KR20170050393A - 배터리팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집적화 및 소형화에 유리한 배터리팩에 관한 것으로서, 제 1 극성을 가지는 캡 플레이트와 제 2 극성을 가지는 전극 단자를 구비하는 베어셀; 및 기판, 상기 기판 상에 실장된 배터리 보호회로 소자 및 상기 기판의 일부를 노출하면서 상기 배터리 보호회로 소자를 밀봉하는 봉지재를 포함하되, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된, 배터리 보호회로 패키지;를 구비하되, 상기 봉지재는 상기 캡 플레이트를 모두 덮는 크기와 형상을 가지며, 상기 봉지재에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 상기 봉지재의 외부로 신장되지 않으면서 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된, 배터리팩을 제공한다.

Description

배터리팩{Battery pack}

본 발명은 배터리팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 공정 단순화가 가능한 배터리팩에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰, PDA 등의 휴대단말기 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리이나, 과충전, 과전류 시에 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성을 가진다. 따라서, 통상의 배터리에는 과충전, 과방전 및 과전류를 감지하고 차단하는 보호회로모듈이 실장되어 있거나, 배터리 외부에서 과충전, 과방전, 발열을 감지하고 배터리의 동작을 차단하는 배터리 보호회로 패키지를 설치하여 사용할 수 있다. 그러나, 배터리 보호회로 패키지를 구성하는 프로텍션 집적회로(protection integrated circuit)와 전계효과 트랜지스터(fieled effect transistor, FET), 저항 및 커패시터 등이 차지하는 공간이 너무 커서 배터리팩의 소형화에 한계가 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리팩을 용이하게 소형화 및 집적화할 수 있도록 구성된 배터리팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의한 배터리팩이 제공된다. 상기 배터리팩은 제 1 극성을 가지는 캡 플레이트와 제 2 극성을 가지는 전극 단자를 구비하는 베어셀; 및 기판, 상기 기판 상에 실장된 배터리 보호회로 소자 및 상기 기판의 일부를 노출하면서 상기 배터리 보호회로 소자를 밀봉하는 봉지재를 포함하되, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된, 배터리 보호회로 패키지;를 구비하되, 상기 봉지재는 상기 캡 플레이트를 모두 덮는 크기와 형상을 가지며, 상기 봉지재에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 상기 봉지재의 외부로 신장되지 않으면서 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된다.

상기 배터리팩에서, 상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되, 상기 봉지재는 상기 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자를 밀봉하는 제 1 봉지재; 및 상기 제 1 봉지재를 밀봉하는 제 2 봉지재;를 포함하며, 상기 제 2 봉지재의 길이와 폭은 각각 상기 캡 플레이트의 길이와 폭과 동일하며, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합되는 상기 기판의 일부는 상기 제 1 봉지재 및 상기 제 2 봉지재에 의하여 테두리 측면이 완전히 둘러싸이면서 상하면만 노출될 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자, 및 PTC 구조체를 포함하되, 상기 봉지재는 상기 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자를 밀봉하는 제 1 봉지재; 및 상기 제 1 봉지재 및 상기 PTC 구조체를 밀봉하는 제 2 봉지재;를 포함하며, 상기 제 2 봉지재의 길이와 폭은 각각 상기 캡 플레이트의 길이와 폭과 동일하며, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합되는 상기 기판의 일부는 상기 제 1 봉지재 및 상기 제 2 봉지재에 의하여 테두리 측면이 완전히 둘러싸이면서 상하면만 노출될 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 캡 플레이트는 상기 배터리 보호회로 패키지를 수용하기 위한 별도의 오목부가 형성되지 않고 평평한 평면으로 이루어질 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 배터리 보호회로 패키지는 상기 베어셀 상에 별도의 홀더 없이 배치되되, 상기 배터리 보호회로 패키지와 상기 캡 플레이트 사이에 배치된 접착테이프층을 더 구비할 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 상기 봉지재에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 스폿 웰딩(spot welding) 공정으로 접합될 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 봉지재는 상기 스폿 웰딩 공정이 수행하기 위한 관통홀을 포함하되, 상기 스폿 웰딩 공정으로 접합이 완료된 후에 상기 관통홀을 채우는 마감처리 충전재를 더 구비할 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 기판은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임으로 이루어지며, 상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되, 상기 리드프레임의 바로 위에 실장되며, 상기 배터리 보호회로 패키지는, 상기 수동소자가 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치되되, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로가 구성될 수 있다.

상기 배터리팩에서, 상기 기판은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임 및 상기 리드프레임 상에 실장된 인쇄회로기판으로 이루어지며, 상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되, 상기 인쇄회로기판의 바로 위에 실장될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 집적화 및 소형화에 유리한 배터리팩을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지의 사시도 및 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지에서 제 2 봉지재가 형성되기 이전의 일 구성을 도해하는 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 구조체에서 제 1 봉지재가 형성되기 이전의 구성을 도해하는 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지에서 제 2 봉지재가 형성되기 이전의 다른 구성을 도해하는 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 구조체에서 제 1 봉지재가 형성되기 이전의 구성을 도해하는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩의 분해 사시도 및 결합 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지의 사시도 및 단면도이다.

도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(500)은 베어셀(400) 및 베어셀(400) 상에 배치된 배터리 보호회로 패키지(300)를 포함한다.

베어셀(400)은 제 1 극성을 가지는 캡 플레이트(430)와 제 2 극성을 가지는 전극 단자(410)를 구비한다. 이하에서 베어셀(400)에 대한 예시적인 구성을 상세하게 설명한다.

베어 셀(400)은 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 캔 및 캔의 개구부 상에 구비되는 캡 조립체로 이루어질 수 있다. 전극 조립체는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어질 수 있다.

양극판에는 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부가 형성되며, 음극판에는 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부가 형성될 수 있다. 양극 무지부에는 캡 플레이트(430)와 전기적으로 연결되는 양극 탭이 접합되며, 음극 무지부에는 전극 단자(410)와 전기적으로 연결되는 음극 탭이 접합될 수 있다. 이때, 양극 탭 및 음극 탭은, 예를 들어, 용접에 의해 양극 무지부 및 음극 무지부에 접합될 수 있다.

캔은 개구된 상단부를 갖는 형태의 금속재로 형성될 수 있으며, 전극 조립체 및 전해액을 수용하며, 전극 조립체의 상부에 절연 케이스를 수용할 수 있다. 금속재로는 가볍고 연성이 있는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스강 등이 사용될 수 있으며, 캔이 금속재로 형성되는 경우 극성을 가질 수 있기 때문에 전극 단자로 사용할 수도 있다. 캔의 형상은 각형이거나 모서리가 둥글게 구부러진 타원형일 수 있으며, 캔의 개구된 상단부는 캡 플레이트(430)와 용접 또는 열융착되어 밀봉될 수 있다.

캡 조립체는 절연 케이스, 캡 플레이트(430), 가스켓, 전극 단자(410), 절연 플레이트, 터미널 플레이트 및 전해액 주입구 마개를 구비할 수 있다. 절연 케이스는 캔의 내부에 삽입되는 전극 조립체의 상부에 위치하여, 전극 조립체의 유동을 방지한다. 또한, 절연 케이스는 쇼트를 방지하도록 양극 탭과 음극 탭을 소정 거리 이격시킨다.

캡 플레이트(430)는 캔의 개구부를 밀봉할 수 있도록 캔의 개구부에 결합될 수 있다. 캡 플레이트(430)에는 캔의 내부로 전해액을 주입하기 위한 통로를 제공하는 전해액 주입구가 형성될 수 있으며, 전해액 주입구 마개가 상기 전해액 주입구를 밀폐하며 결합될 수 있다.

가스켓은 캡 플레이트(430)에 형성되는 통공에 결합되며, 제 2 극성의 전극 단자(410)와 제 1 극성의 캡 플레이트(430)를 절연시기키 위해 절연성 물질로 형성된다. 상기 제 2 극성은 음극이며 상기 제 1 극성은 양극으로 구성될 수 있으나, 필요에 따라, 상기 제 2 극성이 양극이며 상기 제 1 극성은 음극으로 구성될 수도 있다. 가스켓의 중앙부는 전극 단자(410)가 결합될 수 있도록 홀을 형성할 수 있다. 전극 단자(410)는 가스켓에 형성된 홀에 삽입되어 캡 플레이트(430)에 결합되며, 전극 단자(410)의 하단부는 캡 플레이트(430)를 관통한 상태에서 터미널 플레이트와 연결된다. 절연 플레이트는 캡 플레이트(430)의 하부면에 위치하며, 터미널 플레이트의 외부면을 절연하고 전극 단자(410)와 터미널 플레이트와의 연결을 위한 홀을 형성한다. 터미널 플레이트는 절연 플레이트의 하부면에 위치하며, 전도성 물질로 이루어져 전극 단자(410)와 연결되어 전기적 경로를 형성한다.

배터리 보호회로 패키지(300)는 기판, 상기 기판 상에 실장된 배터리 보호회로 소자 및 상기 기판의 일부를 노출하면서 상기 배터리 보호회로 소자를 밀봉하는 봉지재를 포함한다. 기판, 배터리 보호회로 소자 및 봉지재에 대한 구체적인 설명은 도 3a 내지 도 4d를 참조하여 후술하기로 한다.

봉지재는 배터리 보호회로 소자를 밀봉하는 제 1 봉지재(250) 및 제 1 봉지재(250)를 밀봉하는 제 2 봉지재(350)를 포함한다. 제 2 봉지재(350)는 캡 플레이트(430)를 모두 덮는 크기와 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 봉지재(350)의 길이와 폭은 각각 캡 플레이트(430)의 길이와 폭과 동일할 수 있다. 여기에서, 캡 플레이트(430)의 길이는 장변 방향으로의 크기이며, 캡 플레이트(430)의 폭은 단변 방향으로의 크기를 의미한다.

배터리 보호회로 패키지(300)는 베어셀(400) 상에 별도의 홀더 없이 실장 배치되되, 배터리 보호회로 패키지(300)와 캡 플레이트(430) 사이에 배치된 접착테이프층(450)을 도입함으로써 접합력을 더욱 도모할 수 있다.

상술한 크기와 형상을 가지는 제 2 봉지재(350)는 종래의 팩 케이스(pack case)와 홀더(holder) 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제 2 봉지재(350)의 구성을 도입함으로써 팩 케이스(탑 케이스)와 홀더를 제거할 수 있으며 이에 따라 원자재 비용을 감소시킬 수 있으며, 팩 케이스와 홀더의 조립 공정의 제거를 통하여 공정을 단순화하고 생산량을 증가시키고 제조 비용을 절감할 수 있다.

배터리 보호회로 패키지(300)는 전극 단자(410)와 캡 플레이트(430)와 전기적으로 연결되도록 접합된다. 구체적으로는, 제 1 봉지재(250) 및/또는 제 2 봉지재(350)는 기판의 일부를 노출시키기 위하여 관통홀(380)을 포함하며, 관통홀(380)에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 전극 단자(410) 및 캡 플레이트(430)와 전기적으로 연결되도록 접합될 수 있다. 상기 접합은, 예를 들어, 관통홀(380)을 통하여 수행하는 스폿 웰딩(spot welding) 공정으로 구현될 수 있다. 접합 공정이 완료된 이후에, 마감처리 충전재(480)로 관통홀(380)을 메울 수 있다.

접합되는 상기 기판의 일부는 제 2 봉지재(350)의 외부로 신장되지 않는다. 예를 들어, 접합되는 상기 기판의 일부가 제 2 봉지재(350)의 외부로 신장되는 경우, 외부로 신장되는 기판의 부분에서 접합이 수행된 후에 신장되는 기판을 벤딩(bending)하여 배터리 보호회로 패키지(300)를 베어셀(400) 상에 배치할 수 있으나, 이 경우, 벤딩부에서 결함이 발생할 수 있으며 접합력 측면에서 불리하다. 본 발명에서는, 이러한 벤딩 구조의 접합 방식을 채용하지 않도록, 접합되는 상기 기판의 부분이 상하면만 노출되고 외부로 신장되지 않도록 제 2 봉지재(350)를 형성하였다.

상술한 방식으로 접합을 구현하는 경우, 배터리 보호회로 패키지(300)와 베어셀(400) 간의 접합력이 개선되므로, 캡 플레이트(430)는 배터리 보호회로 패키지(300)의 적어도 일부를 수용하기 위한 별도의 오목부가 형성되지 않고 평평한 평면으로 이루어질 수 있다.

베어셀(400) 상면에 배터리 보호회로 패키지(300)를 접합한 후에 베어셀(400)을 라벨시트(460)로 감싸는 라벨링 공정을 수행할 수 있다. 선택적으로, 라벨시트(460)는 배터리 보호회로 패키지(300)의 일부도 감쌀 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지(300)에서 제 2 봉지재(350)가 형성되기 이전의 일 구성(200)을 도해하는 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 구조체(200)에서 제 1 봉지재(250)가 형성되기 이전의 구성(200a)을 도해하는 사시도이다.

도 1a 내지 도 2b와 도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지(300)에서 기판은 이격된 복수의 리드들(51, 52, 53, 54, 55, 56)로 구성된 리드프레임(50) 및 리드프레임(50)의 일부 상에 실장된 인쇄회로기판(60)으로 이루어진다. 본 발명의 모든 실시예들에서, 리드프레임(50)은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판(60)과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.

또한, 배터리 보호회로 소자는 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터(100), 및 적어도 하나 이상의 수동소자(130)를 포함하되, 인쇄회로기판(60)의 바로 위에 실장될 수 있다. 나아가, 인쇄회로기판(60) 상에 부가적인 내장칩(150)이 실장될 수 있는 바, 예를 들어, 이러한 부가적인 내장칩(150)은 인증칩, NFC 안테나칩, 퓨얼 게이지 IC 칩, 또는 무선충전칩 등을 내장화하는 전자소자일 수 있다. 또한, 이러한 소자들을 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(140)를 구성할 수도 있다.

기판 상에 실장된 상술한 소자 및 전기적 연결부재(100, 130, 140, 150)를 밀봉하기 위하여 제 1 봉지재(250)를 형성할 수 있다. 제 1 봉지재(250)는 리드프레임(50)의 일부분이 노출되도록 형성할 수 있는데, 노출되는 리드프레임(50)의 일부는 배터리 보호회로 패키지(300)의 내부연결단자 또는 배터리 팩(500)의 외부연결단자의 기능을 수행할 수 있다.

예컨대, 제 1 봉지재(250)에 의하여 밀봉되지 않고 노출되는 리드프레임 일부(52, 53, 54, 55)의 하면은 배터리팩의 외부연결단자들의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 외부연결단자들은, 예를 들어, 충전시에는 충전기에 연결되고, 방전시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)와 연결되기 위한 제 1 내지 제 3 외부연결단자들(P+, CF, P-)을 포함할 수 있다. 여기서 제 1 내지 제 3 외부연결단자들(P+, CF, P-) 중 제 1 외부연결단자(P+) 및 제 3 외부연결단자(P-)는 전원공급을 위한 것이고 나머지 하나의 외부연결단자인 제 2 외부연결단자(CF)는 배터리를 구분하여 배터리에 맞게 충전을 하도록 한다. 또한, 충전시 배터리 온도로 감지하는 부품인 써미스터(Thermistor)를 적용할 수 있으며, 기타 기능이 적용되고 단자로서 활용될 수 있다. 한편, 제 1 봉지재(250)에 의하여 밀봉되지 않고 노출되는 리드프레임(50)의 일부분(51)은 캡 플레이트(430)와 접합되는 배터리 보호회로 패키지(300)의 내부연결단자로서의 기능을 수행할 수 있다.

한편, 추가적으로, 배터리 보호회로 패키지(300)는 PTC 구조체(290)를 포함할 수 있다.

PTC 구조체(290)는 PTC 소자(292), PTC 소자(292)의 상면 및 하면 중 어느 하나의 면인 제 1 면에 부착된 금속층(293), 및 PTC 소자(292)의 상면 및 하면 중 나머지 하나의 면인 제 2 면에 부착된 도전성의 연결부재(291)를 포함한다. 금속층(293)은 리드프레임(50) 중의 어느 하나의 리드(56)와 접합되고, 연결부재(291)는 전극 단자(410)와 접합될 수 있다.

금속층(293), 연결부재(291) 및/또는 리드프레임(50)은 니켈, 구리, 니켈 도금된 구리 또는 기타 금속으로 이루어질 수도 있다. 금속층(293)은 리드프레임(50) 중의 어느 하나의 리드(56)와 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering) 및 도전성 접착제(예를 들어, 도전성 에폭시), 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방식으로 접합될 수 있다.

PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자(292)는, 예를 들어, 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시켜 형성할 수 있다. 따라서 설정된 온도 이하에서 PTC 소자(292)는 금속층(293)과 도전성의 연결부재(291) 사이에서 전류가 흐르는 통로가 된다. 그러나 과전류 발생으로 인해 설정 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 상기 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 금속층(293)과 도전성의 연결부재(291) 사이의 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자(292)에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자(292)는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 설정 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자(292)는 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 이루어진다.

배터리 보호회로 패키지(300)를 구성하는 리드프레임(50)은 PTC 구조체(290)를 개재하여 전극 단자(410)와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 리드프레임(50)의 일부 리드(56)는 PTC 구조체(290)를 개재하여 배터리 베어셀(400)의 전극 단자(410)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 리드프레임(50)의 제 2 내부연결단자용 리드(56)는 금속층(293)과 접합되고 PTC 소자(292)를 거쳐 도전성의 연결부재(291)를 거쳐 배터리 베어셀(400)의 전극 단자(410)에 전기적으로 연결된다. 이 경우, 금속층(293)은 PTC 소자(292)의 일면 상에서 상기 일면 내에 한정되어 구성되고, 연결부재(291)는 PTC 소자(292)의 타면 상에서 상기 배터리 베어셀의 전극 단자(410)까지 신장되도록 구성될 수 있다. PTC 구조체의 연결부재(291)는 PTC 소자(292)의 타면에 부착되는 제 1 연결부재와 상기 제 1 연결부재와 연결되어 배터리 베어셀의 전극 단자(410)까지 신장되는 제 2 연결부재로 구성될 수 있다. 제 2 연결부재가 전극 단자(410)와 접합할 수 있도록 적절한 레벨을 가져야하므로, 제 1 연결부재와 제 2 연결부재가 연결되는 부분은 절곡될 수 있다.

도 3a에 도시된 구조체(200)에 대하여 제 2 봉지재(350)을 형성함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(500)을 구성하는 배터리 보호회로 패키지(300)를 구현한다. 제 2 봉지재(350)는 PTC 구조체(290)의 적어도 일부와 제 1 봉지재(250)를 밀봉하도록 형성할 수 있다.

제 2 봉지재(350)는 배터리 보호회로 패키지(300)를 베어셀(400)과 접합하는 공정을 수행하도록 관통홀(380)을 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 보호회로 패키지(300)의 기판을 구성하는 리드프레임(50)의 일부(51)는 관통홀(380)을 통하여 베어셀(400)의 캡 플레이트(430)와 접합되도록 웰딩 공정이 수행될 수 있다. 또한, 배터리 보호회로 패키지(300)를 구성하는 PTC 구조체(290)의 연결부재(291)는 베어셀(400)의 전극 단자(410)와 웰딩 공정이 수행될 수 있다. 물론, 상기 웰딩 공정은 납땜(soldering), 도전성 접착제(예를 들어, 도전성 에폭시), 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방식으로 구현되는 접합 공정으로 대체될 수도 있다.

캡 플레이트(430)와 전기적으로 연결되는 기판의 일부(51)는 제 2 봉지재(350)에 의하여 측면 테두리 측면이 완전히 둘러싸이면서 상하면만 노출된다. 따라서, 접합되는 상기 기판의 일부(51)는 제 2 봉지재(350)의 외부로 신장되지 않는다. 예를 들어, 접합되는 상기 기판의 일부가 제 2 봉지재(350)의 외부로 신장되는 경우, 외부로 신장된 기판의 부분에서 접합이 수행된 후에 신장되는 기판을 벤딩(bending)하여 배터리 보호회로 패키지(300)를 베어셀(400) 상면 상에 절곡 배치할 수 있으나, 이 경우, 벤딩부에서 결함이 발생할 수 있으며 접합력 측면에서 불리하다. 본 발명에서는, 이러한 벤딩 구조의 접합 방식을 채용하지 않도록, 접합되는 상기 기판의 부분이 상하면만 노출되고 외부로 신장되지 않도록 제 2 봉지재(350)를 형성하였다. 상술한 방식으로 접합을 구현하는 경우, 배터리 보호회로 패키지(300)와 베어셀(400) 간의 접합력이 개선되므로, 캡 플레이트(430)는 배터리 보호회로 패키지(300)의 적어도 일부를 수용하기 위한 별도의 오목부가 형성되지 않고 평평한 평면으로 이루어질 수 있으므로 제조 공정 측면에서 유리할 수 있다.

한편, 제 2 봉지재(350)의 구성에 의하여 별도의 탑 케이스 없이 배터리 베어셀(400)의 상부면을 마감처리 함으로써, 최종적으로 배터리 팩(500)을 제조할 수 있다.

상술한 제 1 봉지재(250)와 제 2 봉지재(350)는 개별적인 공정으로 각각 형성될 수 있으나, 경우에 따라서는, 하나의 공정으로 동시에 형성될 수도 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지(300)에서 제 2 봉지재(350)가 형성되기 이전의 다른 구성(200)을 도해하는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 구조체(200)에서 제 1 봉지재(250)가 형성되기 이전의 구성(200a)을 도해하는 사시도이다.

도 1a 내지 도 2b와 도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 구성하는 배터리 보호회로 패키지(300)에서 기판은, 인쇄회로기판을 포함하지 않고, 이격된 복수의 리드들(51, 52, 53, 54, 55, 56)로 구성된 리드프레임(50)으로만 이루어진다. 본 발명의 모든 실시예들에서, 리드프레임(50)은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.

또한, 배터리 보호회로 소자는 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터(100), 및 적어도 하나 이상의 수동소자(130)를 포함하되, 리드프레임(50)의 바로 위에 실장될 수 있다. 나아가, 리드프레임(50) 상에 부가적인 내장칩(150)이 실장될 수 있는 바, 예를 들어, 이러한 부가적인 내장칩(150)은 인증칩, NFC 안테나칩, 퓨얼 게이지 IC 칩, 또는 무선충전칩 등을 내장화하는 전자소자일 수 있다. 또한, 이러한 소자들을 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(140)를 구성할 수도 있다.

도 4a를 참조한 배터리 보호회로 패키지(300)에서는, 상기 수동소자가 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치되되, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재(140)를 더 구비함으로써, 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로가 구성될 수 있다.

이 외에, 배터리 보호회로 패키지(300)와 베어셀(400) 간의 접합 구성 및 이에 따른 효과에 대해서는 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명한 부분과 동일하므로 여기에서는 생략한다.

상술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 탑 케이스 및 홀더를 제거한 후 배터리 팩의 조립공정을 진행할 수 있으므로 공정의 단순화에 따른 생산량 증가가 이루어질 수 있으며, 원자재 비용의 감소가 부수적으로 발생하여, 경제적으로 이득이 발생할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

50, 60 : 기판
250 : 제 1 봉지재
350 : 제 2 봉지재
380 : 관통홀
300 : 배터리 보호회로 패키지
400 : 베어셀
410 : 전극 단자
430 : 캡 플레이트
480 : 마감처리 충전재
500 : 배터리 팩

Claims (9)

1. 제 1 극성을 가지는 캡 플레이트와 제 2 극성을 가지는 전극 단자를 구비하는 베어셀; 및
   기판, 상기 기판 상에 실장된 배터리 보호회로 소자 및 상기 기판의 일부를 노출하면서 상기 배터리 보호회로 소자를 밀봉하는 봉지재를 포함하되, 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된, 배터리 보호회로 패키지;를 구비하되,
   상기 봉지재는 상기 캡 플레이트를 모두 덮는 크기와 형상을 가지며,
   상기 봉지재에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 상기 봉지재의 외부로 신장되지 않으면서 상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합된,
   배터리 팩.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되,
   상기 봉지재는 상기 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자를 밀봉하는 제 1 봉지재; 및 상기 제 1 봉지재를 밀봉하는 제 2 봉지재;를 포함하며, 상기 제 2 봉지재의 길이와 폭은 각각 상기 캡 플레이트의 길이와 폭과 동일하며,
   상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합되는 상기 기판의 일부는 상기 제 1 봉지재 및/또는 상기 제 2 봉지재에 의하여 테두리 측면이 완전히 둘러싸이면서 상하면만 노출된,
   배터리 팩.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자, 및 PTC 구조체를 포함하되,
   상기 봉지재는 상기 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 적어도 하나 이상의 수동소자를 밀봉하는 제 1 봉지재; 및 상기 제 1 봉지재 및 상기 PTC 구조체를 밀봉하는 제 2 봉지재;를 포함하며, 상기 제 2 봉지재의 길이와 폭은 각각 상기 캡 플레이트의 길이와 폭과 동일하며,
   상기 전극 단자 및/또는 상기 캡 플레이트와 전기적으로 연결되도록 접합되는 상기 기판의 일부는 상기 제 1 봉지재 및/또는 상기 제 2 봉지재에 의하여 테두리 측면이 완전히 둘러싸이면서 상하면만 노출된,
   배터리 팩.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캡 플레이트는 상기 배터리 보호회로 패키지를 수용하기 위한 별도의 오목부가 형성되지 않고 평평한 평면으로 이루어진, 배터리 팩.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배터리 보호회로 패키지는 상기 베어셀 상에 별도의 홀더 없이 배치되되, 상기 배터리 보호회로 패키지와 상기 캡 플레이트 사이에 배치된 접착테이프층을 더 구비하는, 배터리 팩.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극 단자 및 상기 캡 플레이트와 상기 봉지재에 의하여 노출된 상기 기판의 일부는 각각 스폿 웰딩(spot welding) 공정으로 접합된,
   배터리 팩.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 봉지재는 상기 스폿 웰딩 공정이 수행하기 위한 관통홀을 포함하되, 상기 스폿 웰딩 공정으로 접합이 완료된 후에 상기 관통홀을 채우는 마감처리 충전재를 더 구비하는, 배터리 팩.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임으로 이루어지며,
   상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되, 상기 리드프레임의 바로 위에 실장되며,
   상기 배터리 보호회로 패키지는, 상기 수동소자가 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치되되, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로가 구성되는,
   배터리팩.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임 및 상기 리드프레임 상에 실장된 인쇄회로기판으로 이루어지며,
   상기 배터리 보호회로 소자는 프로텍션(protection) IC, 전계효과 트랜지스터(FET), 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하되, 상기 인쇄회로기판의 바로 위에 실장되는,
   배터리팩.
   
   

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