KR20200145917A

KR20200145917A - 용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈 및 상기 칩 퓨즈를 구비한 충전장치

Info

Publication number: KR20200145917A
Application number: KR1020190073488A
Authority: KR
Inventors: 양승민; 박형기; 박광석; 이창우; 이택우; 나태욱; 서보성; 박종민
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-12-31
Also published as: KR102203721B1

Abstract

본 발명은 과전류 또는 과전압에 대한 응답 속도를 향상시키는 것에 의해 용단 속도를 더욱 향상시켜 충전지 및 충전장치의 안전성을 더욱 향상시키는 용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈 및 상기 칩 퓨즈를 구비한 충전장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 기판; 상기 기판의 내부 중앙 영역에 형성되는 단열패턴부; 상기 기판 상의 상기 단열패턴부의 상부 면에 적층 형성되는 저항발열체; 상기 저항발열체의 측면과 상부면에 적층되는 절연막; 및 상기 기판의 상부에서 상기 절연막의 상부에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여, 상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 빠르게 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈를 제공한다.

Description

용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈 및 상기 칩 퓨즈를 구비한 충전장치{Chip fuse with insulation pattern for improving melting response of melting portion and charging apparatus with said Chip fuse}

본 발명은 칩 퓨즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 과전류 또는 과전압에 대한 응답 속도를 향상시키는 것에 의해 용단 속도를 더욱 향상시켜 충전지 및 충전장치의 안전성을 더욱 향상시키는 용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈 및 상기 칩 퓨즈를 구비한 충전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 리튬이차 전지 등의 충전지의 충전 중 충전지에 과전류 및 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위해 충전장치에는 세라믹 칩 퓨즈 등의 칩 퓨즈가 적용된다.

이러한 칩 퓨즈의 일종인 세라믹 칩 퓨즈의 일례로, 대한민국 공개특허 제2015-0083810호는 복수의 비전도층과, 퓨즈 요소 아래보다 퓨즈 요소 위에 더 많은 비전도층이 있도록 복수의 비전도성 층의 층들 사이에 배치된 퓨즈 요소와, 보호 대상 회로 및 전원에 퓨즈를 연결하도록 퓨즈 요소에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 단자를 포함하는 오프셋 퓨즈 요소를 구비한 세라믹 칩 퓨즈를 개시한다.

또한, 상기 세라믹 퓨즈의 다른 예로는 소니의 자회사인 Dexerials에서 공급한 알루미나 기판 상에 저항발열체를 장착하고, 저항발열체를 절연막으로 감싼 후, 상부에 퓨즈부재를 형성한 알루미나 기판 기반 세라믹 칩 퓨즈를 들 수 있다.

도 1은 상술한 종래기술의 세라믹 칩 퓨즈를 구비한 충전회로에서의 전류 및 전압에 따른 용단(fusing) 과정을 나타내는 도면이다.

도 1과 같이, 상술한 종래기술의 세라믹 칩 퓨즈(10)를 장착한 충전회로는, 충전지로서의 리튬이온 2차전지(7)의 충전을 제어하는 충전기(1)와 두 개의 스위칭 소자(FET)(3, 4)와 접속되는 1차 보호회로IC(2), 2차 보호회로IC(5), 2차 보호회로IC(5)를 통해 스위칭되어 세라믹 칩 퓨즈(10)를 발열시키는 스위칭 소자(FET)(6) 및 1차 보호회로IC(2)와 2차 보호회로IC(5) 및 스위칭소자(FET)(6)의 사이에 접속되는 퓨즈부재(11)를 구비한 세라믹 칩 퓨즈(10)를 포함하여 구성된다.

상술한 종래기술의 세라믹 칩 퓨즈들은 과전류가 인가되는 경우에는 퓨즈 부재(11)의 자체 발열에 의해 1차 용단(12)되고, 과전압이 인가되는 경우에는 2차 보호회로IC(5)에 의해 스위칭소자(FET)(6)가 온되어 세라믹 칩 퓨즈(10) 내부의 히터로서의 저항발열체에 전원을 공급하여 발열시킴으로써 2차 용단(13)되도록 구성되어, 충전지와 충전회로를 보호하도록 구성될 수 있다.

이러한 종래기술의 칩 퓨즈는 열이 축적되어 퓨즈 부재가 단선되기 때문에 과전류 대비 응답속도가 느린 문제점을 가진다. 이는 알루미나 기판(Al₂O₃ 열전도도: 20W/mK) 또는 LTCC 기판(열전도도: 3W/mK) 기반 세라믹 칩 퓨즈 모두에서 동일하게 발생하는 문제점이다.

따라서 리튬 이차전지 등의 충전지의 충방전 시 충전지와 충전회로의 보호를 위해서는 내부에 구성되는 칩 퓨즈의 과전류 응답 속도의 개선이 필요하다.

대한민국 공개특허 제2015-0083810호

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 리튬 이차전지 등의 충전지의 충전을 위한 충전회로에 장착되는 칩 퓨즈의 용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 리튬 이차전지 등이 충전지의 충전을 위한 충전장치에 장착되는 용단부 단선 응답 속도 향상을 위한 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈를 가지는 충전장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 기판; 상기 기판의 내부 중앙 영역에 형성되는 단열패턴부; 상기 기판 상의 상기 단열패턴부의 상부 면에 적층 형성되는 저항발열체; 상기 저항발열체의 측면과 상부면에 적층되는 절연막; 및 상기 기판의 상부에서 상기 절연막의 상부에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여, 상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 빠르게 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 기판은, 알루미늄계 기판일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴부는, 상기 저항발열체가 위치되는 하부의 상기 기판의 영역에서 관통되는 비아홀 또는 요입되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴들은, 직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지는 관통된 비아홀 또는 단열홈으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴부는, 과전압 또는 과전류의 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴은, 내부에 공기 또는 단열소재 중 어느 하나의 단열충진재가 충진될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 상술한 칩 퓨즈를 구비한 충전장치를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 세라믹 기판; 기 세라믹 기판의 중앙 하부 영역을 관통하여 형성되는 단열패턴부; 상기 세라믹 기판의 내부에서 상기 단열패턴부의 상부에 위치되도록 내장되는 저항발열체; 및 상기 기판의 상기 저항발열체가 내장된 상부 영역에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여, 상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 빠르게 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 세라믹 기판은 서로 적층되는 제1 세라믹 기판과 제2 세라믹 기판을 포함하고, 상기 제1 세라믹 기판과 상기 제2 세라믹 기판 사이에 상기 저항발열체가 위치되도록 배열되며, 적층 배열된 상기 제1 세라믹 기판과 상기 저항발열체 및 상기 제2 세라믹 기판이 저온 동시 소성되어 상기 세라믹 기판의 내부에 상기 저항 발열체가 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단열패턴부는, 기 세라믹 기판의 상기 저항발열체의 하부에 위치되는 상기 제1 세라믹 기판 영역에서 하방향으로 관통되는 비아홀 또는 요입 형성되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단열패턴들은, 직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지는 관통된 비아홀 또는 단열홈으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단열패턴부는, 과전압 또는 과전류의 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단열패턴은, 내부에 공기 또는 단열소재 중 어느 하나의 단열충진재가 충진될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈 또는 단열 패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈는 상기 기판의 상기 단열패턴들의 개방부가 형성되는 면에 적층 형성되어 상기 개방부를 막는 단열막;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 세라믹 칩 퓨즈를 구비한 충전장치를 제공한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 칩 퓨즈 또는 세라믹 칩 퓨즈는, 충전 중에 과전압 또는 과전류가 인가되는 경우, 저항발열체와 중첩되는 기판 내부의 위치에서 저항발열체의 퓨즈부와 대향하는 면의 반대면 측에 형성된 단열패턴부가, 저항발열체에서 발생된 열이 칩 퓨즈의 내부에서 퓨즈부의 반대 방향으로 전달되는 것을 방지하면서 퓨즈부로 전달되도록 하여 퓨즈부의 용단부 단선 응답 속도를 빠르게 하는 것에 의해, 충전 중 과전류 또는 과전압으로부터의 충전지, 충전회로 또는 충전장치의 보호 성능을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1은 종래기술의 세라믹 칩 퓨즈를 구비한 충전회로에서의 전류 및 전압에 따른 용단(fusing) 과정을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 알루미늄 기판 기반의 칩 퓨즈(100)의 사시도.
도 3은 도 2의 알루미늄 기판 기반의 칩 퓨즈(100)의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예의 도 2의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100)의 I-I 선을 따라 절단한 후 I 방향에서 본 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예의 도 2의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100)의 II-II 선을 따라 절단한 후 II 방향에서 본 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 세라믹 칩 퓨즈(200)의 사시도.
도 7은 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)의 분해사시도.
도 8은 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)를 III-III 선을 따라 절단한 후 III 방향에서 바라 본 단면도.
도 9는 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)를 IV-IV 선을 따라 절단한 후 IV 방향에서 본 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 단열막(101)을 구비한 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 사시도.
도 11은 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 분해 사시도.
도 12는 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 V-V 선을 따라 절단한 후 V 방향에서 본 단면도.
도 13은 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 VI-VI 선을 따라 절단한 후 VI 방향에서 본 단면도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 사시도.
도 15는 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 분해 사시도.
도 16은 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 VII-VII 선을 따라 절단한 후 VII 방향에서 본 단면도.
도 17은 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 VIII-VIII 선을 따라 절단한 후 VIII 방향에서 본 단면도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예는, 기판; 상기 기판의 내부 중앙 영역에 형성되는 단열패턴부; 상기 기판 상의 상기 단열패턴부의 상부 면에 적층 형성되는 저항발열체; 상기 저항발열체의 측면과 상부면에 적층되는 절연막; 및 상기 기판의 상부에서 상기 절연막의 상부에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여, 상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 빠르게 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열패턴부는,

상기 저항발열체가 위치되는 하부의 상기 기판의 영역에서 관통되는 비아홀 또는 요입되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 세라믹 기판; 상기 세라믹 기판의 중앙 하부 영역을 관통하여 형성되는 단열패턴부; 상기 세라믹 기판의 내부에서 상기 단열패턴부의 상부에 위치되도록 내장되는 저항발열체; 및 상기 기판의 상기 저항발열체가 내장된 상부 영역에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여, 상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 빠르게 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 단열패턴부는, 상기 세라믹 기판의 상기 저항발열체의 하부에 위치되는 상기 제1 세라믹 기판 영역에서 하방향으로 관통되는 비아홀 또는 요입 형성되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 알루미늄 기판 기반의 칩 퓨즈(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 알루미늄 기판 기반의 칩 퓨즈(100)의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예의 도 2의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100)의 I-I 선을 따라 절단한 후 I 방향에서 본 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예의 도 2의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100)의 II-II 선을 따라 절단한 후 II 방향에서 본 단면도이다.

도 2 내지 도 5와 같이, 상기 칩 퓨즈(100)는, 기판(110), 저항발열체(120), 절연막(130), 퓨즈 수용부(140), 퓨즈부(150) 및 단열패턴부(300)를 포함하여 구성된다.

상기 기판(110)은, 기판 소재를 이용한 증착 또는 기판 소재 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 등을 통해 판상으로 제작되거나, 기 제작된 기판을 사용할 수도 있다. 이때, 상기 기판 소재를 알루미늄을 포함하는 알루미늄계 소재 또는 알루미늄 이외의 다양한 퓨즈 기판 소재로 제작될 수도 있다.

상기 기판(110)은 양측면에 퓨즈부(150)를 충전지 및 충전기 회로에 전기적으로 접속시키기 위한 비아도선의 형성을 위해 제1 기판비아홀(111)들이 각각 형성된다. 그리고 중앙부의 저항발열체(120)가 위치되는 영역에는 저항발열체(120)를 도 1의 2차전지(7) 등의 충전지 및 충전기(1)와 병렬로 연결시켜 전원을 공급받는 제2 기판비아홀(113)이 관통 형성된다. 그리고 상기 기판(110)의 상기 저항발열체(120)가 형성되는 영역에는 다수의 단열패턴(310)들을 가지는 단열패턴부(300)가 형성되며, 상기 단열패턴부(300)는 하기에서 더욱 상세히 설명한다.

상기 저항발열체(120)는 도전성 발열 소재를 증착하거나 또는 도전성 발열 소재 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 등을 통해 상기 기판(110)의 상부면에 형성될 수 있다. 이때, 상기 저항발열체(120)를 형성하는 도전성 발열 소재로는 약 2.6 Ω/cm²를 가지는 RuO₂ 등일 수 있다.

상술한 구성의 저항발열체(120)는 도 5와 같이, 한 쌍의 제2 기판비아홀(113)들에 형성되는 제2 기판비아도선을 통해 충전지 및 충전기와 병렬로 접속되고, 도 1의 스위칭소자(6)와는 직렬로 접속 구성된다. 이와 같이 구성된 상기 저항발열체(120)는, 상기 충전지로 과전압이 인가되는 경우, 통전되는 도 1의 스위칭소자(6) 등의 스위칭 소자를 통해 전원을 공급받아 발열되는 것에 의의 퓨즈부(150)의 퓨즈(153)를 용단시켜 충전지와 충전장치를 보호하게 된다.

상기 절연막(130)은 상기 저항발열체(120)가 형성된 기판(110)의 상부면에 절연산화물을 등을 증착한 후 저항발열체(120) 이외의 영역을 제거하는 것에 의해 형성하거나, 절연막 소재 페이스트로 저항발열체(120)의 표면을 도포한 후 소성하여 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 형성된 상기 절연막(130)은 저항발열체(120)를 퓨즈소재(140) 또는 기판(110) 상의 다른 도전성 소자들과 절연시킨다.

상기 퓨즈수용부(140)는 상기 퓨즈부(150)의 퓨즈(153)가 안착된 후 용단되는 경우 퓨즈(153) 소재를 용체와 또는 합금화를 통해 용융된 퓨즈(153)를 수용하도록 판상으로 구성된다. 상기 퓨즈수용부(140)의 소재로는 퓨즈(153)의 구성 물질과 젖음성(wetability)이 높은 물질로서 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상술한 구성의 퓨즈수용부(140)는 퓨즈부(150) 중 퓨즈(153)의 상부에 형성되거나 퓨즈(153)를 감싸는 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성되는 퓨즈수용부(140)는 구성되지 않을 수도 있으며, 이 경우, 상기 퓨즈부(150)는 상기 절연막(130)의 상부면에서 상기 절연막(130)과 접촉되도록 형성된다.

상기 퓨즈부(150)는 상기 기판(110)의 양측 상부면에서 상기 제1 기판비아홀(111)과 연통되는 퓨즈전극비아홀(152)이 형성되는 한 쌍의 퓨즈전극(151)과, 상기 퓨즈전극(151)에 양단이 납땜 또는 도전성 접착제를 이용해 전기적으로 접속되어 상기 퓨즈수용부(140) 또는 상기 절연막(130)을 가로지르며 상기 퓨즈수용부(140) 또는 상기 절연막(130)의 상부면과 접촉되도록 형성되는 퓨즈(153)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 퓨즈전극(151)은 퓨즈전극비아홀(152)이 형성된 전극을 납땜 등으로 형성하거나, 또는 도전성 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 등에 의해 형성될 수 있다. 그리고 상기 퓨즈(153)는 납(Pb), 주석(Sn), 또는 이들의 합금 등의 저융점 금속으로 제작될 수 있다.

상기 단열패턴부(300)는 상기 기판(110)의 저항발열체(120)가 위치되는 영역에서 하나의 열 또는 다수의 열을 형성하도록 관통되는 비아홀 또는 요입되는 단열홈 중 어느 하나의 단열패턴(310)들을 포함하여 구성된다.

상술한 구성의 단열패턴(310)들은 직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지도록 형성될 수 있으며, 원기 둥 또는 다각 기둥 등으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 단열패턴(310)들은 정격 전압 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계될 수 있다. 그리고 상기 단열패턴(310)들의 내부에는 열전도도가 낮은 공기 또는 단열소재 등의 단열충진재가 충진될 수 있다.

상기 단열소재는 탈크, 카오린, 알루미나, 장석, 납석, 견운모, 맥반석, 벤토나이트, 세피올라이트, 규조토, 퍼라이트, 흄드실리카, 실리카, 글라스버블, 수산화마그네슘, 탄화칼슘, 에어로젤 중의 어느 1종 이상으로 선택되는 비표면적이 100 ~ 1000㎡/g이고, 평균입경은 1㎜ 이하인 세라믹분말을 고형분 함량 기준 5 ~ 80중량% 함유하는 바인더로 구성된 조액으로 제조되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 바인더는 아크릴산계 접착제, 폴리비닐알코올, 카르복실메틸셀룰로오즈, 물유리, 실리카졸, 콜로이탈실리카, 벤토나이트, 소듐실리게이트, 포타슘실리게이트 및 알루미늄오르토인산염으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 1종 이상일 수 있다.

상술한 단열패턴부(300)가 형성된 기판(110), 저항발열쳬(120), 절연막(120) 및 퓨즈부(150)가 일체로 형성된 후에는 상기 제1 기판비아홀(111)과 상기 전극비아홀(152)들이 연통 형성되는 비아홀과 도전성 페이스트를 도포하고 소성시키는 등에 의해 퓨즈비아도선(160)이 형성된다.

상술한 바와 같이 형성된 상기 퓨즈비아도선(160)은 도 1의 2차전지(7) 등의 충전지와 충전기(1) 등의 충전 전원 사이에서 상기 퓨즈부(150)를 상기 충전지와 충전전원에 직렬 접속시킨다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 도 2 내지 도 5의 구성을 가지는 칩 퓨즈(100)를 포함하여 구성되는 충전장치를 제공할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 세라믹 칩 퓨즈(200)의 사시도이고, 도 7은 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)의 분해사시도이며, 도 8은 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)를 III-III 선을 따라 절단한 후 III 방향에서 바라 본 단면도이고, 도 9는 도 6의 세라믹 칩 퓨즈(200)를 IV-IV 선을 따라 절단한 후 IV 방향에서 본 단면도이다.

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 세라믹 칩 퓨즈(200)는, 세라믹 기판(210), 상기 세라믹 기판(210)의 내부에 형성되는 저항발열체(220), 상기 세라믹 기판(210)의 상기 저항발열체(220)와 중첩되는 상부 영역에 퓨즈(253)가 배치되도록 설치되는 상기 세라믹 기판(210)의 상부에 형성되는 퓨즈부(250)를 포함하여 구성된다.

상기 세라믹 기판(210)은 단일 층 또는 다수의 층으로 적층 형성되는 하부의 제1 세라믹 기판(201)과 상부의 제2 세라믹 기판(202)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 세라믹 기판(201)은 상기 저항발열체(220)가 위치되는 상부 영역이 상기 저항발열체(220)가 안착되도록 요입 형성되며, 상기 저항발열체(220)가 안착되도록 요입형성된 영역에는 상기 저항발열쳬(220)를 도 1의 2차전지(7) 등의 충전지 및 충전기(1)와 스위칭 소자(6)를 통해 병렬로 접속시키는 한 쌍의 저항발열체비아홀(213)이 관통 형성된다. 그리고 상기 제1 세라믹 기판(201)의 양측면에는 퓨즈부(250)를 충전지 및 충전기 회로에 전기적으로 접속시키기 위한 비아도선의 형성을 위해 제3 기판비아홀(211)들이 형성된다. 또한, 상기 제2 세라믹 기판(202)의 양측면에도 퓨즈부(250)를 충전지 및 충전기 회로에 전기적으로 접속시키기 위한 비아도선의 형성을 위해 제4 기판비아홀(214)들이 제3 기판비아홀(211)과 서로 연통하도록 각각 형성된다.

상술한 구성의 상기 제1 세라믹 기판(201)과 제2 세라믹 기판(202)은 각각 상하로 적층된 후 저온 동시 소성에 의해 일체형으로 접합 구성될 수 있다. 상술한 구성의 상기 세라믹 기판(210)의 소재는 결정성 보로실리케이트 물질을 포함할 수 있으며, SiO_2, Ba₂O_3, Al₂O₃, CaO, MgO, SrO, Li₂O, ZnO, TiO₂, 및 ZrO₂ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 저항발열체(220)는 상기 저항발열체(220)가 안착되도록 상기 제1 세라믹 기판(201)의 상부면의 요입 형성된 영역에 도전성 발열 소재를 증착하거나 또는 도전성 발열 소재 페이스트를 이용한 스크린 인쇄법 등을 통해 형성될 수 있다. 이와 달리 미리 제작된 저항발열체 판을 안착시키는 것에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 상기 저항발열체(120)를 형성하는 도전성 발열 소재로는 약 2.6 Ω/cm²를 가지는 RuO₂ 등일 수 있다.

상기 퓨즈수용부(240)는, 상기 퓨즈부(250)의 퓨즈(253)가 안착된 후 용단되는 경우 퓨즈(253) 소재를 용체와 또는 합금화를 통해 용융된 퓨즈(253)를 수용하도록 판상으로 구성된다. 상기 퓨즈수용부(240)의 소재로는 퓨즈(253)의 구성 물질과 젖음성(wetability)이 높은 물질로서 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상술한 구성의 퓨즈수용부(240)는 퓨즈부(250) 중 퓨즈(253)의 상부에 형성되거나 퓨즈(253)를 감싸는 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성되는 퓨즈수용부(240)는 구성되지 않을 수도 있으며, 이 경우, 상기 퓨즈부(250)는 상기 제2 세라믹 기판(202)의 상부면에 직접 접촉되도록 형성된다.

상기 퓨즈부(250)는 상기 기판(210)의 양측 상부면에서 상기 제4 기판비아홀(214)와 연통되는 퓨즈전극비아홀(252)이 형성되는 한 쌍의 퓨즈전극(251)과, 상기 퓨즈전극(251)에 양단이 납땜 또는 도전성 접착제를 이용해 전기적으로 접속되어 상기 저항발열체(220)가 형성된 세라믹 기판(210)의 상부면에 형성되는 퓨즈(F)를 포함하여 구성된다. 이때, 도 9의 경우 상기 퓨즈(253)는 퓨즈수용부(240)를 매개로 상기 세라믹 기판(210)의 상부면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 상기 퓨즈수용부(240)를 구비함이 없이 직접 상기 세라믹 기판(210)의 상부면에 형성될 수 있다. 상기 퓨즈(253)는 도 2 내지 도 6의 구성을 가지는 칩 퓨즈(100)에 형성되는 퓨즈(153)와 동일한 소재로 제작될 수 있다.

상기 단열패턴부(300)는 상기 제1 세라믹기판(201)의 저항발열체(220)가 위치되는 영역에서 열 또는 배열을 형성하도록 관통되는 비아홀 또는 요입되는 단열홈 중 어느 하나의 단열패턴(310)들을 포함하여 구성된다.

상술한 구성의 단열패턴(310)들은 직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지도록 형성될 수 있으며, 원기 둥 또는 다각 기둥 등으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 단열패턴(310)들은 정격 전압 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계될 수 있다. 그리고 상기 단열패턴(310)들의 내부에는 열전도도가 낮은 공기 또는 단열소재 등의 단열충진재가 충진될 수 있다. 상기 단열패턴부(300)는 상기 제1 세라믹 기판(201)의 제작 시 동시에 형성될 수 있다.

상술한 구성의 세라믹 칩 퓨즈(200)는, 저항발열체비아홀(213)에 비아도선이 형되고, 단열패턴부(300)가 형성된 제1 세라믹 기판(201)에 저항발열체(220)를 형성한 후, 제3 기판비아홀(211), 제4 기판비아홀(214) 및 상부에 퓨즈전극(351)과 퓨즈전극(351)에 의해 전기적으로 접속되는 퓨즈(253)가 형성된 제2 세라믹 기판(202)을 적층한 후, 제3 기판비아홀(211), 제4 기판비아홀(214) 및 전극비아홀(252)를 연통되어 형성되는 비아홀에 비아도선 소재의 페이스트를 도포하거나 충진한 후, 저온 동시 소성을 수행하는 것에 의해 일체형의 세라믹 칩 퓨즈(200)로 제작될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예는 상술한 구성의 세라믹 칩 퓨즈(200)를 구비한 충전장치를 제공한다.

상술한 본 발명의 실시예의 상기 칩 퓨즈(100) 또는 세라믹 칩 퓨즈(200)는 충전 중에 과전류가 인가되는 경우에는 충전지와 충전전원 사이에서 충전지와 충전전원과 직렬로 접속된 퓨즈(153, 253)가 과전류에 의해 과열되어 용단이 수행된다.

또한, 상기 칩 퓨즈(100) 또는 세마릭 칩 퓨즈(200)는 충전 중에 과전압이 인가되는 경우에는, 충전지와 충전전원 사이에서 병렬로 접속된 스위칭 소자가 통전되어 저항발열체(120, 220)로 전원이 공급됨으로써 저항발열체(120, 220)가 발열되어 퓨즈(153, 253)가 용단된다. 이 과정에서, 단열패턴부(300)가 저항발열쳬(120, 220)에서 발생한 열이 퓨즈부(150, 250)의 반대로 이동하는 것을 방지하는 것에 의해 퓨즈(153, 253)의 퓨즈(153, 253)로 많은 열이 신속하게 공급되는 것에 의해 퓨즈(153, 253)의 용단 응답 속도를 단축시키는 작용효과를 가진다.

상술한 도 2 내지 도 9의 세라믹 칩퓨즈(100, 200)들은 거꾸로 장착되는 경우, 상기 단열패턴부(300)를 구성하는 단열패턴(310)들의 개방부가 상부로 향하게 되어 열이 대류에 의해 상부로 방출되는 방열 기능을 수행하게 되어 퓨즈(153, 253)의 용단 응답 속도를 단축시키지 못하는 문제점을 가진다.

따라서 본 발명의 다른 실시예의 세라믹 칩 퓨즈(100a, 200a, 도 10 내지 도 17 참조)는 거꾸로 장착되는 경우에도 단열 기능을 수행하여 용단 응답 속도를 단축시킬 수 있도록 단열패턴부(300)의 단열패턴(310)들의 개방부를 차폐하는 단열막(101, 203, 도 10 내지 도 17 참조)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예의 단열막(101)을 구비한 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 사시도이고, 도 11은 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 분해 사시도이며, 도 12는 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 V-V 선을 따라 절단한 후 V 방향에서 본 단면도이고, 도 13은 도 10의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)의 VI-VI 선을 따라 절단한 후 VI 방향에서 본 단면도이다.

도 10 내지 도 13의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a)는 도 2 내지 도 5의 칩 퓨즈(100)의 구성에 부가하여, 단열패턴부(300)들을 구성하는 단열패턴(310)들의 하부 개방부를 차폐하는 단열막(101)을 더 포함하여 구성된다.

그리고 도 14는 본 발명의 다른 실시예의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 사시도이며, 도 15는 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 분해 사시도이고, 도 16은 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 VII-VII 선을 따라 절단한 후 VII 방향에서 본 단면도이며, 도 17은 도 14의 세라믹 칩 퓨즈(200a)의 VIII-VIII 선을 따라 절단한 후 VIII 방향에서 본 단면도이다.

도 14 내지 도 17의 세라믹 칩 퓨즈(200a)는 도 6 내지 도 9의 세라믹 칩 퓨즈(200)의 구성에 부가하여, 단열패턴부(300)들을 구성하는 단열패턴(310)들의 하부 개방부를 차폐하는 단열막(203)을 더 포함하여 구성된다.

상술한 구성에 의해, 본 발명의 다른 실시예의 알루미늄계 기판을 가지는 칩 퓨즈(100a) 또는 세라믹 칩 퓨즈(200a)는 단열패턴(310)들의 개방부가 상부를 향하도록 거꾸로 장착되는 경우에도, 단열막(101 203)이 단열패턴(310)들의 개방부를 막아 열을 가두게 되므로, 퓨즈(153, 253)의 용단 응답 속도를 단축시킬 수 있게 된다.

<실험예>

상술한 본 발명의 실시예에 따른 직경 10 ㎛ 및 높이 180 ㎛ 를 가지는 관통된 비아홀로 형성되고 공기가 충진된 단열패턴(310)들을 4개 및 6개를 가지는 단열패턴부(300)를 구비한 알루미늄계 기판 칩 퓨즈(100)와 세라믹 칩 퓨즈(200)를 제작하였다. 이때, 열전도도는 공기가 0.025 W/mK, Al2O3가 20 W/mK, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramic))이 3 W/mK를 가진다.

비교를 위해 단열패턴부(300)를 가지지 않는 알루미늄계 기판 칩 퓨즈와 저온 동시 소성 세라믹 칩 퓨즈를 제작하였다.

제작된 단열패턴부(300)를 가지는 알루미늄계 기판 칩 퓨즈(100) 및 세라믹 칩 퓨즈(200)와 단열패턴부(300)를 가지지 않는 알루미늄계 기판 칩 퓨즈와 저온 동시 소성 세라믹 칩 퓨즈에 전격 전압을 전원을 인가하고의 퓨즈의 용단 시간을 측정하였다.

실험 결과, 단열패턴부(300)가 형성되지 않은 알루미늄계 칩 퓨즈(100)와 동시 소성 세라믹 기판 세라믹 칩 퓨즈(200)의 경우 퓨즈 용단 시간이 18초로 측정되었다.

반면, 칩 퓨즈(100) 또는 세라믹 칩 퓨즈(200)의 경우에는 단열패턴(310)들을 4개를 형성한 경우의 퓨즈의 용단 시간이 9초 였고, 6개를 형성한 경우에는 퓨즈의 용단 시간이 6초로 현저히 줄어들어 과전류 또는 과전압에 대한 충전회로의 보호 성능이 현저히 향상됨을 알 수 있었다.

이는 공기의 열전도도가 알루미늄계 기판이나 저온 동시 소성 세라믹 기판 보다 현저히 낮은 것에 기인하는 단열패턴부(300)의 단열기능에 의한 작용 효과임을 명백히 알 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 100a: 알루미나 기판 칩 퓨즈
101, 203: 단열막
110: 알루미나 기판
111: 제1 기판비아홀
113: 제2 기판비아홀
115: 제2 기판비아도선
120: 저항발열체
130: 절연막
140: 퓨즈수용부
150: 퓨즈부
151: 퓨즈전극
152: 퓨즈전극비아홀
153: 퓨즈
160: 퓨즈비아도선
200, 200a: 세라믹 칩 퓨즈
210: 세라믹 기판
201: 제 1 세라믹 기판
202: 제 2 세라믹 기판
211: 제 3 기판비아홀
213: 저항발열체비아홀
214: 제 4 기판비아홀
220: 저항발열체
240: 퓨즈수용부
250: 퓨즈부
251: 퓨즈전극
252: 퓨즈전극비아홀
253: 퓨즈
260: 퓨즈비아도선
300: 단열패턴부
310: 단열패턴(비아홀 또는 단열홈)

Claims

기판;
상기 기판의 내부 중앙 영역에 형성되는 단열패턴부;
상기 기판 상의 상기 단열패턴부의 상부 면에 적층 형성되는 저항발열체;
상기 저항발열체의 측면과 상부면에 적층되는 절연막; 및
상기 기판의 상부에서 상기 절연막의 상부에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여,
상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제1항에 있어서, 상기 기판은,
알루미늄계 기판인 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제1항에 있어서, 상기 단열패턴부는,
상기 저항발열체가 위치되는 하부의 상기 기판의 영역에서 관통되는 비아홀 또는 요입되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제1항에 있어서, 상기 단열패턴부는,
과전압 또는 과전류의 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제3항에 있어서, 상기 단열패턴은,
직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지는 관통된 비아홀 또는 단열홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제3항에 있어서, 상기 단열패턴은, 내부에 공기 또는 단열소재 중 어느 하나의 단열충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제3항에 있어서,
상기 기판의 상기 단열패턴들의 개방부가 형성되는 면에 적층 형성되어 상기 개방부를 막는 단열막;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 가지는 칩 퓨즈.
제1항의 칩 퓨즈를 구비한 충전장치.
세라믹 기판;
상기 세라믹 기판의 중앙 하부 영역을 관통하여 형성되는 단열패턴부;
상기 세라믹 기판의 내부에서 상기 단열패턴부의 상부에 위치되도록 내장되는 저항발열체; 및
상기 기판의 상기 저항발열체가 내장된 상부 영역에 위치되는 퓨즈부;를 포함하여,
상기 단열패턴부가 상기 저항발열체의 열이 퓨즈부의 반대 방향으로 이동하는 것을 방지하는 단열기능을 수행하여 상기 퓨즈부의 용단 응답 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제9항에 있어서,
상기 세라믹 기판은 서로 적층되는 제1 세라믹 기판과 제2 세라믹 기판을 포함하고,
상기 제1 세라믹 기판과 상기 제2 세라믹 기판 사이에 상기 저항발열체가 위치되도록 배열되며,
적층 배열된 상기 제1 세라믹 기판과 상기 저항발열체 및 상기 제2 세라믹 기판이 저온 동시 소성되어 상기 세라믹 기판의 내부에 상기 저항 발열체가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제9항에 있어서, 상기 단열패턴부는,
상기 세라믹 기판의 상기 저항발열체의 하부에 위치되는 상기 제1 세라믹 기판 영역에서 하방향으로 관통되는 비아홀 또는 요입 형성되는 단열홈 중 어느 하나로 형성되는 하나 이상의 단열패턴들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제9항에 있어서, 상기 단열패턴부는,
과전압 또는 과전류의 인가 시 상기 퓨즈부재의 용단시간이 4 내지 18초 범위를 가지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제9항에 있어서, 상기 단열패턴은, 내부에 공기 또는 단열소재 중 어느 하나의 단열충진재가 충진되는 것을 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제11항에 있어서, 상기 단열패턴들은,
직경 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 및 높이 170 ㎛ 내지 190 ㎛를 가지는 관통된 비아홀 또는 단열홈으로 형성것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제11항에 있어서,
상기 세라믹 기판의 상기 단열패턴들의 개방부가 형성되는 면에 적층 형성되어 상기 개방부를 막는 단열막;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단열패턴을 구비한 세라믹 칩 퓨즈.
제9항의 세라믹 칩 퓨즈를 구비한 충전장치.