KR20130075484A - 배선기판 및 그를 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선기판 및 그를 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터(super capacitor)에 관한 것으로, 플라스틱 소재의 배선기판을 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터는 배서기판, 셀 및 리드를 포함한다. 셀은 제1 전극, 분리막, 제2 전극 및 전해질을 포함하고, 제1 전극이 배선기판의 상부면에 접합되어 전기적으로 연결된다. 그리고 리드는 셀을 덮도록 배선기판의 상부면에 접합되어 봉합하며, 셀의 제2 전극 및 배선기판을 전기적으로 연결한다. 이때 배선기판은 기판 몸쳉, 전극 실장 영역, 리드 접합 패턴 및 한 쌍의 외부 접속 패드를 포함한다. 기판 몸체는 상부면과 하부면을 갖는다. 전극 실장 영역은 기판 몸체의 상부면의 중심 부분에 사각 형태로 형성되며, 마주보는 양변에서 안쪽으로 들어간 오목부를 가지며, 제1 전극이 접합된다. 리드 접합 패턴은 전극 실장 영역에 이격되게 형성되며, 오목부가 형성된 안쪽 영역을 포함하여 기판 몸체의 상부면에 전체에 형성되고, 제1 전극이 접합되는 영역의 외곽에 리드가 접합된다. 그리고 한 쌍의 외부 접속 패드는 기판 몸체의 하부면에 형성되며, 전극 실장 영역 및 리드 접합 패턴과 각각 전기적으로 연결된다.

Description

배선기판 및 그를 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터{Wiring substrate and super capacitor of surface mount type using the same}

본 발명은 슈퍼 커패시터(super capacitor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스틱 소재의 배선기판을 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선할 수 있는 배선기판 및 그를 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 관한 것이다.

각종 휴대용 전자기기를 비롯하여 전기자동차 등은 전원 공급 장치가 요구되는 시스템이나, 순간적으로 발생하는 과부하를 조절 또는 공급하는 시스템을 위한 전기에너지 저장장치도 요구되고 있으며, 이러한 전기에너지 저장장치로 Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지, 납축전지 및 리튬이차전지와 같은 이차전지와, 높은 출력 밀도를 가지면서 충방전 수명이 무제한에 가까운 슈퍼 커패시터, 알루미늄 전해 커패시터 및 세라믹 커패시터 등이 있다.

특히 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor), 유사 커패시터(pseudo capacitor), 리튬 이온 커패시터(LIC; lithium ion capacitor)와 같은 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor) 등이 있다.

여기서 전기이중층 커패시터는 서로 다른 상의 계면에 형성된 전기이중층에서 발생하는 정전하현상을 이용한 커패시터로서, 에너지 저장 메커니즘이 화학반응에 의존하는 배터리에 비하여 충방전 속도가 빠르고 충방전 효율이 높으며 사이클 특성이 월등하여 백업 전원에 광범위하게 사용되며, 향후 전기자동차의 보조전원으로서의 가능성도 무한하다.

유사 커패시터는 전극과 전기화학 산화물의 산화-환원 반응을 이용하여 화학 반응을 전기적 에너지로 전환하여 저장하는 커패시터이다. 유사 커패시터는 전기이중층 커패시터가 전기화학 이중층형 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장 할 수 있어 저장 용량이 전기이중층 커패시터에 비하여 약 5배정도 크다. 금속산화물 전극재료로는 RuOx, IrOx, MnOx 등이 사용되고 있다.

그리고 리튬 이온 커패시터는 기존 전기이중층 커패시터의 고출력 및 장수명 특성과, 리튬 이온 전지의 고에너지밀도를 결합한 새로운 개념의 이차전지 시스템이다. 전기이중층 내 전하의 물리적 흡착반응을 이용하는 전기이중층 커패시터는 우수한 출력특성 및 수명특성에도 불구하고 낮은 에너지밀도 때문에 다양한 응용분야에 적용이 제한되고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터의 문제점을 해결하는 수단으로서 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 소재를 이용하는 리튬 이온 커패시터가 제안되었으며, 리튬 이온 커패시터는 이온화 경향이 큰 리튬 이온을 음극에 미리 도핑하여 음극의 전위를 대폭적으로 낮출 수 있고, 셀 전압도 종래의 전기이중층 커패시터의 2.5 V 대비 크게 향상된 3.8 V 이상의 고전압 구현이 가능하며 높은 에너지 밀도를 발현할 수 있다.

이러한 슈퍼 커패시터의 기본적인 구조는 다공성 전극과 같이 표면적이 상대적으로 큰 전극, 전해질, 집전체(current collector), 분리막(separator)으로 이루어져 있으며, 단위 셀 전극의 양단에 수 볼트의 전압을 가해 전해질 내의 이온들이 전기장을 따라 이동하여 전극 표면에 흡착되어 발생되는 전기 화학적 메커니즘을 작동원리로 한다. 이러한 셀은 금속 재질의 상부 및 하부 케이스에 봉합되고, 상부 및 하부 케이스의 외측면에는 상부 및 하부 단자가 부착된다.

그러나 종래의 슈퍼 커패시터는, 코인 타입(coin type)의 경우, 상부 및 하부 케이스의 절연과 기밀을 위한 개스킷과 도포 재료가 필요함은 물론이고 그에 따른 도포 및 압착 공정이 요구됨으로 인해, 조립성과 생산성이 저하될 뿐 아니라 경제적 비용이 많이 소요되는 문제점을 안고 있다.

또한 상부 및 하부 단자가 상부 및 하부 케이스의 외부로 돌출되는 구조를 갖기 때문에, 슈퍼 커패시터의 크기가 커질 뿐만 아니라 전자기기의 기판에 실장 시 많은 실장 공간을 차지하는 문제점을 안고 있다.

그리고 상부 및 하부 단자의 부착 과정에서 용접 및 휨 불량 등이 빈번히 발생되고 있는 실정이다.

이러한 문제점들은 결국 슈퍼 커패시터의 기능성과 사용성을 저하시키는 결과를 초래한다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 플라스틱 소재의 배선기판 위에 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 적층하여 셀을 형성하고, 셀이 실장된 배선기판의 공간을 리드(lid)로 봉합하여 전자기기의 기판에 표면 실장할 수 있는 칩 타입(chip type)의 슈퍼 커패시터가 제안되고 있다.

하지만 배선기판으로 사용되는 플라스틱 소재, 예컨대 FR4는 습기를 잘 흡수하기 때문에, 흡습으로 인한 슈퍼 커패시터의 성능이 저하될 수 있다. 또한 배선기판의 이러한 흡습성으로 인해, 배선기판과 리드의 내부 공간의 주입된 액상의 전해액이 배선기판을 형성하는 플라스틱 소재의 기판 몸체를 통해서 세는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 플라스틱 소재의 배선기판을 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선할 수 있는 배선기판 및 그를 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 몸체, 전극 실장 영역, 리드 접합 패턴, 및 한 쌍의 외부 접속 패드를 포함하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판을 제공한다. 상기 기판 몸체는 상부면과, 상기 상부면에 반대되는 하부면을 갖는다. 상기 전극 실장 영역은 상기 기판 몸체의 상부면의 중심 부분에 형성되며, 마주보는 양변에서 각각 안쪽으로 들어간 오목부를 가지며, 전극이 접합된다. 상기 리드 접합 패턴은 상기 전극 실장 영역에 이격되게 형성되며, 상기 오목부가 형성된 안쪽 영역을 포함하여 상기 기판 몸체의 상부면에 전체에 형성되고, 상기 전극이 접합되는 영역의 외곽에 리드가 접합된다. 그리고 상기 기판 몸체의 하부면에 형성되며, 상기 전극 실장 영역 및 상기 리드 접합 패턴과 각각 전기적으로 연결된다.

본 발명에 따른 배선기판에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은 리드 접합부와 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 리드 접합부는 상기 전극 실장 영역에서 이격되어 상기 전극 실장 영역 둘레의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성되며, 리드가 접합된다. 상기 돌출부는 상기 리드 접합부와 연결되어 상기 오목부 안쪽으로 형성되되, 상기 오목부와 이격되게 상기 기판 몸체의 상부면에 형성된다.

본 발명에 따른 배선기판에 있어서, 상기 전극 실장 영역은 도그본(dog bone) 형상으로 형성딜 수 있다.

본 발명에 따른 배선기판에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는, 상기 기판 몸체의 하부에 형성된 상기 한 쌍의 외부 접속 패드를 상기 전극 실장 영역과 상기 리드 접합 패턴이 형성된 상기 기판 몸체의 상부면으로 투영(projection)했을 때, 서로 이웃하는 제1 변이 상기 전극 실장 영역의 한 쌍의 오목부를 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 제1 변과 연결되어 형성되는 외곽선은 상기 리드 접합 패턴 영역 안에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 배선기판에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는 상기 기판 몸체의 하부면에 사각 바 형태로 형성되며, 상기 한 쌍의 오목부를 중심으로 양쪽에 위치하는 상기 전극 실장 영역 부분과, 상기 전극 실장 영역 부분과 상기 리드 접합 패턴 사이에 노출되는 상기 기판 몸체 부분에 대응되는 상기 기판 몸체의 하부면 부분을 포함하는 크기로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 배선기판에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은 상기 전극 실장 영역의 외곽선과 이웃하는 테두리선이 상기 전극 실장 영역의 외곽선을 따라서 일정 이격되어 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 전술된 배선기판, 셀, 및 리드를 포함하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터를 제공한다. 상기 셀은 제1 전극, 분리막, 제2 전극 및 전해질을 포함하고, 상기 제1 전극이 상기 배선기판의 상부면에 접합되어 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 리드는 상기 셀을 덮도록 상기 배선기판의 상부면에 접합되어 봉합하며, 상기 셀의 제2 전극 및 상기 배선기판을 전기적으로 연결한다.

본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은, 상기 전극 실장 영역에서 이격되어 상기 전극 실장 영역 둘레의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성되며 리드가 접합되는 리드 접합부와, 상기 리드 접합부와 연결되어 상기 오목부 안쪽으로 형성되되 상기 오목부와 이격되게 상기 기판 몸체의 상부면에 형성된 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 전극 실장 영역과 상기 오목부의 안쪽에 형성된 상기 리드 접합 패턴의 돌출부 위에 접합되되, 상기 전극 실장 영역과는 도전성 접합 부재에 의해 접합되고, 상기 돌출부와는 절연성 접합 부재에 의해 접합될 수 있다.

본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 있어서, 상기 절연성 접합 부재는 상기 제1 전극 아래에 위치하는 돌출부 부분과, 상기 제1 전극 아래에 위치하는 돌출부 부분과 상기 전극 실장 영역 사이의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 있어서, 상기 리드는 상기 리드 접합 패턴의 리드 접합부에 도전성 접합 부재에 의해 접합될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는 상기 기판 몸체의 하부에 형성된 상기 한 쌍의 외부 접속 패드를 상기 전극 실장 영역과 상기 리드 접합 패턴이 형성된 상기 기판 몸체의 상부면으로 투영(projection)했을 때, 서로 이웃하는 제1 변이 상기 전극 실장 영역의 한 쌍의 오목부를 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 제1 변과 연결되어 형성되는 외곽선은 상기 리드 접합 패턴 영역 안에 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전해질과 외부의 환경에 노출되는 기판 몸체의 부분을 최소화함으로써, 플라스틱 소재의 배선기판을 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선할 수 있다. 이로 인해 양호한 기밀성과 흡습에 따른 문제를 해소한 신뢰성이 향상된 표면 실장형 슈퍼 커패시터를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판은 별도의 구성 부재의 추가 없이 회로 배선 패턴의 디자인 변경을 통하여 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선할 수 있기 때문에, 기밀성과 흡습에 따른 문제를 해소하기 위해서 소요되는 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판의 상부면을 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 배선기판의 하부면을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.
도 4는 도 1의 배선기판의 상부면에 배선기판의 하부면에 형성된 외부 접속 패드가 투영된 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 배선기판 위에 제1 전극이 실장된 상태를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 6-6선 단면도로서, 도 1의 배선기판을 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터를 보여주는 단면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판의 상부면을 보여주는 평면도이다. 도 2는 도 1의 배선기판의 하부면을 보여주는 평면도이다. 도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다. 그리고 도 4는 도 1의 배선기판의 상부면에 배선기판의 하부면에 형성된 외부 접속 패드가 투영된 상태를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판(10)은 기판 몸체(11)와, 기판 몸체(11)에 형성된 회로 배선 패턴(13)을 포함하는 인쇄회로기판이다.

기판 몸체(11)는 상부면(12)과, 상부면(12)에 반대되는 하부면(14)을 가지며, 절연성을 갖는 플라스틱 소재로 제조될 수 있다. 기판 몸체(11)의 소재로는 FR4가 사용될 수 있다. 이러한 기판 몸체(11)는 사각판 형태로 제조될 수 있다.

회로 배선 패턴(13)은 기판 몸체(11)의 상부면(12)에 형성되는 전극 실장 영역(15) 및 리드 접합 패턴(17)과, 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 형성되는 복수의 외부 접속 패드(18)를 포함한다. 전극 실장 영역(15)은 기판 몸체(11)의 상부면(12)의 중심 부분에 형성되며, 셀의 제1 전극이 접합된다. 리드 접합 패턴(17)은 전극 실장 영역(15)의 둘레에 형성된다. 그리고 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는 기판 몸체(11)의 하부면에 형성되며, 기판 몸체(11)를 관통하는 비아 홀(19)에 의해 전극 실장 영역(15) 및 리드 접합 패턴(17)과 각각 전기적으로 연결된다. 이러한 회로 배선 패턴(13)으로는 전기 전도성이 양호한 구리와 같은 금속 소재가 사용될 수 있으며, 표면에 금(Au), 니켈(Ni) 등이 도금될 수 있다.

이때 전극 실장 영역(15)은 기판 몸체(11)의 상부면(12)의 중심 부분에 형성되며, 마주보는 양변에서 각각 안쪽으로 들어간 오목부(15a)를 갖는다. 예컨대 전극 실장 영역(15)은 도그본(dog bone) 형상으로 형성될 수 있다.

리드 접합 패턴(17)은 전극 실장 영역(15)을 둘러싸는 고리 형태로 형성되며, 전극 실장 영역(15)에 대해서 일정 간격 이격되어 형성되어 있다. 즉 리드 접합 패턴(17)은 전극 실장 영역(15)에 이격되게 형성되고, 오목부(15a)가 형성된 안쪽 영역을 포함하여 기판 몸체(11)의 상부면(12)에 전체에 형성된다. 리드 접합 패턴(17)은 제1 전극이 접합되는 영역의 외곽에 리드가 접합된다.

이러한 리드 접합 패턴(17)은 리드 접합부(17a)와 돌출부(17b)를 구비한다. 리드 접합부(17a)는 전극 실장 영역(15)에서 이격되어 전극 실장 영역(15) 둘레의 기판 몸체(11)의 상부면(12)에 형성되며, 리드가 접합된다. 돌출부(17b)는 리드 접합부(17a)와 연결되어 오목부(15a) 안쪽으로 형성되며, 오목부(15a)와 이격되게 기판 몸체(11)의 상부면(12)에 형성된다. 돌출부(17b)는 전극 실장 영역(15)에 접합되는 제1 전극의 아래에 위치하게 된다. 이와 같이 리드 접합 패턴(17)은 전극 실장 영역(15)의 외곽선과 이웃하는 테두리선이 전극 실장 영역(15)의 외곽선을 따라서 일정 이격되어 형성된다.

그리고 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는 전극 실장 영역(15) 위에 적층되어 형성될 셀의 제1 및 제2 전극에 대응되게 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 마련되어 있다. 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 형성된 한 쌍의 외부 접속 패드(18)를 전극 실장 영역(15)과 리드 접합 패턴(17)이 형성된 기판 몸체(11)의 상부면(12)으로 투영(projection)했을 때, 서로 이웃하는 제1 변(18a)이 전극 실장 영역(15)의 한 쌍의 오목부(15a)를 가로지르는 방향으로 형성된다. 또한 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는 제1 변(18a)과 연결되어 형성되는 외곽선(18b)은 리드 접합 패턴 영역(17) 안에 형성된다. 이때 도 4에서 외부 접속 패드(18)의 도시에 있어서, 제1 변(18a)은 점선으로 표시하였고, 외곽선(18b)은 일점쇄선으로 표시하였다.

또한 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 사각 바 형태로 형성될 수 있다. 한 쌍의 외부 접속 패드(18)는 한 쌍의 오목부(15a)를 중심으로 양쪽에 위치하는 전극 실장 영역(15) 부분과, 전극 실장 영역(15) 부분과 리드 접합 패턴(17) 사이에 노출되는 기판 몸체(11) 부분에 대응되는 기판 몸체(11)의 하부면(14) 부분을 포함할 수 있는 크기로 형성된다. 한편 본 실시예에서는 한 쌍의 외부 접속 패드(18)가 동일한 형상으로 형성된 예를 개시하였지만, 작업자가 슈퍼 커패시터로 제조한 이후에 제1 및 제2 전극에 연결된 단자를 쉽게 구분할 수 있도록 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.

이와 같이 회로 배선 패턴(13)을 기판 몸체(11)의 상부면(12)과 하부면(14)에 형성하는 이유는, 플라스틱 소재의 배선기판(10)의 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선하기 위해서이다. 즉 전극 실장 영역(15)과 리드 접합 영역(17) 사이에 노출되는 띠 형태의 영역을 통하여 기판 몸체(11)의 상부면(12)이 일부 노출될 뿐, 기판 몸체(11)의 상부면(12)의 대부분은 전극 실장 영역(15) 및 리드 접합 패턴(17)에 의해 덮이게 된다. 이로 인해 플라스틱 소재의 기판 몸체(11)와 셀에 제공되는 전해질이 접촉되는 면적을 최소화할 수 있다.

또한 전해질이 노출된 기판 몸체(11)의 상부면(12)과 접촉하더라도, 전해질이 접촉하는 기판 몸체(11)의 상부면(12) 부분을 포함하는 크기의 외부 접속 패드(18)가 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 형성되어 있기 때문에, 기판 몸체(11)의 상부면(12)과 하부면(14)이 서로 대향 부분은 없다. 물론 도 4를 참조하면, 한 쌍의 외부 접속 패드(18)가 서로 일정 간격 이격되어 형성되기 때문에, 전극 실장 영역(15)의 오목부(15a)와 한 쌍의 외부 접속 패드(18)의 사이에서 기판 몸체(11)의 상부면(12)과 하부면(14)이 서로 대향하는 부분(A)이 일부 존재한다. 하지만 이 부분(A)은 제1 전극을 돌출부(17b)에 접합하는 절연성의 접합 부재에 의해 덮이기 때문에, 실제 전해질과 접촉되는 부분은 아니다.

이와 같이 본 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터의 배선기판(10)은 전해질과 외부의 환경에 노출되는 기판 몸체(11)의 부분을 최소화함으로써, 플라스틱 소재의 배선기판(10)의 사용하더라도 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제를 개선할 수 있다.

한편 본 실시예에서는 전극 실장 영역(15)과 리드 접합 패턴(17)은 한 쌍의 외부 접속 패드(18)에 기판 몸체(11)를 관통하여 비아 홀(19)에 의해 전기적으로 연결되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 전극 실장 영역(15)은 비아 홀(19)에 의해 하나의 외부 접속 패드(18)에 전기적으로 연결되고, 리드 접합 패턴(17)은 기판 몸체(11)의 외측면을 통하여 다른 하나의 외부 접속 패드(18)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 기판 몸체(11)의 외측면에는 리드 접합 패턴(17)과 외부 접속 패드(18)를 연결하는 배선이 형성될 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 배선기판(10)을 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터(100)에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 5는 도 1의 배선기판(10) 위에 제1 전극(21)이 실장된 상태를 보여주는 평면도이다. 도 6은 도 5의 6-6선 단면도로서, 도 1의 배선기판(10)을 이용한 표면 실장형 슈퍼 커패시터(100)를 보여주는 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 표면 실장형 슈퍼 커패시터(100)는 배선기판(10), 셀(20) 및 리드(30)를 포함한다. 슈퍼 커패시터(100)는 배선기판(10)의 상부면(12)에 셀(20)이 실장되고, 셀(20)이 실장된 영역을 리드(40)로 봉합한 구조를 갖는다.

배선기판(10)에 대해서는 전술하였기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

셀(20)은 전극 실장 영역(15)에 실장되며, 제1 전극(21), 분리막(23), 제2 전극(25) 및 전해질을 포함한다. 제1 전극(21)은 전극 실장 영역(15)에 제1 접합 부재(31)를 매개로 접합되어 전기적으로 연결된다. 분리막(23)은 제1 전극(21) 위에 적층된다. 제2 전극(25)은 분리막(23) 위에 적층된다. 그리고 전해질은 제1 및 제2 전극(21,25)에 함침된다. 한편 이러한 셀(20)은 전기이중층 커패시터, 유사 커패시터, 리튬 이온 커패시터와 같은 하이브리드 커패시터를 형성할 수 있는 셀이 사용될 수 있다.

이때 제1 전극(21)과 제2 전극(25)은 양극 또는 음극 중에 하나이며 서로 다른 극성을 갖는다. 제1 접합 부재(31)로는 도전성을 갖는 접착제로서, 카본 페이스트, 도전성 폴리머, 은-에폭시 접착제 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 접합 부재(31)는 액상 또는 시트 형태로 제공될 수 있다.

또한 제1 전극(21)은 전극 실장 영역(15)의 오목부(15a) 쪽에 형성된 리드 접합 패턴(17)의 돌출부(17b)에 제2 접합 부재(33)를 매개로 접합된다. 제2 접합 부재(33)는 절연성의 접합 부재가 사용된다. 제2 접합 부재(33)는 돌출부(17b)와, 돌출부(17b)와 오목부(15a) 사이에 노출되는 기판 몸체 부분(도 4의 A)에도 형성되어 제1 전극(21)과 리드 접합 패턴(17)을 전기적으로 절연시키고, 배선기판(10)에 기밀성을 제공한다.

즉 기존의 배선기판은 사각 형태의 전극 실장 영역과, 그 전극 실장 영역에 이격된 전극 실장 영역의 외곽에 리드 접합 패턴이 형성된다. 이로 인해 전극 실장 영역과 리드 접합 패턴 사이에 노출되는 기판 몸체로 인해 기밀성과 흡습성에 문제가 발생될 수 있다.

하지만 본 실시예의 경우, 전극 실장 영역(15)과 리드 접합 패턴(17) 사이에 노출되는 배선 기판(10)의 상부면(12) 부분이 기판 몸체(11)의 하부면(14)에 형성된 한 쌍의 외부 접속 패드(18)와, 제2 접합 부재(33)에 의해 모두 보호되기 때문에, 기판 몸체(11)의 상부면(12)과 하부면(14)이 수직 방향으로 서로 연결되는 부분은 존재하지 않는다. 따라서 본 실시예에 따른 배선기판(10)은 흡습이 일어날 수 있는 경로를 최대한 차단함으로써, 양호한 기밀성을 제공하면서 흡습에 따른 문제 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해 셀(20)의 전해질이 배선기판(10)을 통하여 누설되는 것을 억제할 수 있다.

그리고 리드(40)는 배선기판(10)의 상부면(12)에 실장된 셀(20)을 덮어 셀(20)이 실장된 영역을 외부와 밀폐시킨다. 즉 리드(40)는 배선기판(10)에 실장된 셀(20)을 덮으며, 바닥면(47)이 제2 전극(25)에 제3 접합 부재(35)를 매개로 접합되어 전기적으로 연결되고, 가장자리 부분이 배선기판(10)의 리드 접합부(17a)에 제4 접합 부재(37)를 매개로 접합되어 전기적으로 연결된다. 이러한 리드(40)는 전기 전도성이 양호한 금속 소재로 제조되며, 덮개부(41)와 접합부(43)로 구성될 수 있다. 덮개부(41)는 셀(20)이 삽입되는 내부 공간(45)이 형성되어 있고, 내부 공간(45)의 바닥면(47)에 제2 전극(25)이 제3 접합 부재(35)를 매개로 접합된다. 접합부(43)는 덮개부(41)의 가장자리 부분과 일체로 형성되어 리드 접합 패턴(17)의 리드 접합부(17a)에 제4 접합 부재(37)를 매개로 접합되어 전기적으로 연결된다. 접합부(43)는 덮개부(41)의 가장자리 부분에서 외측으로 절곡된 형태로 형성될 수 있다.

이때 제3 및 제4 접합 부재(35,37)는 전기 전도성을 갖는 접착제로서, 카본 페이스트, 솔더 페이스트, 도전성 폴리머, 은-에폭시 접착제 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 특히 제4 접합 부재(47)는 인쇄 방법으로 배선기판(10)의 리드 접합부(17a) 위에 형성될 수 있다. 제4 접합 부재(37)를 인쇄 방법으로 배선기판(10)의 리드 접합부(17a) 위에 형성하는 이유는 제4 접합 부재(37)의 도포량과 접착면적을 규격화하여 리드(40)의 접합 작업을 간편하고 효율적으로 수행하고, 그 접착 상태를 보다 안정적으로 유지하면서, 리드(40)를 접합하는 과정에서 제4 접합 부재(37)가 전극 실장 영역(15)으로 번지는 것을 방지하기 위해서이다.

또는 리드(40)의 접합부(43)는 배선기판(10)의 리드 접합부(17a)에 초음파 또는 고주파 등을 이용한 용접의 방법으로 접합될 수 있다.

한편 본 실시예에서는 내부 공간(47)을 갖는 리드(40)로 셀(20)이 실장된 배선기판(10)의 영역을 봉합하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 리드 접합부에 링 형태의 접합링을 접합하고, 판 형태의 리드로 접합링을 봉합하여 셀이 실장된 배선기판의 영역을 봉합할 수 있다. 이때 리드의 하부면은 셀의 제2 전극에 접합되어 전기적으로 연결된다.

이와 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 배선기판 11 : 기판 몸체
12 : 상부면 14 : 하부면
13 : 회로 배선 패턴 15 : 전극 실장 영역
15a : 오목부 17 : 리드 접합 패턴
17a : 리드 접합부 17b : 돌출부
18 : 외부 접속 패드 19 : 비아 홀
20 : 셀 21 : 제1 전극
23 : 분리막 25 : 제2 전극
31 : 제1 접합 부재 33 : 제2 접합 부재
35 : 제3 접합 부재 37 : 제4 접합 부재
40 : 리드(lid) 41 : 덮개부
43 : 접합부 100 : 슈퍼 커패시터

Claims (12)

1. 상부면과, 상기 상부면에 반대되는 하부면을 갖는 기판 몸체;
   상기 기판 몸체의 상부면의 중심 부분에 형성되며, 마주보는 양변에서 각각 안쪽으로 들어간 오목부를 가지며, 전극이 접합되는 전극 실장 영역;
   상기 전극 실장 영역에 이격되게 형성되며, 상기 오목부가 형성된 안쪽 영역을 포함하여 상기 기판 몸체의 상부면에 전체에 형성되고, 상기 전극이 접합되는 영역의 외곽에 리드가 접합되는 리드 접합 패턴;
   상기 기판 몸체의 하부면에 형성되며, 상기 전극 실장 영역 및 상기 리드 접합 패턴과 각각 전기적으로 연결되며 한 쌍의 외부 접속 패드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은,
   상기 전극 실장 영역에서 이격되어 상기 전극 실장 영역 둘레의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성되며, 리드가 접합되는 리드 접합부;
   상기 리드 접합부와 연결되어 상기 오목부 안쪽으로 형성되되, 상기 오목부와 이격되게 상기 기판 몸체의 상부면에 형성된 돌출부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전극 실장 영역은 도그본(dog bone) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는,
   상기 기판 몸체의 하부에 형성된 상기 한 쌍의 외부 접속 패드를 상기 전극 실장 영역과 상기 리드 접합 패턴이 형성된 상기 기판 몸체의 상부면으로 투영(projection)했을 때,
   서로 이웃하는 제1 변이 상기 전극 실장 영역의 한 쌍의 오목부를 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 제1 변과 연결되어 형성되는 외곽선은 상기 리드 접합 패턴 영역 안에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
5. 제4항에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는,
   상기 기판 몸체의 하부면에 사각 바 형태로 형성되며, 상기 한 쌍의 오목부를 중심으로 양쪽에 위치하는 상기 전극 실장 영역 부분과, 상기 전극 실장 영역 부분과 상기 리드 접합 패턴 사이에 노출되는 상기 기판 몸체 부분에 대응되는 상기 기판 몸체의 하부면 부분을 포함하는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
6. 제1항에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은,
   상기 전극 실장 영역의 외곽선과 이웃하는 테두리선이 상기 전극 실장 영역의 외곽선을 따라서 일정 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터용 배선기판.
7. 배선기판;
   제1 전극, 분리막, 제2 전극 및 전해질을 포함하고, 상기 제1 전극이 상기 배선기판의 상부면에 접합되어 전기적으로 연결되는 셀;
   상기 셀을 덮도록 상기 배선기판의 상부면에 접합되어 봉합하며, 상기 셀의 제2 전극 및 상기 배선기판을 전기적으로 연결하는 리드;를 포함하며,
   상기 배선기판은,
   상부면과, 상기 상부면에 반대되는 하부면을 갖는 기판 몸체;
   상기 기판 몸체의 상부면의 중심 부분에 사각 형태로 형성되며, 마주보는 양변에서 안쪽으로 들어간 오목부를 가지며, 제1 전극이 접합되는 전극 실장 영역;
   상기 전극 실장 영역에 이격되게 형성되며, 상기 오목부가 형성된 안쪽 영역을 포함하여 상기 기판 몸체의 상부면에 전체에 형성되고, 상기 제1 전극이 접합되는 영역의 외곽에 상기 리드가 접합되는 리드 접합 패턴;
   상기 기판 몸체의 하부면에 형성되며, 상기 전극 실장 영역 및 상기 리드 접합 패턴과 각각 전기적으로 연결되며 한 쌍의 외부 접속 패드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.
8. 제7항에 있어서, 상기 리드 접합 패턴은,
   상기 전극 실장 영역에서 이격되어 상기 전극 실장 영역 둘레의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성되며, 리드가 접합되는 리드 접합부;
   상기 리드 접합부와 연결되어 상기 오목부 안쪽으로 형성되되, 상기 오목부와 이격되게 상기 기판 몸체의 상부면에 형성된 돌출부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극은,
   상기 전극 실장 영역과 상기 오목부의 안쪽에 형성된 상기 리드 접합 패턴의 돌출부 위에 접합되되, 상기 전극 실장 영역과는 도전성 접합 부재에 의해 접합되고, 상기 돌출부와는 절연성 접합 부재에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.
10. 제9항에 있어서, 상기 절연성 접합 부재는
    상기 제1 전극 아래에 위치하는 돌출부 부분과, 상기 제1 전극 아래에 위치하는 돌출부 부분과 상기 전극 실장 영역 사이의 상기 기판 몸체의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.
11. 제9항에 있어서, 상기 리드는
    상기 리드 접합 패턴의 리드 접합부에 도전성 접합 부재에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.
12. 제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 외부 접속 패드는,
    상기 기판 몸체의 하부에 형성된 상기 한 쌍의 외부 접속 패드를 상기 전극 실장 영역과 상기 리드 접합 패턴이 형성된 상기 기판 몸체의 상부면으로 투영(projection)했을 때,
    서로 이웃하는 제1 변이 상기 전극 실장 영역의 한 쌍의 오목부를 가로지르는 방향으로 형성되고, 상기 제1 변과 연결되어 형성되는 외곽선은 상기 리드 접합 패턴 영역 안에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장형 슈퍼 커패시터.

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