KR20190131922A - 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 발명은 전장품들이 실장되는 실장부(25)를 갖는 기판몸체(20)와, 상기 기판몸체(20)의 가장자리를 둘러 더 돌출되되 외면은 금속도금되고 상기 기판몸체(20)의 회로패턴과 연결되어 대전류를 통전시킬 수 있는 대전류통전부(30)를 포함한다. 본 발명의 인쇄회로기판에는 그 가장자리를 따라 대전류통전부(30)가 있어서, 종래의 인쇄회로기판 보다 훨씬 큰 대전류를 허용할 수 있고, 대전류의 통전을 위해 인쇄회로기판에 별도의 버스바를 설치할 필요가 없다.

Description

대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판{Printed circuit board for high-current}

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 버스바 없이도 대전류를 입력받아 처리할 수 있는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

차량 엔진룸 내에는 전원분배를 위한 다양한 종류의 박스들이 설치된다. 예를 들어 정션박스는 전원 공급 및 분배, 와이어(Wire) 보호 등의 기능을 주로 수행하고, 그 내부에 탑재되는 전자디바이스(퓨즈, 릴레이 등)에 대한 수납 및 보호, 그리고 신속한 방열을 통한 작동 효율 유지 등의 기능 등을 한다. 이러한 정션박스는 그 형태에 따라 컨벤셔널(Conventional), 버스바(Bus-Bar), 포선, PCB(Printed CircuitBoard) 등의 타입으로 나눌 수 있다.

최근에는 전기자동차나 하이브리드자동차가 개발되면서 차량의 내부에서 사용되는 전류량도 높아지고 있어, PCB타입의 정션박스 내부에 설치된 PCB에 필요한 허용전류값도 함께 높아지고 있는 추세이다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서 PCB의 바깥쪽에 별도의 버스바를 결합하여 대전류를 통전시키는 방식이 사용되고 있다.

하지만, PCB에 별도의 버스바를 결합시켜 사용하게 되면, 부품수가 증가할 뿐 아니라, PCB형상에 맞는 별도의 버스바를 제작해야 하는 문제가 있다. 또한 버스바들 사이를 연결하기 위한 리벳공정이 필요하고, 버스바와 PCB사이를 연결하기 위한 조립공정이 필요하기 때문에, 전체 제조비용이 증가할 뿐 아니라 작업공수가 크게 늘어나는 문제도 있다.

대한민국 등록특허 제10-1216345호 대한민국 등록특허 제10-1729957호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 버스바를 사용하지 않고 인쇄회로기판 자체만으로 대전류 통전이 가능하도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전장품들이 실장되는 실장부를 갖는 기판몸체와, 상기 기판몸체의 가장자리를 둘러 더 돌출되되 외면은 금속도금되고 상기 기판몸체의 회로패턴과 연결되어 대전류를 통전시킬 수 있는 대전류통전부를 포함한다.

상기 대전류통전부는 상기 가판몸체의 가장자리를 둘러 연속적으로 이어져 기판몸체의 최외곽을 이룬다.

상기 대전류통전부의 상면, 하면 및 측면에는 각각 전도성재질의 금속이 도금되고, 대전류통전부에는 다수의 비아홀이 상하로 관통되어 대전류통전부의 상면과 하면을 통전시킨다.

상기 대전류통전부의 길이방향을 따라 배치되는 다수의 열방출홀은 대전류통전부를 관통한다.

상기 열방출홀은 상기 대전류통전부의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되어, 상기 대전류통전부는 상기 열방출홀에 의해 외곽부와 내측부로 나뉜다.

상기 비아홀은 상기 대전류통전부의 외곽부에 있고, 상기 열방출홀은 장공형상이거나 원형 또는 다각형상이다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 인쇄회로기판에는 그 가장자리를 따라 대전류통전부가 일체로 있어서, 종래의 인쇄회로기판 보다 훨씬 큰 대전류를 허용할 수 있고, 대전류의 통전을 위해 인쇄회로기판에 별도의 버스바를 설치할 필요가 없다. 따라서 본 발명에 의하면 대전류 통전기능을 갖는 인쇄회로기판 및 정션박스의 제조비용 및 조립공수가 크게 줄어드는 효과가 있다.

그리고 인쇄회로기판의 대전류통전부에는 열방출홀이 있고, 이러한 열방출홀은 인쇄회로기판의 작동중에 발생하는 열을 외부로 보다 원활하게 배출해주는 역할을 한다. 따라서 본 발명에 의한 인쇄회로기판은 내구성과 동작신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한 열방출홀은 인쇄회로기판의 바깥쪽을 따라 연장되기 때문에 일종의 충격흡수공간이 되기도 한다. 예를 들어 차량의 운행 중에 정션박스에 강한 충격이 가해지더라도 인쇄회로기판의 바깥쪽에 위치한 열방출홀이 이러한 충격을 흡수할 수 있고, 따라서 인쇄회로기판의 내구성을 높이는 역할도 하게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판의 일실시례의 구성을 보인 사시도.
도 2는 도 1의 실시례를 구성하는 부품들으 분해하여 보인 분해사시도.
도 3은 도 1의 실시례를 구성하는 대전류통전부의 구조를 자세하게 보인 확대도.
도 4는 도 1의 실시례의 구성을 보인 평면도.
도 5는 본 발명에 의한 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판의 다른 실시례의 구성을 보인 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판의 또 다른 실시례의 구성을 보인 평면도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판(10, 이하 '인쇄회로기판'이라 함)은 큰 전류를 통전시킬 수 있도록 외측에 대전류통전부(30)를 갖고 있다. 이러한 대전류통전부(30)는 별개물이 아니라 인쇄회로기판(10)에 일체인 것이기 때문에 기존의 버스바 등이 결합되었던 인쇄회로기판(10)을 간단한 구조의 인쇄회로기판(10)으로 대체할 수 있다. 예를 들어 본 발명에 의한 인쇄회로기판(10)은 100암페어 이상의 전류를 통전시킬 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 인쇄회로기판(10)을 설명하면, 상기 인쇄회로기판(10)은 크게 기판몸체(20)와 대전류통전부(30)로 구성된다. 상기 기판몸체(20)는 FR4 재질과 같은 일반적인 인쇄회로기판(10)의 기본골격에 구리(copper)층을 덮은 것으로, 도면에는 자세한 회로패턴이 도시되지 않았지만 구리층이 회로패턴을 만들어낸다. 본 실시례에서 기판몸체(20)는 얇은 사각판 형상이고, 인쇄회로기판(10)이 설치되는 정션박스 등 박스는 도면에서 생략되었다.

상기 인쇄회로기판(10)에는 회로패턴에 맞추어 다수의 실장부(25)가 있다. 상기 실장부(25)는 아래에서 설명될 터미널들이 설치되는 부분으로, 구멍형태이다. 상기 실장부(25)는 포크터미널(51), 핀터미널(53), 대전류터미널(55) 등 다양한 터미널이 실장될 수 있고, 이러한 터미널들에는 다시 별도의 커넥터나 퓨즈(70)가 설치될 수도 있다. 도 2에는 포크터미널(51)에서 퓨즈(70)가 분리된 모습이 도시되어 있다. 도면부호 52,54,56은 아래에서 설명될 실장부(25)에 실장되는 부분을 가리킨다.

상기 기판몸체(20)의 바깥쪽에는 대전류통전부(30)가 있다. 상기 대전류통전부(30)는 상기 기판몸체(20)의 가장자리를 둘러 더 돌출된 부분으로, 도면에서 보듯이 별개물이 아니라 기판몸체(20)와 일체로 이어져 있다. 상기 대전류통전부(30)는 기판몸체(20)의 바깥쪽 가장자리를 둘러 위치하기 때문에 보단 넓은 면적을 확보할 수 있고, 아래에서 설명될 바와 같이 열방출에 유리하다.

상기 대전류통전부(30)의 외면은 금속도금된다. 보다 정확하게는 상기 대전류통전부(30)는 상기 인쇄회로기판(10)이 제조되는 과정에서 동박이 구리층(동박)이 함께 만들어진다. 그리고 대전류통전부(30)에 덮힌 구리층은 에칭(Etching)되지 않고 그대로 남아서 대전류 통전을 위한 기능을 하게 된다. 상기 대전류통전부(30)의 외면은 상면, 하면 및 측면에 모두 구리층이 형성되거나, 그 중 일부에만 구리층이 형성될 수도 있다. 예를 들어 인쇄회로기판(10)이 단면 기판인 경우에는 상면에만 구리층이 있을 수 있고, 양면 기판인 경우에는 상면과 하면 모두에 구리층이 형성될 수 있는 것이다. 다만, 대전류통전부(30)의 구리층은 앞서 설명한 기판몸체(20)의 회로패턴과 연결됨으로써, 대전류를 허용할 수 있어야 한다.

상기 대전류통전부(30)는 상기 기판몸체(20)의 가장자리를 둘러 연속적으로 이어져 기판몸체(20)의 최외곽을 이루게 된다. 즉, 상기 대전류통전부(30)는 기판몸체(20)의 외부에서 일부에만 존재하는 것이 아니라, 기판몸체(20) 외부를 둘러서 있는 것인데, 이것은 인쇄회로기판(10)의 제조용이성을 위한 것 뿐 아니라, 대전류통전부(30)의 전체 면적을 늘려서 허용가능한 전류량을 늘리고, 또한 방열성능을 높이기 위한 것이기도 하다.

상기 대전류통전부(30)는 크게 두 부분으로 구분할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 대전류통전부(30)는 외곽부(35)와 내측부(31)로 구분된다. 외곽부(35)는 내측부(31) 보다 상대적으로 더 바깥쪽에 위치하는 것인데, 그 사이에는 열방출홀(36)이 있다. 즉 열방출홀(36)을 기준으로 대전류통전부(30)는 안쪽의 내측부(31)와 바깥쪽의 외곽부(35)로 나뉜다고 볼 수 있다. 상기 외곽부(35)와 내측부(31)는 서로 이어져 있는데, 보다 정확하게는 열방출홀(36) 사이사이에 있는 부분을 통해 서로 일체로 연결되어 있다.

상기 외곽부(35)와 내측부(31) 사이에는 열방출홀(36)이 있다. 상기 열방출홀(36)은 상기 대전류통전부(30)의 길이방향을 따라 배치되는 장공형상이다. 상기 열방출홀(36)은 상기 대전류통전부(30)를 상하방향으로 관통해서 만들어지는 부분인데, 도시된 바와 같이 그 내면을 통해 외기와의 접촉면적을 넓혀 방열기능을 수행한다. 정확하게 표현되지는 않았지만, 상기 열방출홀(36)의 내면도 구리층으로 덮힐 수도 있고, 이렇게 되면 상기 열방출홀(36)을 통해 상면과 하면의 구리층이 통전될 수도 있다.

상기 열방출홀(36)의 형상은 다양하게 변형될 수 있는데, 도 3과 같이 장공형상이 아니라, 도 5에서 보듯이 원형일 수도 있고, 그 밖에 다양한 형상이 가능하다. 상기 열방출홀(36)은 대전류통전부(30)를 관통하되, 방열기능을 수행할 수 있을 정도로 다수개가 일정간격으로 촘촘하게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 열방출홀(36)의 존재로 인해, 상기 대전류통전부(30)는 외곽부(35)와 내측부(31)로 구분되고, 열방출홀(36)이 일종의 완충기능을 수행할 수도 있다. 즉, 열방출홀(36)은 인쇄회로기판(10)의 바깥쪽을 따라 연장되기 때문에 일종의 충격흡수공간이 되는 것이다. 예를 들어 차량의 운행 중에 정션박스에 강한 충격이 가해지더라도 인쇄회로기판(10)의 바깥쪽에 위치한 열방출홀(36)이 이러한 충격을 흡수할 수 있고, 따라서 인쇄회로기판(10)의 내구성을 높이는 역할도 하게 된다.

상기 대전류통전부(30)에는 비아홀(38)이 있다. 상기 비아홀(38)은 상기 열방출홀(36)과 마찬가지로 대전류통전부(30)를 상하로 관통하는데, 상기 비아홀(38) 내면에는 전도성재질인 구리층이 형성되어서 대전류통전부(30)의 상면과 하면을 연결하는 역할을 한다. 물론 상기 비아홀(38)도 열방출홀(36)처럼 일종의 방열기능을 수행할 수도 있다. 본 실시례에서 상기 비아홀(38)은 상기 대전류통전부(30)의 외곽부(35)에 있기 때문에 보다 많은 개수 또는 면적의 바이홀을 확보할 수 있다. 물론 상기 비아홀(38)은 내측부(31)에도 있거나 또는 내측부(31)에만 있을 수도 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 인쇄회로기판(10)이 조립되고 사용되는 과정을 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 인쇄회로기판(10)은 기판몸체(20)와 대전류통전부(30)가 일체로 만들어진다. 즉, FR4 재질 등으로 만들어진 하나의 인쇄회로기판(10)에서 중심의 일부는 기판몸체(20)가 되고, 외곽은 대전류통전부(30)가 되는 것이다. 이 중에서 대전류통전부(30)쪽에는 타공이 되어 열방출홀(36)과 비아홀(38)이 만들어질 수 있다. 그리고, 인쇄회로기판(10)의 외면에는 구리층이 덮히고, 회로패턴을 제외한 부분은 에칭되고 솔더마스크층과 실크스크린층이 입혀진다. 이때 대전류통전부(30)에 형성된 구리층은 에칭되지 않기 때문에 대전류통전부(30) 전체가 일종의 버스바가 되어 통전기능을 수행할 수 있다.

이러한 인쇄회로기판(10)의 실장부(25)에는 다수의 전장품이 설치되는데, 본 실시례에서는 포크터미널(51), 탭터미널(53) 및 대전류터미널(55)이 설치된다. 그리고 포크터미널(51)에는 다시 퓨즈(70)가 설치되고, 대전류터미널(55)에는 외부로부터 대전류를 공급하기 위한 커넥터가 설치될 수 있다. 물론, 이들 전장품이 설치되기에 앞서, 먼저 인쇄회로기판(10)이 정션박스 등의 내부에 설치될 수 있다.

이 상태에서 인쇄회로기판(10)에는 대전류가 공급되고, 인쇄회로기판(10)은 이들을 분배하거나 신호를 전달하는 역할을 할 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(10)의 대전류통전부(30)는 기판몸체(20)의 바깥쪽에서 큰 전류를 허용가능하게 하기 때문에, 기존과 같이 별도의 버스바가 없어도 인쇄회로기판(10)은 인가된 대전류를 제어할 수 있다.

또한, 대전류가 인가되므로 사용중인 인쇄회로기판(10)에서는 필연적으로 높은 열이 발생되기도 하는데, 인쇄회로기판(10)에 구비된 대전류통전부(30)는 외가와의 접촉면적을 넓혀 이러한 열을 분산시키는 역할을 해준다. 특히, 대전류통전부(30)는 인쇄회로기판(10)의 가장자리를 따라 있기 때문에 인쇄회로기판(10) 전체의 열을 골고루 분산시킬 수 있다. 물론, 앞서 설명한 바와 같이, 열방출홀(36)은 일종의 충격흡수공간이 되기도 해서, 차량의 운행 중에 정션박스에 강한 충격이 가해지더라도 인쇄회로기판(10)의 바깥쪽에 위치한 열방출홀(36)이 이러한 충격을 흡수해주고, 따라서 외부 환경이 인쇄회로기판(10)의 동작에 영향을 주지 않도록 할 수도 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 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 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 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.

예를 들어, 도 6에서 보듯이, 본 발명의 인쇄회로기판(10)에 구비된 대전류통전부(30)는 외곽부(35)와 내측부(31)로 구분되지 않고, 일체로 구성될 수도 있다. 즉, 도 6의 실시례에서는 외곽부(35)와 내측부(31) 사이를 구분하기 위한 별도의 열방출홀(36)이 없다. 이 경우에는 비아홀(38)이 열방출 기능도 함께 할 수 있다.

10: 인쇄회로기판 20: 기판몸체
25: 실장부 30: 대전류통전부
31: 내측부 35: 외곽부
36: 열방출홀 38: 비아홀
51: 포크터미널 53: 핀터미널
55: 대전류터미널 70: 퓨즈

Claims (8)

1. 전장품들이 실장되는 실장부를 갖는 기판몸체와,
   상기 기판몸체의 가장자리를 둘러 더 돌출되되 외면은 금속도금되고 상기 기판몸체의 회로패턴과 연결되어 대전류를 통전시킬 수 있는 대전류통전부를 포함하는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 대전류통전부는 상기 가판몸체의 가장자리를 둘러 연속적으로 이어져 기판몸체의 최외곽을 이루는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 대전류통전부의 상면, 하면 및 측면에는 각각 전도성재질의 금속이 도금되고, 대전류통전부에는 다수의 비아홀이 상하로 관통되어 대전류통전부의 상면과 하면을 통전시키는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대전류통전부의 길이방향을 따라 배치되는 다수의 열방출홀은 대전류통전부를 관통하는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열방출홀은 상기 대전류통전부의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되어, 상기 대전류통전부는 상기 열방출홀에 의해 외곽부와 내측부로 나뉘는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 비아홀은 상기 대전류통전부의 외곽부에 있는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
7. 제 4 항에 있어서, 상기 열방출홀은 장공형상이거나 원형 또는 다각형상인 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   
8. 제 4 항에 있어서, 상기 대전류통전부의 열방출홀 내면에는 전도성재질의 금속이 도금되어 대전류통전부의 상면과 하면을 전기적으로 연결시키는 대전류 통전기능이 있는 인쇄회로기판.
   

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