KR20150097169A - Charging and discharging control circuit for battery device - Google Patents

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KR20150097169A KR1020140018383A KR20140018383A KR20150097169A KR 20150097169 A KR20150097169 A KR 20150097169A KR 1020140018383 A KR1020140018383 A KR 1020140018383A KR 20140018383 A KR20140018383 A KR 20140018383A KR 20150097169 A KR20150097169 A KR 20150097169A
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Abstract

There is a first terminal of a charger (a load) directly connected to a first terminal of a battery device, a drain and a source of a fourth-terminal FET are disposed between a second terminal of the battery device and a second terminal of the charger (the load), a control circuit to monitor the state of the battery device and detect a normal state, an over-discharging state and an over-charging state, there are an output to control a gate of the fourth-terminal FET and an output to control a bulk of the fourth-terminal FET, wherein the control circuit allows voltage of the first terminal of the battery device to be applied to the gate of the fourth-terminal FET when the battery device is in the normal state, the control circuit allows voltage of the second terminal to be applied to the bulk and the gate of the fourth-terminal FET when the battery device is in the over-discharging state, the control circuit allows voltage of the second terminal of the charger (the load) to be applied to the bulk and the gate of the fourth-terminal FET when the battery device is in the over-charging state. The drain of the fourth-terminal FET is a silicon substrate of the FET itself, an electric connection means of the FET silicon substrate is configured by a metal deposition, the metal-deposited drain is metal-connected to a Die-PAD of a package, the Die-PAD is directly outputted outside the package, and the metal-connected drain is connected to the second terminal of the battery device to be identical to the electric potential of the silicon substrate of the control circuit, so manufacturing costs can be reduced along with a reduction of the bonding line.

Description

배터리의 충방전 제어기 {Charging and discharging control circuit for battery device}[0001] The present invention relates to a charging and discharging control circuit for a battery,

본 발명은 하나의 전류패스 제어용 FET(전계효과트랜지스터)을 이용하여 2차전지의 충방전을 제어함에 있어서, 패스저항에 의한 손실을 최소화하는 배터리 보호회로와 4-단자 FET의 조립방법에 관한 것이다.
FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a battery protection circuit and a method for assembling a 4-terminal FET that minimize loss due to a path resistance in controlling charging and discharging of a secondary battery using one current path control FET (field effect transistor) .

도면-1은 종래의 Common Drain Dual FET를 이용하는 배터리보호 회로의 구성도이다. 상기의 동작상태는 3가지 이며, 정상상태동작(도2-A), 과충전상태동작(도2-B), 과방전상태동작(도2-C)로 나누어진다.FIG. 1 is a configuration diagram of a battery protection circuit using a conventional common drain dual FET. The above-mentioned operation states are divided into three types, namely, a steady state operation (Fig. 2-A), an overcharge state operation (Fig. 2-B), and an overdischarge state operation (Fig.

상기 종래의 기술은 정상상태동작(도2-A)와 같이 2개의 FET가 직렬로 구성되어 FET의 RDSon 저항에 의해서 충방전상태에서 손실이 일어나게 된다.In the conventional technique, two FETs are formed in series as shown in a steady state operation (FIG. 2-A), and a loss occurs in the charging / discharging state due to the RDSon resistance of the FET.

도면-3은 국내 특허 출원번호 출원번호 10-2013-0067579 는 하나의 전류패스 제어용 FET(전계효과트랜지스터)을 이용하여 2차전지의 충방전을 제어하는 구성으로 본 발명자가 발명하여 공개한 것으로, 충방전 패스에 하나의 FET만 존재하므로 종래 구성대비 1/4의 RDSon이 확보되는 기술이다.In FIG. 3, the Korean Patent Application No. 10-2013-0067579 discloses a circuit for controlling charge / discharge of a secondary battery by using one FET for current path control (field effect transistor) Since there is only one FET in charge / discharge path, RDSon of 1/4 of the conventional configuration is secured.

상기의 구조적으로 확보된 1/4 RDSon값은 FET와 제어기의 물리적 배치와 회로적인 연결방법에 의해서 상당히 상승할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명에 의해 종래의 Common drain Dual FET을 이용한 배터리 보호회로 대비 본딩 저항의 1/2수준의 감축 및 본딩수의 감축으로 원가 절감을 달성하는 할 수 있으며, 최근 Li-ion 배터리의 용량이 증가하면서 충방전 손실부분에 대한 최소화 요구에 가장 적합하고, 배터리의 사용시간을 늘려주는 방법이다.
It has been found that the structurally secured 1/4 RDSon value can be significantly increased by the physical arrangement of the FET and the controller and the circuit connection method. According to the present invention, the battery protection circuit using the conventional common drain dual FET It is possible to achieve cost reduction by reducing the bonding resistance by 1/2 the bonding resistance and by reducing the number of bonding, and it is most suitable for minimizing the charging / discharging loss part with increasing capacity of Li-ion battery in recent years, It is a way to increase the time.

국내특허 출원번호 10-2013-0067579(도 1)Korean Patent Application No. 10-2013-0067579 (FIG. 1)

하나의 전류패스 제어용 FET(전계효과트랜지스터)을 이용하여 2차전지의 충방전을 제어하는 회로와 4-단자 FET를 연결하여 패스저항에 의한 손실을 최소화 한다
By using one FET for current path control (field effect transistor), it is possible to connect the 4-terminal FET and the circuit that controls charge / discharge of the secondary battery to minimize the loss due to the path resistance

종래 기술을 해결하기 위한 본 발명은 배터리의 과충전/과방전을 제어하는 회로로서 구성은 아래와 같다.The present invention for solving the conventional art is a circuit for controlling overcharge / overdischarge of a battery, the configuration of which is as follows.

배터리 제1 단자와 직접연결되는 충전기(부하) 제1단자가 있고, 배터리 제2단자와 충전기(부하)의 제2단자 사이에 4-단자 FET의 드레인과 소스가 있으며, 배터리의 상태를 감시하는 제어 회로는 정상상태, 과방전상태, 과충전상태를 검출하며, 4-단자 FET의 게이트를 제어하는 출력과 상기 4-단자 FET의 벌크를 제어하는 출력이 있으며, 상기 제어기는 배터리가 정상상태이면, 상기 4-단자 FET의 게이트에 배터리의 제1 단자의 전압을 인가되도록 하며, 과방전 상태이면, 상기 4-단자 FET의 게이트와 벌크에 배터리의 제2 단자의 전압을 인가하고, 과충전상태이면, 상기 4-단자 FET의 게이트와 벌크에 충전기(부하)의 제2단자 전압을 인가한다.There is a charger (load) first terminal directly connected to the battery first terminal, a drain and a source of the 4-terminal FET between the battery second terminal and the second terminal of the charger (load) The control circuit detects a normal state, an overdischarge state, an overcharged state, and has an output for controlling the gate of the 4-terminal FET and an output for controlling the bulk of the 4-terminal FET. Terminal FET to the gate of the 4-terminal FET and the voltage of the second terminal of the battery to the gate and the bulk of the 4-terminal FET when the battery is in an over-discharge state, And the second terminal voltage of the charger (load) is applied to the gate and bulk of the 4-terminal FET.

상기 4-단자 FET의 드레인은 상기 FET의 자체 실리콘 기판(Substrate)이며, 상기 FET 실리콘기판의 전기적 연결 수단은 메탈 증착에 의해 구성되며. 상기 메탈증착된 드레인은 패키지의 다이패드(Die-PAD)에 금속접합이 되고, 상기 다이패드는 패키지 외부로 직접 출력되고, 상기 금속 접합된 드레인은 배터리의 제2단자에 연결하여, 제어기의 실리콘기판(Substrate)의 전위와 동일하게 한다.The drain of the 4-terminal FET is a self silicon substrate of the FET, and the electrical connection means of the FET silicon substrate is constituted by metal deposition. The metal deposited drain is metal bonded to a die pad of the package, the die pad is directly output to the outside of the package, and the metal bonded drain is connected to a second terminal of the battery, Is equal to the potential of the substrate.

상기 4-단자 FET의 회로면(Top면)은 소스, 게이트, 벌크 3개의 연결단자가 있고, 상기 4-단자 FET의 소스는 패키지의 소스 출력핀(Pin)으로 복수개의 본딩선(Bonding Wire)에 의해서 연결되며, 상기 FET의 벌크연결 단자는 상기 제어기의 벌크제어 출력과 본딩선(Bonding Wire)에 의해서 연결되고, 상기 FET의 게이트 연결단자는 상기 제어기의 게이트 출력과 본딩선에 의해서 연결되며, 상기 4-단자 FET의 기판(Substrate)과 상기 제어기의 기판(Substrate)은 전기적으로 동일하여, 동일한 다이패드에 접착되어 생산성을 높이고 충방전 패스의 본딩선의 1/2 감축과 함께 제조원가를 감축할 수가 있다.
The source of the 4-terminal FET is connected to the source output pin (Pin) of the package by a plurality of bonding wires (Bonding Wire) A bulk connection terminal of the FET is connected to a bulk control output of the controller by a bonding wire, a gate connection terminal of the FET is connected by a gate output of the controller and a bonding line, The substrate of the 4-terminal FET and the substrate of the controller are electrically identical to each other so that they can be bonded to the same die pad to increase the productivity and to cut the bonding line of the charge / have.

본 발명은 1개의 전류패스 FET을 사용하는 배터리의 과충전/과방전 제어기로서, 충방전 패스상에 존재하는 전기적 저항을 최소화하여 충방전에서 발생하는 손실을 최소화 하였다.
Disclosure of Invention Technical Problem [10] The present invention is an overcharging / overdischarging controller for a battery using one current pass FET, minimizing the electrical resistance existing on the charging / discharging path, thereby minimizing the loss occurring in charging and discharging.

도 1 은 종래의 Common Drain Dual FET을 이용한 배터리 충방전 보호회로
도 2 는 종래의 Common Drain Dual FET을 이용한 배터리 충방전 보호회로에 의한 동작모드별 등가 회로
도 3 은 국내특허출원번호(10-2013-0067579) 의 하나의 FET를 사용하는 배터리 충방전 제어 회로.
도 4 는 국내특허출원번호(10-2013-0067579) 의 동작모드별 등가회로
도 5 는 본 발명에 따른 회로구성의 실시예
도 6 은 본 발명에 따른 제어기와 FET간의 물리적 연결의 실시예
600:게이트제어단자, 601:게이트, 602:벌크제어단자 603:벌크, 604:제어기
605:소스, 606:소스출력핀, 607:그레인출력핀, 608:다이패드
도 7 은 본 발명에 따른 충방전 패스상의 저항을 표현한 등가 회로.
도 8 은 본 발명에 따른 4-단자 FET와 다이패드 간 다이접합의 실시예
800:소스본딩선, 801:소스출력핀, 802: 다이패드, 803:드레인 메탈코딩면
도 9 는 분리된 다이패드가 있을 경우 본 발명의 실시예
도 10 은 종래의 Common Drain Dual FET을 이용한 배터리 충방전 보호회로에서의 충방전 패스상의 저항을 표현한 등가 회로.
도 11 은 종래의 Common Drain Dual FET을 이용한 배터리 충방전 보호회로의 Normal Attach방법
도 11 은 종래의 Common Drain Dual FET을 이용한 배터리 충방전 보호회로의 Stack Attach방법1 is a circuit diagram of a conventional charge / discharge protection circuit using a common drain dual FET
FIG. 2 is a circuit diagram of an equivalent circuit according to an operation mode by a conventional charge / discharge protection circuit using a common drain dual FET
FIG. 3 is a circuit diagram of a battery charge / discharge control circuit using one FET of the Korean Patent Application No. 10-2013-0067579. FIG.
Fig. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the operation mode of the domestic patent application No. 10-2013-0067579
Fig. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of a circuit configuration according to the present invention
Figure 6 shows an embodiment of the physical connection between the controller and the FET according to the invention
600: Gate control terminal, 601: Gate, 602: Bulk control terminal 603: Bulk, 604: Controller
605: source, 606: source output pin, 607: grain output pin, 608: die pad
7 is an equivalent circuit representing the resistance on the charge / discharge path according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an embodiment of a die junction between a 4-
800: source bonding line, 801: source output pin, 802: die pad, 803: drain metal-
FIG. 9 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention
10 is an equivalent circuit expressing a resistance on a charge / discharge path in a conventional charge / discharge protection circuit using a common drain dual FET.
11 is a diagram showing a normal Attach method of a charge / discharge protection circuit using a common drain dual FET
11 is a diagram illustrating a stack attachment method of a battery charge / discharge protection circuit using a common drain dual FET

도 5,6,8,9 는 하나의 4-단자 FET를 이용한 배터리 과충전/과방전 배터리 보호회로의 실시 예이며, 아래에 설명한다.5, 6, 8, and 9 are embodiments of a battery overcharge / overdischarge battery protection circuit using one 4-terminal FET, which will be described below.

도 5에서 배터리 제1 단자(550)와 직접연결되는 충전기(부하) 제1단자(551)가 있고, 배터리 제2단자(552)와 충전기(부하)의 제2단자(553) 사이에 4-단자 FET(520)의 드레인(521)과 소스(523)가 있으며, 배터리의 정상상태, 과방전상태, 과충전상태를 감시하는 제어기(530)는 전원입력(531) 과 배터리 제2단자 입력(533) 과 충전기(부하) 제2단자 입력(535)과 벌크제어 출력(532) 과 게이트제어 출력(534)가 있다.5, there is a charger (load) first terminal 551 directly connected to the battery first terminal 550 and a fourth terminal 551 connected between the battery second terminal 552 and the second terminal 553 of the charger (load) A controller 530 monitors the steady state, overdischarge state, and overcharge state of the battery, and includes a power source input 531 and a battery second terminal input 533 A second terminal input 535 and a bulk control output 532 and a gate control output 534.

제어기(530)의 게이트제어 출력(534)는 4-단자 FET(520)의 게이트(522)에 연결되며, 상기 제어기(530)의 벌크제어 출력(532)는 상기 4-단자 FET(520)의 벌크(524)와 연결된다.The gate control output 534 of the controller 530 is coupled to the gate 522 of the 4-terminal FET 520 and the bulk control output 532 of the controller 530 is coupled to the 4- And is connected to the bulk 524.

상기 제어기(530)은 배터리의 전압을 제어기의 전원입력(531)을 통해 감시하여, 과충전전압과 과방전전압을 검출하며, 또한 제어기(530)은 배터리 제2단자(552) 와 충전기 제2단자(553)을 감시하여 과충전전류, 과방전전류, 부하쇼트와 같은 이상 상태를 감시한다.The controller 530 monitors the voltage of the battery through the power input 531 of the controller to detect the overcharge voltage and the overdischarge voltage and the controller 530 also detects the overcharge voltage and the overdischarge voltage, (553) to monitor abnormal conditions such as overcharge current, over-discharge current, and load short.

상기 제어기(530)은 충전방향의 이상상태(과충전전압, 과충전전류) 발생시, 충전기(부하) 제2단자(553)의 전압을 상기 제어기의 게이트제어 출력(534)를 통해 4-단자 FET(520)의 게이트(522)에 전달하고, 또한 상기 4-단자 FET의 벌크(524)에 충전기(부하) 제2단자(553)의 전압을 상기 제어기(530)의 벌크제어 출력(532)를 통해 전달하여, 도4-C의 등가회로와 같이 충전방향의 전류패스를 차단하고, 4-단자 FET(520)의 MOS-Diode 구성을 통해 방전방향의 전류를 통과시킨다.The controller 530 controls the voltage of the second terminal 553 of the charger (load) through the gate control output 534 of the controller when the abnormal state (overcharge voltage, overcharge current) And the voltage of the second terminal 553 of the charger (load) is transferred to the bulk 524 of the 4-terminal FET through the bulk control output 532 of the controller 530 The current path in the charging direction is cut off and the current in the discharging direction is passed through the MOS-diode configuration of the 4-terminal FET 520 as in the equivalent circuit of Fig. 4-C.

상기 제어기(530)은 방전방향의 이상상태(과방전전압, 과방전전류, 부하쇼트) 발생시, 배터리 제2단자(552)의 전압을 상기 제어기의 게이트제어 출력(534)를 통해 4-단자 FET(520)의 게이트(522)에 전달하고, 또한 상기 4-단자 FET의 벌크(524)에 배터리 제2단자(552)의 전압을 상기 제어기(530)의 벌크제어 출력(532)를 통해 전달하여, 도4-B의 등가회로와 같이 방전방향의 전류패스를 차단하고, 4-단자 FET(520)의 MOS-Diode 구성을 통해 충전방향의 전류를 통과시킨다.The controller 530 controls the voltage of the battery second terminal 552 through the gate control output 534 of the controller when the abnormal state of the discharge direction (over discharge voltage, over discharge current, load short) To the gate 522 of the second terminal 520 and to the bulk 524 of the 4-terminal FET through the bulk control output 532 of the controller 530 , The current path in the discharging direction is cut off and the current in the charging direction is passed through the MOS-diode configuration of the 4-terminal FET 520 as in the equivalent circuit of Fig. 4-B.

상기 제어기(530)은 정상상태를 감지하면 상기 제어기의 게이트제어 출력(534)을 통해 배터리의 제1단자(550)의 전압을 4-단자 FET(520)의 게이트(522) 에 전달하고, 상기 4-단자 FET의 벌크(524)는 상기 제어기(530)의 벌크제어 출력(523)를 통해 배터리의 제2단자(552)의 전압 혹은 충전기(부하)의 제2단자(553)의 전압을 전달하여 도4-A와 같은 동작을 수행한다.When the controller 530 senses a normal state, the controller 530 transmits the voltage of the first terminal 550 of the battery to the gate 522 of the 4-terminal FET 520 through the gate control output 534 of the controller, The bulk 524 of the four-terminal FET transfers the voltage of the second terminal 552 of the battery or the voltage of the second terminal 553 of the charger (load) through the bulk control output 523 of the controller 530 Thereby performing the operation shown in FIG. 4-A.

상기 과충전, 과방전, 정상상태 동작은 도 1과 같은 종래의 기술로 이루어진 Common drain dual FET 제어방식과 동일한 동작구성을 가지고 있으나, 종래의 기술이 2개의 FET에 의해 발생하는 패스저항(도10)을 가지는 것에 비해 본발명은 도7 에서와 같이 1개로 이루어진 FET에 의한 RDSon의 차이는 4배 만큼 이득이 생긴다.The conventional overdrive, overdischarge, and steady-state operation have the same operation configuration as that of the common drain dual FET control method of the prior art as shown in FIG. 1, The difference of the RDSon by the FET consisting of one FET as shown in FIG. 7 is four times as much as that of the FET of FIG.

상기 4-단자 FET(520)의 드레인(521)은 상기 FET의 자체 실리콘 기판(Substrate: 도8-D)이며, 상기 4-단자 FET(520)의 실리콘기판(도8-D)의 전기적 연결 수단은 메탈증착(도8-803)에 의해 구성되며. 상기 메탈증착된 드레인은 패키지의 다이패드(도8-802:Die-PAD)에 금속접합(도8-Solder Die Attach)이 되고, 상기 다이패드(도8-802, 도6-607)는 패키지 외부로 직접 출력하여 본딩선(Wire bonding)에 의한 저항을 제거하면서 열방출 최대화 시킨다.The drain 521 of the 4-terminal FET 520 is a self-silicon substrate of the FET and is electrically connected to the silicon substrate (FIG. 8-D) of the 4- Means are constructed by metal deposition (Figure 8-803). The metal deposited drain is metallized (Figure 8- Solder Die Attach) to the die pad (Figure 8-802: Die-PAD) of the package and the die pad (Figure 8-802, Figure 6-607) Directly outward to maximize heat dissipation while eliminating resistance by wire bonding.

상기 금속접합된 드레인은 충전기(부하) 제2단자(553)가 아닌 배터리의 제2단자(552)에 가능한 연결해야 되는데 그 이유를 설명한다.The reason why the metal-bonded drain should be connected to the second terminal 552 of the battery rather than the second terminal 553 of the charger (load) is explained.

상기 금속접합된 드레인이 충전기(부하)의 제2단자(553)에 연결된다면, 제어기의 실리콘기판(Substrate)의 전위와 상기 4-단자의 실리콘기판(드레인)의 전위가 틀리게 되어, 서로 전기적으로 분리되어야 하며, 도 9와 같이 리드프레임은 분리된 다이패드(900, 901)을 가져야 하고, 상기 제어기와 상기 4-단자 FET는 서로 분리된 다이패드상에 접착되어야 한다. 그리고 서로의 기판의 전위가 다르기 때문에 제어기의 GND는 별도의 본딩선(도9-902)을 추가로 해야하기 때문에 제조원가가 상승한다. 만약 동일한 다이패드상에 접착을 시도한다면 상기 제어기(530)의 기판과 다이패드간 절연이 필요한데, 일반적으로 비전도성 에폭시(Epoxy)계열의 접착제를 사용하며, 상기 4-단자 FET의 다이 접착방식이 금속접합인데 반하여 상기 4-단자 FET의 접합방식이 서로 동일 하지 않고, 또한 에폭시접착은 접착후 경화시키는 시간이 별도로 필요함에 따라서 생산성이 저하된다. 따라서 상기 4-단자 FET의 실리콘기판(드레인)이 배터리의 제2단자(552)연결 되어야 생산성과 제작비용을 줄일 수가 있다. If the metal-bonded drain is connected to the second terminal 553 of the charger (load), the potential of the silicon substrate of the controller and the potential of the silicon substrate (drain) of the 4-terminal become wrong, And the lead frame should have separate die pads 900 and 901 as shown in Fig. 9, and the controller and the 4-terminal FET should be bonded onto the die pads separated from each other. Since the potentials of the substrates are different from each other, the manufacturing cost is increased because the GND of the controller has to be additionally provided with a separate bonding wire (Fig. 9-902). If an attempt is made to bond on the same die pad, insulation between the substrate and the die pad of the controller 530 is required. In general, a non-conductive epoxy adhesive is used, and the die bonding method of the 4- Terminal FETs are not identical to each other, and the time required for curing after adhesion is separately required for the epoxy bonding, the productivity is lowered. Therefore, the productivity and production cost can be reduced if the silicon substrate (drain) of the 4-terminal FET is connected to the second terminal 552 of the battery.

상기된 패키지의 다이패드가 분리된 형태로 이미 준비가 되어있다면, 상기된 본딩수의 증가와 같은 손실부분을 감내할 수도 있을 것이며, 이런 경우에도 상기 4-단자 FET의 실리콘기판(드레인)은 다이패드와 금속합금이 이루어지도록 하여, 접합부의 저항을 최소화해야 함은 필수이다. 이럴 경우 반드시 4-단자 FET의 드레인을 배터리의 제2단자에 연결할 필요성은 없다.If the die pad of the above-described package is already prepared in a separated form, the loss portion such as the above-mentioned increase in bonding number may be tolerated. In this case, the silicon substrate (drain) It is essential that the pad and metal alloy be made to minimize the resistance of the joint. In this case, it is not necessary to connect the drain of the 4-terminal FET to the second terminal of the battery.

상기 4-단자 FET(520)의 회로면(Top면)은 소스, 게이트, 벌크 3개의 연결단자(도8-S,G,B)가 있고, 상기 4-단자 FET의 소스는 패키지의 소스 출력핀(도6-606, 도8-801)으로 복수 개의 본딩선에 의해서 연결되며, 상기 FET(520)의 벌크연결 단자(도6-603)는 상기 제어기의 벌크제어 출력(도6-600)과 본딩선에 의해서 연결되고, 상기 FET의 게이트 연결단자(도6-601)는 상기 제어기의 게이트제어 출력(도6-602)과 본딩선에 의해서 연결되며, 상기 제어기(530)의 충전기(부하) 제2단자입력(535, 도6-604))는 상기 다이패드(도8-802, 도6-607)에 본딩선으로 연결되고, 상기 4-단자 FET의 소스(523, 605)는 충전기(부하)의 제2단자(553)과 연결되며, 또한 제어기(530)의 충전기 제2단자 입력(535,610)과 본딩선으로 연결된다.There are three connection terminals (Fig. 8-S, G, B) of the source, gate and bulk, and the source of the 4-terminal FET is connected to the source output 6-603) of the FET 520 is connected to the bulk control output (Figure 6-600) of the controller (Figure 6-600) (Figure 6-601) is connected to the gate control output (Figure 6-602) of the controller by a bonding line, and the gate of the controller (530) is connected to the charger ) Terminal of the four-terminal FET is connected to the die pad (FIG. 8-802, FIG. 6-607) by a bonding line, and the sources 523 and 605 of the 4- (Load) terminal 553 of the controller 530 and also connected to the charger second terminal inputs 535 and 610 of the controller 530 by bonding wires.

종래의 Common Drain Dual FET을 이용하는 구조가 가지는 Bonding저항은 도10에서와 같이 2개의 소스에서 외부 출력핀으로 본딩되어 나오는 저항인 Rbond1, Rbond2가 존재하고 있으며, 도면 10와 같이 4개 병렬 본딩을 기준으로 해서 2mm의 길이, 1.5mil의 Gold-wire를 사용한다면 그의 저항값은 약 20m-ohm에 이른다. 또한 Common Dain Daul FET의 구조상 드레인은 구조상 완전 독립된 다이패드에 위치하며, 전기적으로 이용할 수 없는 다이패드가 된다. 도 11 및 도 12와 같은 형태로 다이접착이 이루어지며, 다이패드는 전지적으로 완전히 분리되어 독립된다.As shown in FIG. 10, there are Rbond1 and Rbond2, which are the resistors bonded to the external output pin from two sources, as shown in FIG. 10, and the four parallel bonding , The resistance value is about 20 m-ohm when using a length of 2 mm and a gold wire of 1.5 mil. In addition, the structure drain on the common Dain Daul FET is located on a completely independent die pad in the structure and becomes a die pad that is not electrically usable. Die bonding is performed in the form as shown in Figs. 11 and 12, and the die pads are completely separated and become independent from each other.

따라서 본 고안의 구조를 사용한다면 도 7과 같이 4-단자 FET의 소스만 본딩이 되므로 그의 저항값은 10m-ohm정도 여서 상당한 수준의 저항값을 낮출 수 있지만, 특히 중요한 것은 상기 4-단자 FET의 다이접착(Die Attach)방식이며, 이것에 대해서 상술된 바와 같이 전기적 저항과 열저항을 줄이기 위한 금속접합이 중요한 수단이다. 다이접합의 방법이 여러가지 있지만 도전성 Epoxy접착과 같은 접착제수단에 의한 방법은 금속접합에 비해 상대적으로 높은 저항율을 가지고 있으므로, 1개의 FET을 이용한 배터리충방전 회로가 가지는 중요한 장점인 RDSon의 감소효가를 충분히 누릴수 없게 된다. 따라서 상기 4-단자의 FET의 다이접합 방식은 반드시 금속접합을 해야 한다. 또한 제어기의 실리콘 기판을 메탈코팅을 해서 상기 FET가 금속다이접합이 행해질 때 같은 공정에서 FET과 제어기의 다이접합을 동시에 할수 있으며, 이 또한 제조원가를 감소시킬 것이다.
Therefore, if the structure of the present invention is used, only the source of the 4-terminal FET is bonded as shown in FIG. 7, so that its resistance value is about 10m-ohm so that a considerable level of resistance can be lowered. A die attach method, and metal bonding for reducing electrical resistance and thermal resistance as described above is an important means. Although there are various methods of die bonding, the adhesive method such as conductive epoxy bonding has a relatively high resistivity as compared with the metal bonding. Therefore, the reduction effect of RDSon, which is an important advantage of the battery charge- I can not enjoy it. Therefore, the die bonding method of the 4-terminal FET must be metal bonded. In addition, when the metal substrate of the FET is metallized with the silicon substrate of the controller, the FET and the controller can be die-bonded simultaneously in the same process, which also reduces the manufacturing cost.

배터리 충방전 제어기에서 전류패스 FET을 1개만 사용하여 제어하면, 기존 2개의 FET을 사용한 것보다 전류패스 FET의 사이즈가 1/4만큼 주는 효과가 있다.또한 제안된 배치구조를 사용한다면 열저항 감소및 1/2 수준의 본딩저항 감소에 본딩수 절감에 따른 제조원가 절감에 상당한 효과를 가지면서, 충방전 손실을 최소화하여 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있다.
The use of only one current pass FET in the battery charge / discharge controller has the effect of providing a current pass FET size of 1/4 that of the conventional two FETs. And 1/2 level of the bonding resistance, it is possible to minimize the charging / discharging loss while increasing the use time of the battery while reducing the manufacturing cost by reducing the bonding number.

Claims (2)

하나의 전류패스 FET를 이용하여 2차전지의 충방전을 제어하는 배터리 보호회로는;
FET가 있고,
상기 FET는 소스, 드레인, 게이트, 벌크가 있으며,
리드프레임이 있으며,
상기 리드프레임은 소스출력 핀과 드레인 출력핀과 다이패드가 있으며,
상기 리드프레임의 드레인 출력핀과 상기 다이패드는 분리되지 않은 금속으로 연결되어 있으며,
배터리 제1 단자와 직접연결되는 충전기(부하) 제1단자가 있고,
배터리 제2단자와 충전기(부하)의 제2단자 사이에 상기 FET의 드레인과 소스가 있으며,
배터리의 상태를 감시하는 제어기가 있으며,
상기 제어기는 배터리의 정상상태, 과방전상태, 과충전상태를 검출하며,
상기 제어기는 상기 FET의 게이트를 제어하는 게이트제어 출력과 상기 FET의 벌크를 제어하는 벌크제어 출력이 있으며,
상기 제어기는 배터리가 정상상태이면, 상기 FET의 게이트에 배터리의 제1 단자의 전압을 전달하며,
상기 제어기는 배터리가 과방전 상태이면, 상기 FET의 게이트와 벌크에 배터리의 제2 단자의 전압을 전달하며,
상기 제어기는 배터리가 과충전상태이면, 상기 FET의 게이트와 벌크에 충전기(부하)의 제2단자 전압을 전달하며,
상기 FET의 드레인은 상기 FET의 자체 실리콘 기판이며,
상기 FET 실리콘기판은 메탈 코팅되며.
상기 메탈 코팅된 FET 실리콘기판과 상기 다이패드의 결합은 금속접합이며,
상기 FET의 소스는 하나 이상의 본딩선으로 상기 리드프레임의 소스 출력핀과 연결되며,
상기 FET의 벌크는 상기 제어기의 벌크제어 출력과 본딩선에 의해서 연결되고,
상기 FET의 게이트는 상기 제어기의 게이트 출력과 본딩선 의해서 연결되는 배터리 보호회로.

A battery protection circuit for controlling charging and discharging of the secondary battery by using one current path FET;
FET,
The FET has a source, a drain, a gate, and a bulk,
There is a lead frame,
The lead frame has a source output pin, a drain output pin and a die pad,
The drain output pin of the lead frame and the die pad are connected to each other by a metal which is not separated,
There is a charger (load) first terminal directly connected to the battery first terminal,
The drain and the source of the FET are between the second terminal of the battery and the second terminal of the charger (load)
There is a controller that monitors the condition of the battery,
The controller detects a steady state, an overdischarge state, and an overcharge state of the battery,
The controller has a gate control output for controlling the gate of the FET and a bulk control output for controlling the bulk of the FET,
The controller transfers the voltage of the first terminal of the battery to the gate of the FET when the battery is in a normal state,
The controller transfers the voltage of the second terminal of the battery to the gate and bulk of the FET when the battery is in an overdischarge state,
The controller transfers the second terminal voltage of the charger (load) to the gate and bulk of the FET when the battery is overcharged,
The drain of the FET is its own silicon substrate,
The FET silicon substrate is metal coated.
The bond between the metal coated FET silicon substrate and the die pad is a metal bond,
The source of the FET is connected to the source output pin of the lead frame by one or more bonding lines,
The bulk of the FET being connected by a bulk control output of the controller and a bonding line,
Wherein a gate of the FET is connected to a gate output of the controller by a bonding line.

청구항 1항에서,
상기 FET의 드레인은 상기 배터리 제2단자에 연결되고,
상기 FET의 소스는 상기 충전기(부하) 제2단자에 연결되는 배터리 보호회로.
The method of claim 1,
A drain of the FET is connected to the battery second terminal,
And the source of the FET is connected to the second terminal of the charger (load).
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