시킬 수 있으므로, 제품의 유지, 보수가 용이해지는 장점이 있다.

그리고, 회로패턴과 함께 솔더링되는 결합부재를 통해 온도센서가 션트 저항의 온도를 용이하게 감지할 수 있는 장점이 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 제1홀이 형성되는 인쇄회로기판;
   인쇄회로기판의 상측에 배치되며, 상기 제1홀과 마주하는 제2홀이 형성되는 션트 저항; 및
   상기 제1홀과 상기 제2홀을 관통하는 결합부재를 포함하며,
   상기 결합부재는,
   상기 션트 저항의 상면에 결합되는 걸림부;
   상기 걸림부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제1홀을 관통하는 제1결합부; 및
   상기 제1결합부의 하면으로부터 하방으로 연장되며, 상기 제2홀을 관통하는 제2결합부를 포함하고,
   상기 인쇄회로기판의 하면에는 상기 결합부재와 솔더링에 의해 형성되는 솔더부가 배치되고,
   상기 솔더부는 상기 인쇄회로기판의 하면에 배치되는 회로패턴과 전기적으로 연결되고,
   상기 인쇄회로기판은 몸체부와, 상기 몸체부의 외측에 배치되어 상기 션트 저항과 마주하는 저항 결합부를 포함하고,
   상기 결합부재는 복수로 구비되어 상호 이격되게 배치되고,
   상기 복수의 결합부재 중 상대적으로 상기 몸체부와 가깝게 배치되는 일부 결합부재는 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되는 기판 모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1결합부의 단면적은 상기 제2결합부의 단면적 보다 크게 형성되는 기판 모듈.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 인쇄회로기판과 상기 션트 저항 사이에는 온도 센서가 배치되며,
   상기 온도 센서는 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되는 기판 모듈.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2결합부와 결합되는 상기 제1결합부의 하부 영역은 하방으로 갈수록 단면적이 감소하도록 경사면이 형성되는 기판 모듈.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2결합부와 결합되는 상기 제1결합부의 하면은 상기 제2결합부의 측면과 수직하게 배치되는 기판 모듈.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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