KR20210057638A - 퓨즈소자, 플렉서블 배선기판 및 배터리팩 - Google Patents

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Abstract

[과제] 플렉시블 배선 기판에 형성되는 퓨즈 소자에서 파괴되는 부분이 안정된 동작을 나타내는 퓨즈 소자를 제공한다. 또는 플렉시블 배선 기판에 형성되는 퓨즈 소자 퓨즈 소자 이외의 부분의 기능을 저해하지 않는 안정적인 퓨즈 소자를 제공한다.
[해결수단] 퓨즈소자는 제1필름과 상기 제1필름 위의 절연층과 상기 절연층 위의 제1도전층과 서로 이격되어 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 상기 제1도전층과는 다른 재료 또는 다른 조성비의 패드를 가진다.

Description

퓨즈소자, 플렉서블 배선기판 및 배터리팩{Fuse Elements, Flexible Circuit Boards and Battery Packs}
본 발명의 1실시형태는 퓨즈소자, 플렉서블 배선기판 및 배터리팩에 관한 것이다. 특히 본 발명의 실시형태는 필름상에 형성된 퓨즈소자, 플렉서블 배선기판 및 배터리팩에 관한 것이다.
전기회로에 의도하지 않은 대전류로부터 전기회로에 설치된 각 기능소자를 보호하기 위해 퓨즈소자가 설치되어 있다. 퓨즈 소자는 각 기능소자가 파괴되는 것을 억제하기 위해 일정 이상의 전류가 흐를 경우에 전류를 차단한다. 종래의 프린트배선기판을 이용하여 전기회로를 구성하는 경우, 리드선이 달린 기판 실장용 퓨즈가 이용되고 있었다. 이러한 실장용 퓨즈는 납땜을 이용하여 프린트배선기판에 실장된다.
최근, 예를 들면 차량용 전자 디바이스에서도, 종래의 프린트 배선기판을 대신해 플렉서블 배선기판을 이용한 전기회로가 개발되고 있다. 플렉서블 배선기판은 기재가 가요성을 가진 필름상에 배선 및 기능소자를 형성할 수 있기 때문에 종래의 프린트배선기판에 비해 얇고 구부릴 수 있다. 플렉서블 배선기판상에 퓨즈 소자를 형성하는 경우, 예를 들면 특허문헌 1에 나타나듯이 플렉서블 기판상에 칩 퓨즈가 형성되어 있었다. 특허문헌 1에서는, 땜납에 의해서 칩 퓨즈가 플렉서블 기판상에 실장되어 있다. 그러나, 예를 들면 차량용의 전자 디바이스에서는, 차량의 주행중에 있어서의 진동이나 열등에 의한 스트레스로 인해 칩 퓨즈가 플렉서블 배선기판에서 탈리해 버리는 문제가 생기고 있었다. 이러한 문제를 해소하기 위해서, 특허문헌 2에 나타내듯이, 플렉서블 배선 기판상에 형성되는 도전층의 패턴에 의해서 퓨즈 소자를 실현하는 기술이 개발되고 있다.
[특허문헌 1]특개 2019-033090호 공보 [특허문헌 2]특개 2017-204525호 공보
특허문헌 2에 기재된 퓨즈 소자는 도전층에 흐르는 전류에 의해 발생하는 줄(joule)열로 도전층이 용융한다. 이 도전층의 용융에 의해서 퓨즈 소자가 파괴되어 전류를 차단한다(즉, 용단한다). 그렇지만, 특허문헌 2에 기재된 구성의 퓨즈 소자에서는, 과전류에 의해서 파괴되는 부분이 안정되지 않는다고 하는 문제가 생기고 있었다. 게다가 특허문헌 2에 기재된 구성의 퓨즈 소자에서는, 파괴 시에 발생하는 스파크에 의해서 비산한 도전층의 재료에 기인하여, 절연되어 있던 배선간이 단락되는 문제나, 해당 스파크에 의해서 퓨즈 소자 이외의 부분이 파손되는 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로 플렉서블 배선기판에 형성되는 퓨즈소자에서 파괴되는 부분이 안정된 동작을 나타내는 퓨즈소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 플렉서블 배선기판에 형성되는 퓨즈 소자에 있어서, 퓨즈 소자 이외의 부분의 기능을 해치지 않는, 신뢰성이 높은 퓨즈 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 실시형태에서의 퓨즈소자는 제1필름과 상기 제1필름 위의 절연층과 상기 절연층 위의 제1도전층과 전기적으로 접속되어 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 가진다.
본 발명의 실시형태에서의 퓨즈소자는 제1필름과 상기 제1필름 위의 절연층과 상기 절연층 위의 제1도전층과 전기적으로 접속되어 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 2가지 패드를 가진다.
상기 제1도전층은 상기 패드보다 저항이 낮아도 좋다.
상기 제1도전층은 상기 패드보다 융점이 낮아도 좋다.
상기 제1도전층은 은 및 구리를 포함하고, 상기 패드는 구리를 포함해도 된다.
상기 제1도전층 및 상기 패드는 은 및 동을 포함해도 된다.
상기 제1도전층에서 은의 비율은 상기 패드의 은의 비율보다 커도 좋다.
상기 패드는 서로 격리되어 최소한 2개가 설치되며, 2개의 상기 패드는 제1방향으로 나열되며, 상기 제1방향으로 직교하는 제2방향에서 상기 제1도전층의 폭은 상기 패드의 폭보다 작아도 된다.
상기 제1도전층은, 상기 제1방향에 따라서 제1영역 및 제2영역을 갖추어 상기 제2방향에서, 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 단계적으로 작아져도 된다.
본 발명의 실시형태에서 퓨즈소자는 제1필름과 상기 제1필름 위의 절연층과 상기 절연층 위의 제1도전층과 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 제1방향으로 서로 이격된 최소 2개의 패드와 상기 제1도전층은 상기 제1방향에 따라 제1영역 및 제2영역을 갖추고, 상기 제1방향에 직교하는 제2방향에 있어서, 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 점진적으로 작아진다.
상기 제1필름은 PCT(Poly Cyclohexylene dimethylene Terephthalate)를 포함해도 된다.
상기 절연층은 무기 절연층이라도 좋다.
상기 무기절연층은 산화실리콘, 질화실리콘 및 산화하프늄 중 하나 또는 산화실리콘, 질화실리콘 및 산화하프늄 중 2개 이상의 적층을 포함해도 된다.
상기 절연층과 상기 제1필름 사이의 프라이머층을 더욱 가져도 된다.
본 발명의 실시형태에서의 플렉서블 배선기판은 제1필름, 상기 제1필름 상의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 갖춘 퓨즈소자와 전기적으로 접속된 제2도전층과는 다른 재료의 패드를 갖춘 퓨즈소자를 가진다.
본 발명의 실시형태에서의 플렉서블 배선기판은 제1필름, 상기 제1필름 상의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 패드를 갖춘 퓨즈소자와 상기 패드에 전기적으로 접속된 제2도전층과 상기 제2도전층 위의 제2필름을 가진다.
상기 패드 및 상기 제2도전층은 구리를 포함하고 있으며, 상기 패드의 구리의 비율은 상기 제2도전층의 구리의 비율보다 작아도 된다.
본 발명의 1실시형태에서의 플렉서블 배선기판은 제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 제1방향으로 서로 이격된 적어도 2개의 패드를 갖추며, 상기 제1도전층은 상기 제1방향으로 제1영역 및 제2영역을 갖추어, 상기 제1방향에 직교하는 제2방향에서 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 단계적으로 작아지는 퓨즈 소자와, 상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과 상기 제2도전층 상에 제2필름이 있다.
상기 패드와 상기 제2도전층간의 도전성 접착층을 한층 더 가져도 된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서 배터리 팩은 배터리와 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시 회로를 갖는 배터리 관리 시스템, 및 상기 배터리 및 상기 배터리 관리 시스템에 접속된 플렉시블 배선 기판을 가지고 있으며, 상기 플렉시블 배선 기판은 제1필름, 상기 제 1필름 위에 절연층, 상기 절연층 상에 제 1도전 층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 연결되고, 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 갖춘 퓨즈 소자와, 상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과 상기 제2도전층 상에 제2필름을 구비하고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 제2필름 상에 설치되어 상기 감시 회로는 상기 제2도전층에 연결되어있다.
본 발명의 실시형태에서 배터리팩은 배터리와 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시회로를 갖는 배터리 관리시스템과, 상기 배터리 및 상기 배터리 관리시스템에 접속된 플렉서블 배선기판을 가지고 있으며, 상기 플렉서블 배선기판은 제1필름, 상기 제1필름 상의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되고, 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 패드를 갖춘 퓨즈소자와, 상기 패드에 전기적으로 접속된 제2도전층과, 상기 제2도전층 위의 제2필름을 갖추고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 제2필름 상에 설치되어 있으며, 상기 감시회로는 상기 제2도전층에 접속되어 있다.
본 발명의 한 실시형태에서의 배터리팩은 배터리와 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시회로를 가진 배터리 관리시스템과 상기 배터리 및 상기 배터리 관리시스템에 접속된 플렉서블 배선기판을 가지고 있으며, 상기 플렉서블 배선기판은 제1필름, 상기 제1필름 상의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 연결된 제1방향으로 서로 이격된 적어도 2개의 패드를 구비하고, 상기 제1도전층은 상기 제1방향을 따라 제1영역 및 제2영역을 구비하고, 상기 제1방향에 직교하는 제2방향에 있어서, 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 점진적으로 작아지는 퓨즈 소자와, 상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과 상기 제2도전층 상에 제2필름을 구비하고, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 제2필름 상에 설치되고 상기 감시 회로는 상기 제2도전층에 연결되어있다.
전기 배터리팩은 전기자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에 이용된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 플렉서블 배선기판에 형성되는 퓨즈소자에서 파괴되는 부분이 안정된 동작을 나타내는 퓨즈소자를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 플렉서블 배선기판에 형성되는 퓨즈소자에 있어서, 퓨즈소자 이외의 개소의 기능을 해치지 않는, 신뢰성이 높은 퓨즈소자를 제공할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 단면도이다.
[도 2] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 평면도이다.
[도 3] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
[도 4] 본 발명의 1실시형태의 변형예에 관한 퓨즈소자의 평면도이다.
[도 5] 본 발명의 1실시형태의 변형예에 관한 퓨즈소자의 제1도전층의 막두께 프로파일을 나타내는 도이다.
[도 6] 비교예에 관한 퓨즈소자는 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈소자의 제1도전층에 상당하는 층의 막두께 프로파일을 나타내는 도이다.
[도 7] 본 발명의 1실시형태의 변형예에 관한 퓨즈소자의 평면도이다.
[도 8] 본 발명의 1실시형태의 변형예에 관한 퓨즈소자의 평면도이다.
[도 9] 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다.
[도 10] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 단면도이다.
[도 11] 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다.
[도 12] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 단면도이다.
[도 13] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 평면도이다.
[도 14] 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다.
[도 15] 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자를 적용하는 BMS의 기능 블록도이다.
[도 16] 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈소자를 적용하는 배터리팩의 단면도이다.
[도 17] 본 발명의 실시형태와 관련된 배터리팩의 적용 예를 나타낸 도이다.
[도 18] 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈 소자에서 파괴된 후의 상태를 나타내는 광학현미경 사진이다.
[도 19] 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈 소자에서 파괴된 후의 상태를 나타내는 광학현미경 사진이다.
[도 20] 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈 소자에서 파괴된 후의 상태를 나타내는 광학현미경 사진이다.
이하에 본 발명의 각 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 개시는 어디까지나 일례에 지나지 않는다. 즉, 당업자가 발명의 주지를 유지하면서 적절히 변경함으로써 용이하게 상상할 수 있는 구성은 당연히 본 발명의 범위에 포함되는 구성이다. 도면은 설명을 보다 명확히 하기 위해 실제의 양태에 비해 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해 모식적으로 표시되는 경우가 있다. 그러나 이것들은 어디까지나 일례로서, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또, 본명세서와 각 도에 대해, 기출한 도에 관해서 전술한 것과 같은 요소에는, 동일한 부호 뒤에 대문자의 알파벳을 붙여, 상세한 설명을 적당히 생략할 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 제1부재 위에 제2부재가 배치된 양태를 표현할 때 단순히 "상" 또는 "상방"이라고 표기하는 경우, 특별히 양자가 배치되는 경우와 제1부재의 상방에, 한층 더 다른 제3부재를 통해 제2부재가 배치되는 경우와 양쪽을 포함하는 것으로 정의된다. 또, 본 명세서에서 설명하는 구성의 상하가 반전되어도 좋다.
본 명세서에서 "α는 A, B 또는 C를 포함한다”, "α는 A, B 및 C 중 어느 하나를 포함한다”, "α는 A, B 및 C로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나를 포함한다”라는 표현은 특별히 명시가 없는 한, α가 A~C의 복수의 조합을 포함하는 경우를 배제하지 않는다. 더욱이 이들 표현은 α가 다른 요소를 포함하는 경우도 배제하지 않는다.
또한 다음 각 실시형태는 기술적인 모순이 발생하지 않는 한 서로 조합할 수 있다.
〈제1 실시 형태〉
[퓨즈 소자 10의 구성]
도 1~도 3을 이용하여 제1실시형태와 관련된 퓨즈 소자 10의 구성에 대해 설명한다. 아래에 설명하는 것처럼, 퓨즈 소자 10은 필름상에 도전층(금속층)이 형성된 구성의 퓨즈이므로, MOF(Metal On Film) 퓨즈라고 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 단면도이다. 도 1과 같이 퓨즈소자10은 제1필름100, 절연층110, 제1도전층120 및 패드130을 가진다. 절연층 110은 제1필름 100 위에 설치됐다. 제1도전층 120은 절연층 110 위에 설치되었다. 절연층 110은 제1도전층 120에 접해 있다. 바꿔 말하면, 제1도전층 120은 절연층 110에 의해 덮여 있다. 패드130은 절연층110 및 제1도전층120의 각각 위에 설치되어 있다. 패드 130은 여러 개 설치되며 서로 떨어져 배치돼 있다. 제1도전층 120은 각각의 패드 130에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 패드 130은 제1도전층 120의 단부에 설치되어 있으며, 제1도전층 120의 측벽 및 윗면에 접하고 있다. 단, 패드 130의 위치는 제1도전층 120의 단부에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 평면도이다. 도 2와 같이 패드 130은 2개가 설치되어 있으며, 2개의 패드 130은 D1 방향으로 나란히 배치되어 있다. D1방향으로 직교하는 D2방향에서 제1도전층 120의 폭 w1은 패드 130의 폭 w2보다 작다. 평면시각으로 제1도전층120과 패드130이 겹치는 영역에서 제1도전층120은 폭w1보다 크고 폭w2보다 작은 폭w3을 가진다. [w1/w2]의 비율은 10% 이상 90% 이하이다. 위의 너비 비율은 제1도전층 120의 융점 및 패드 130융점에 기초하여 결정할 수 있다. 제1도전층 120의 폭 w3을 가진 영역의 전부는 평면시각으로 패드 130과 겹쳐져 있다. 단, 제1도전층 120의 폭 w3을 가진 영역의 일부가 평면시각에서 패드130과 겹치지 않아도 된다.
제1도전층 120의 재료와 패드 130의 재료와는 다르다. 또는 제1도전층 120의 조성비와 패드 130의 조성비와는 다르다. 본 실시형태에서 제1도전층 120의 저항은 패드 130의 저항보다 낮다. 또 제1도전층 120의 융점은 패드 130의 융점보다 낮다. 구체적으로는 제1도전층 120은, 은 및 동을 포함한다. 패드 130은 구리를 포함한다. 보다 구체적으로는 제1도전층 120으로서 은 및 동 합금(이하, "AgCu"라 한다)이 이용된다. 예를 들면, 제1도전층 120으로서 Ag:Cu=9:1의 AgCu(공융합금)가 이용된다. 패드 130으로서 구리(Cu)가 이용된다. 예를 들어 패드 130으로서 순도가 90% 이상 99.99%이하의 Cu가 이용된다.
여기서 Cu의 융점은 약 1083℃이다. 이것에 대해서, 상기의 AgCu의 융점은 약 141℃이다. 또, Cu의 전기 저항율은 1.68×10-8[Ωm]이다. 이에 대해 상기 AgCu의 전기저항율은 3.88×10-8[Ωm]이다. 즉, Cu와 AgCu를 비교하면, 전기 저항율을 크게 바꾸지 않고 융점을 내릴 수 있다.
절연층 110으로서 예를 들어 무기 절연층이 이용된다. 구체적으로는 무기 절연층으로 산화 실리콘(SiO2)이 이용된다. 다만, 해당 무기 절연층으로 산화 실리콘 외에도 질화 실리콘(SiN), 산화 하프늄(HfO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 이산화 티타늄(TiO2), 티타늄산 바륨(BaTiO3), 지르콘산 티타늄 옐로(PZT:PbZrTiO3)의 하나, 또는 이들 절연층의 2개 이상의 적층을 사용해도 좋다. 절연층 110으로서 제1필름100보다 딱딱한 재료를 이용할 수 있다.
제1필름100으로 PCT(Poly Cyclohexylene dimethylene Terephthalate)소재의 필름이 이용된다. PCT는 내열성이 높고 내습성이 높아 고온 고습 환경하에서도 수분에 따라 물성이 달라지지 않는 등의 특성을 가지고 있다. 단, 제1필름100의 재료는 PCT에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1필름 100으로서 PET(Poly Ethylene Terepthalate), PI(Poly Imide), PEN(Poly Ethylene Naphthalate) 또는 PPS(Poly phenylene sulfide) 등이 이용되어도 좋다.
이상과 같이 본 실시형태와 관련된 퓨즈소자10에 따르면 패드130의 융점에 비해 제1도전층120의 융점이 낮기 때문에 퓨즈소자10에 과전류가 흘렀을 때 제1도전층120이 우선적으로 용단된다. 따라서 의도하지 않은 곳에서 퓨즈 소자가 파괴되는 것을 억제할 수 있으며, 퓨즈 소자 10의 파괴가 제1도전층 120의 영역에서 발생할 확률을 향상시킬 수 있다. 또한 위의 AgCu는 Cu에 비해서도 충분히 낮은 전기저항률을 가지고 있으므로 파괴되기 전의 퓨즈소자10의 전류손실은 제1도전층 120으로 Cu를 이용했을 경우의 퓨즈소자 전류손실과 큰 차이가 없다.
또한 상기와 같이 제1도전층 120 아래의 제1필름 100으로서 PCT필름이 이용됨으로써 과전류에 의해 제1도전층 120이 용단될 때 스파크가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 스파크에 의해 퓨즈 소자 10 이외의 부분이 파손되는 문제를 억제할 수 있다. 또는 제1도전층 120이 용단될 때 스파크에 의한 제1도전층 120의 비산을 억제할 수 있다. 따라서 절연되어 있던 배선간이 단락되는 문제를 억제할 수 있다.
또한 패드 130은. 은 및 구리를 포함해도 된다. 제1도전층120 및 패드130 양쪽이 은 및 동을 포함할 경우, 제1도전층120의 은의 비율이 패드130의 은의 비율과 달라도 좋다. 각각의 은의 비율이 다른 것으로, 제1 도전층 120의 융점이 패드 130의 융점보다 낮다. 보다 구체적으로는 제1도전층 120 및 패드 130으로서 AgCu가 이용될 경우, 제1도전층 120으로서 Ag:Cu=9:1의 AgCu가 이용되며, 패드 130으로서 Ag:Cu=85:15~15:85의 AgCu가 이용되어도 된다. 즉, 제1도전층 120에 있어서의 은의 비율이, 패드 130에 있어서의 은의 비율보다 커도 좋다. 단, 제1도전층 120과 패드 130의 Ag와 Cu의 비율은 상기 예에 한정되지 않는다. 제1도전층 120의 융점이 패드130의 융점보다도 낮으면 각각의 Ag의 비율은 상기 비율과 달라도 좋다.
또한 본 실시형태에서는 제1도전층 120으로서 AgCu가 이용되고 패드 130으로서 Cu가 사용된 구성을 예시하였으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 제1도전층120의 융점이 패드130의 융점보다 낮으면 제1도전층120 및 패드130으로 상기 조합 이외의 재료가 사용되어도 좋다. 예를 들어 패드 130으로서 Cu, Ag, 금(Au) 또는 알루미늄(Al)이 이용되며, 제1도전층 120으로서 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In), 비스머스(Bi) 중 이들 합금, Cu 또는 Ag과 이들의 합금이 사용되어도 된다.
[퓨즈소자10 제조방법]
도 3을 이용하여 제1실시형태와 관련된 퓨즈소자10의 제조방법에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 하나의 실시형태와 관련된 퓨즈소자의 제조방법을 나타내는 플로차트이다. 도 3과 같이 퓨즈소자10의 제조방법은 제1필름준비(S141), 절연층재료도포(S142), 제1도전층인쇄(S143), 및 패드인쇄(S144)의 단계를 포함한다. 이와 같이 제1도전층 120및 패드 130으로서 메탈을 인쇄에 의해 형성하기 때문에 이들을 메탈인쇄층이라고 할 수 있다. 또한 S142, S143, 및 S144의 각 단계 후에는 경화 처리가 이루어진다. 또한 각 단계 이후에 이루어지는 경화처리로 120°C 20min의 열경화처리가 이루어진다. 단, 경화 처리로서 자외선(UV) 경화 처리가 이루어져도 좋다.
단계 S141에서 PCT소재의 제 1필름 100이 준비된다. PCT 소재의 필름으로서 예를 들면 SK케미칼사의 PCT 필름을 사용할 수 있다. 또는 PCT를 포함하는 용액을 기판상에 도포하여 경화시킴으로써 제 1필름 100을 형성해도 좋다. 도포된 PCT를경화하는 경우 열경화처리를 이용하여 경화처리하여도 되고, UV경화처리를 이용하여 경화시켜도 좋다. 또한 상기와 같이 제 1필름 100으로서 PCT대신에 PI, PET, PEN, PPS등의 소재가 이용되어도 좋다.
단계 S142에서 산화 실리콘을 포함한 용액이 제1필름 100 상에 도포된다. 해당 용액이 제1필름 100 상에 도포된 상태에서 상기 경화 처리가 이루어진다. 이 경화처리에 의해 산화실리콘을 포함한 절연층 110이 형성된다. 또한 위와 같이 절연층 110을 형성하기 위한 용액이 질화실리콘, 산화하프늄, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화티타늄, 티타늄산바륨, 지르콘산티타늄산연을 포함해도 된다. 또한 도포 대신 물리증착법(PVD; Physical Vapor Deposition) 또는 화학증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)을 사용하여 절연층 110을 형성해도 된다. PVD로서 스패터링법, 진공증착법 및 이온빔 증착법 등을 이용해 절연층 110을 성막해도 된다. CVD로서 플라즈마CVD, 열CVD, 원자층퇴적(ALD;Atomic Layer Deposition) 및 유기금속기상성장법(MOCVD) 등을 이용하여 절연층 110을 성막해도 된다.
단계 S143으로, 인쇄법에 의해서 AgCu 잉크를 제1필름 100 상에 형성한다. 인쇄되는 AgCu 잉크로써, 예를 들면 Ag:Cu=9:1의 AgCu 잉크가 이용된다. AgCu 잉크로 폴리에스테르를 포함한 용매를 이용할 수 있다. AgCu 잉크는 AgCu 합금이 용매에 용해된 것이어도 좋고, Ag 및 Cu가 각각 용매에 용해된 것이어도 된다. 또, AgCu 잉크는, AgCu 합금의 나노 입자를 포함한 잉크이어도 좋고, Ag나노 입자 및 Cu나노 입자를 개별적으로 포함하는 잉크이어도 된다. 또한 제1도전층 120의 패턴 형성은, 마스크를 이용해 행해져도 좋고, 잉크젯을 이용해 행해져도 좋다. 예를 들어 제1도전층 120의 패턴형성방법으로서 스크린인쇄(실크인쇄), 오프셋인쇄, 그라비아인쇄 등의 유판식 인쇄방법이나 잉크젯방식, 정전방식, 열전사방식, 레이저방식 등의 무판식 인쇄방법을 이용할 수 있다. 제1도전층 120의 패턴을 형성한 후에, 상기의 방법에 의해 제1도전층 120의 패턴이 형성된 후 상기 경화 처리가 이루어진다.
단계 S144로 인쇄법에 따라 Cu잉크를 제1필름 100상 및 제1도전층 120상에 형성한다. 인쇄되는 Cu잉크로 예를 들어 순도가 90% 이상 99.99% 이하인 Cu입자를 포함한 Cu잉크가 사용된다. Cu잉크로서 폴리에스테르를 포함한 용매를 이용할 수 있다. Cu잉크는 Cu가 용매에 용해된 잉크이어도 되고, Cu의 나노입자를 포함한 잉크이어도 된다. 또한 패드 130의 패턴 형성은 마스크를 사용하여 실시되어도 좋고 잉크젯을 사용하여도 된다. 위의 방법에 의해 패드 130의 패턴이 형성된 후에 위의 경화처리가 이루어진다.
위와 같이 S141~S144의 단계에 따라 퓨즈 소자 10을 형성할 수 있다. 또, 상기 제조방법에서는 각각의 단계 후에 경화처리를 하는 제조방법을 예시했지만, 이 제조방법에 한정되지 않는다. 예를 들어 적어도 2개의 단계 후에 그 단계로 형성된 부재를 한꺼번에 경화처리해도 된다. 또한 각 단계 후에 상기 경화처리(이하, 본 경화처리라 한다)보다 약한 가경화처리를 실시하고, 적어도 2개의 단계 후에 이들 단계에서 형성된 부재를 정리하여 본 경화처리를 해도 된다. 여기서 본 경화처리보다 약한 가경화처리란 예를 들어 본 경화처리가 120℃ 20min의 열경화처리라면 120℃ 미만 또는 20min 미만의 열처리를 의미한다. 또는 본 경화처리가 UV경화처리라면 가경화처리의 조도 또는 조사시간은 본 경화처리의 조도 또는 조사시간보다 약하거나 짧은 것을 의미한다.
이상과 같이, 본 실시형태와 관련된 퓨즈소자10의 제조방법에 따르면, 제1필름상에 도포 또는 인쇄법에 따라 절연층 110, 제1도전층 120 및 패드 130을 형성할 수 있다. 따라서, 포토 리소그래피와 같은 고비용의 패터닝을 필요로 하지 않고, 저비용으로 패터닝을 실시할 수 있다.
[제1실시 형태의 변형 예]
도 4~도 8을 이용하여 본 실시 형태의 변형 예에 대해 설명한다. 도 4~도 8은 본 발명의 1실시형태의 변형예와 관련된 퓨즈소자의 평면도이다. 도 4~도 8에 나타난 퓨즈소자 10A~10C는 도 2에 나타난 퓨즈소자 10과 유사하지만, 각각 제1도전층 120A~120C의 패턴이 도 2의 제1도전층 120의 패턴과 다르다. 이하의 설명에서, 도 2와 같은 특징에 대해서는 설명을 생략하고, 도 2와의 차이점에 대해 설명한다.
도 4에 나타난 퓨즈소자10A는 평면시에서 패드130A와 겹치지 않는 영역의 제1도전층 120A의 D2방향의 폭이 장소에 따라 다르다. 구체적으로는, 제1도전층 120A는 제1 영역 151A 및 제2 영역 153A를 가지고 있다. 제1영역 151A의 제1도전층 120A는 D2방향으로 폭 w5를 가지고 있다. 제2영역 153A의 제1도전층 120A는 D2방향으로 폭 w4를 가지고 있다. 폭 w5는 폭 w4보다 작다. 상기의 구성을 바꾸어 말하면, 제1도전층 120A의 D2방향의 폭은, 제2영역 153A에서 제1영역 151A를 향해 단계적으로 작아지고 있다.
상기와 같이 제1도전층 120A의 D2방향의 폭이 제2영역 153A에서 제1영역 151A를 향해 단계적으로 작아지고 있어 과전류에 의한 용단이 제1영역 151A에 집중된다. 따라서 고확률로 퓨즈 소자 10A의 용단을 제1영역 151A에서 발생시킬 수 있다. 특히 제1영역 151A와 제2영역 153A와의 경계 부근에서 용단이 일어날 확률이 향상된다. 위와 같이 퓨즈소자10A가 제1도전층 120A의 D2방향 폭이 단계적으로 작아지는 형상을 가지고 있음으로써 해당 폭이 연속적으로 작아지는 형상에 준하여 용단이 일어나는 위치를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈소자의 제1도전층의 막두께 프로파일을 나타내는 도이다. 도 5의 막두께 프로파일 121A는 제1도전층 120A로서 Ag:Cu=9:1 비율의 AgCu가 이용되었을 경우의 막두께 프로파일이다. 도 5의 평면도는 도 4의 제1도전층 120A만을 나타낸 평면도이다. 도 5의 막두께 프로파일 121A는 도 5의 평면도에서의 A-A'선에 따라 A에서 A'를 향해 스캔하여 측정한 막두께 프로파일이다. 즉, 도 5의 막두께 프로파일은 D2방향의 폭이 w5인 제1영역 151A에서의 제1도전층 120A의 막두께 프로파일이다. 바꿔 말하면, 도 5의 막두께 프로파일은, 퓨즈 소자 10A 중 용단되는 영역의 막두께 프로파일이다. 도 5와 같이 제1도전층 120A는 그 패턴단부에 막두께 피크123A, 125A를 가지며 양단부에서 안쪽을 향해 오목형상 127A를 가지고 있다.
도 6은 비교예에 관한 퓨즈소자에서 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈소자의 제1도전층에 상당하는 층의 막두께 프로파일을 나타내는 도이다. 도6의 막두께 프로파일 121Z는 제1도전층 120Z로서 Cu가 이용되었을 경우의 막두께 프로파일이다. 도6의 평면도는 비교 예와 관련된 퓨즈 소자 10Z의 평면도이다. 도 6의 막두께 프로파일은 도 6의 평면도에서의 B-B'선에 따라 B에서 B'를 향해 스캔하여 측정한 막두께 프로파일이다. 도6에 나타난 바와 같이 Cu로 구성된 제1도전층 120Z는 도5의 제1도전층 120A와는 달리 패턴단부에 막두께 피크를 가지고 있지 않으며 대략 직사각형형태임이 확인된다.
본 실시형태와 관련된 퓨즈소자 10A에서 제1도전층 120A가 상기와 같은 막두께 프로파일을 가짐으로써 제1도전층 120A에서 용단이 발생할 확률을 보다 향상시킬 수 있다.
도 7에 나타난 퓨즈소자10B는 도4의 퓨즈소자10A와 마찬가지로 평면시각에서 패드130B와 겹치지 않는 영역의 제1도전층 120B의 D2방향의 폭이 장소에 따라 다르다. 구체적으로는 제1도전층 120B는 제1영역 151B, 제2영역 153B 및 제3영역 155B를 가지고 있다. 제1영역 151B의 제1도전층 120B는 D2방향으로 폭 w8을 가지고 있다. 제2영역 153B의 제1도전층 120B는 D2방향으로 폭 w7을 가지고 있다. 제3영역 155B의 제1도전층 120B는 D2방향으로 폭 w6을 가지고 있다. 제1영역 151B에 인접한 패드 130B와 평면시각으로 겹치는 제1도전층 120B는 D2방향에 폭 w9를 가진다. 폭 w9는 폭 w3보다 작다.폭 w8은 폭 w7보다 작고 폭 w7은 폭 w6보다 작다. 위의 구성을 바꾸어 말하면 제1도전층 120B의 D2방향의 폭은 제3영역 155B에서 제1영역 151B를 향해 단계적으로 작아지고 있다. 또한 제1 도전층 120 B는, D2 방향의 한쪽의 끝부분만(도 7의 하방의 끝부분)이 제3 영역 155 B로부터 제1 영역 151 B를 향해 단계적으로 작아지고 있다. 도7의 예에서는 2개의 패드130B의 크기는 같지만, 제1영역 151B에 인접한 패드130B는 다른 쪽의 패드130B보다 작아도 된다.
상기와 같이 제1도전층 120B의 D2방향 폭이 제3영역 155B에서 제1영역 151B를 향해 단계적으로 작아지고 있어 과전류에 의한 용단이 제1영역 151B에 집중된다. 게다가 단차부가 제1도전층 120B의 D2방향의 한쪽 끝에만 형성되어 있기 때문에, 제1영역 151B의 단차부가 형성되어 있는 측에서 용단이 일어날 확률이 향상된다. 따라서 용단이 발생하는 위치를 더 제어할 수 있다.
도 8에 나타난 퓨즈소자10C는 도 4의 퓨즈소자10A와 마찬가지로 평면시각에서 패드130C와 겹치지 않는 영역의 제1도전층 120C의 D2방향 폭이 장소에 따라 다르다. 구체적으로는 제1도전층 120C는 제1영역 161C, 제2영역 163C, 제3영역 165C, 제4영역 167C 및 제5영역 169C를 가지고 있다. 제1영역 161C, 제3영역 165C 및 제5영역 169C의 각각의 제1도전층 120C는 D2방향으로 폭 w10을 가지고 있다. 제2영역 163C 및 제4영역 167C의 각각의 제1도전층 120C는 D2방향으로 폭 w11을 가지고 있다. 폭 w11은 폭 w10보다 작다. 위의 구성을 바꾸어 말하면, 제1도전층 120C의 D2방향 폭은 제1영역 161C에서 제2영역 163C를 향해 단계적으로 작아지고 있으며, 제5영역 169C에서 제4영역 167C를 향해 단계적으로 작아지고 있다. 한편 제1도전층 120C의 D2방향의 폭은 제2영역 163C에서 제3영역 165C를 향해 및 제4영역 167C에서 제3영역 165C를 향해 단계적으로 커지고 있다.
상기 구성을 가짐으로써 과전류가 흘렀을 때 제1도전층 120C의 D2방향 폭이 w10에서 w11로 작아지는 곳에서 용단이 발생하기 쉬워진다. 즉, 제 1영역 161C, 제 2영역 163C, 제 3영역 165C, 제 4영역 167C및 제 5영역 169C의 각각의 경계 부근에서 용단이 일어날 확률이 향상된다. 또한 도 8의 구성에 따르면 위의 용단이 발생할 확률이 높은 곳을 복수 형성할 수 있으므로 제 1도전층 120C에서 용단이 발생할 확률을 향상시킬 수 있다.
도 8에서는 제 1영역 161C, 제 3영역 165C및 제 5영역 169C의 각각이 폭 w10인 구성을 예시했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 제 1영역 161C, 제 3영역 165C및 제 5영역 169C의 각각의 폭이 달라도 좋다. 또한, 제 2영역 163C및 제 4영역 167C의 각각이 폭 w11인 구성을 예시했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 제 2영역 163C및 제 4영역 167C의 각각의 폭이 달라도 좋다. 제 1영역 161C와 제 3영역 165C에 의해 낀 제 2영역 163C의 폭이 제 1영역 161C및 제 3영역 165C의 각각의 너비보다 작으면 된다. 마찬가지로, 제 5영역 169C와 제 3영역 165C에 의해서 낀 제 4영역 167C의 폭이, 제 5영역 169C및 제 3영역 165C의 각각의 폭보다 작으면 된다.
도 4, 도 7, 및 도 8과 같이 평면시각에서 패드 130A, 130B, 130C와 겹치지 않는 영역에서 제 1도전층 120A, 120B, 120C에서 D2방향의 폭이 다른 곳보다 작은 영역(도 4에서의 폭 w5의 영역, 도 7에서의 폭 w8의 영역, 도 8에서의 폭 w11의 영역)을 가진 구성의 경우이며, 제 1도전층 120및 패드 130 모두가 은 및 동을 포함하는 경우, 제 1 도전층 (120)의 은과 구리의 비율이 패드 130의 은과 구리의 비율과 같을 수 있다. 예를 들어 제 1도전층 120및 패드 130으로서 Ag:Cu=9:1의 AgCu가 이용되어도 좋다. 이 경우 D2방향의 폭이 다른 곳보다 작은 영역(폭 w5, 폭 w8, 폭 w11의 영역)에서 용단을 발생시킬 수 있다.
〈 제 2실시 형태 〉
[플렉서블 배선기판 20D의 구성]
도 9를 이용하여 제 2실시형태와 관련한 플렉서블 배선기판 20D의 구성에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다. 도 9에 나타난 플렉서블 배선기판 20D는 제 2도전층 210D가 형성된 제 2필름 200D상에 도 1과 같은 퓨즈소자 10D를 접속한 것이다. 이하의 설명에서, 도 1과 같은 특징에 대해서는 설명을 생략하고, 도 1과의 차이점에 대해 설명한다. 제 2필름 200D는 가연성이 있는 기판이다. 제 2도전층 210D는 제 2필름 200D상에 설치된 배선이다.
도 9에 나타난 것과 같이 2개의 패드 130D는 각각 다른 제 2도전층 210D에 전기적으로 접속되어 있다. 2개의 제2도전층 210D는 모두 제2필름 200D 아래에 설치되어 있다. 제2필름 200D 아래에는 제2도전층 210D 외에도 서미스터 소자 220D, 트랜지스터 등의 스위칭 소자 230D 및 용량 소자 240D 등의 기능 소자가 설치되어 있다. 이들 기능 소자는 패드 211D를 통해 제2도전층 210D에 전기적으로 접속되어 있다. 상기와 같이 플렉서블 배선기판 20D는 퓨즈소자 외에 상기와 같은 기능소자를 갖추어 원하는 기능을 가진 회로를 구성할 수 있다.
패드 211D는 패드 130D와 같은 공정으로 형성할 수 있다. 즉, 패드 211D의 구성과 패드 130D의 구성은 같아도 된다. 서미스터 소자 220D, 스위칭 소자 230D 및 용량 소자 240D는 제1필름 100D상에 형성된 도전층, 절연층 및 반도체층으로 구성되어 있다. 예를 들어 제1필름 100D상에 인쇄법을 이용해 이들 층을 형성할 수 있다. 단, 이들 기능소자가 리드선이 있는 기판 실장용 소자이어도 된다.
본 실시형태에서는 서미스터 소자 220D와 스위칭 소자 230D 사이에 퓨즈 소자 10D가 설치되어 있다. 퓨즈 소자 10D에 과전류가 흐르면 퓨즈 소자 10D의 제1 도전층 120D가 용단돼 서미스터 소자 220D와 스위칭 소자 230D가 절연된다. 단, 상기 구성은 하나의 예이며, 퓨즈 소자 10D의 위치는 상기 구성에 한정되지 않는다.
이상과 같이, 제2 실시 형태와 관련되는 플렉서블 배선 기판 20 D에 의하면, 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 플렉서블 배선기판 20 D의 퓨즈 소자로서 퓨즈 소자 10 및 10A~10C의 각각을 이용할 수 있다. 플렉서블 배선기판 20D에서는 퓨즈 소자를 박막으로 형성할 수 있어 박막의 플렉서블 배선기판을 실현할 수 있다.
〈제3실시형태〉
[퓨즈소자10E의 구성]
도 10을 이용하여 제3실시형태와 관련된 퓨즈소자10E의 구성에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 1실시형태와 관련된 퓨즈소자의 단면도이다. 도 10에 나타난 퓨즈소자10E는 도1의 퓨즈소자10과 유사하나 제1필름100E와 절연층110E 사이에 프라이머층170E가 설치되어 있다는 점에서 퓨즈소자10과 상이하다. 이하의 설명에서, 도 1과 같은 특징에 대해서는 설명을 생략하고, 도 1과의 차이점에 대해 설명한다.
프라이머층 170E는 제1필름 100E와 절연층 110E와의 밀착성을 향상시키기 위해 설치된다. 프라이머층 170E로서 아크릴계 수지, 에틸렌초산비닐계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지를 이용할 수 있다. 제1필름100E상에 프라이머층 170E를 형성하기 전에 제1필름100E 표면에 UV조사처리 또는 플라즈마처리를 해도 된다. 특히 제1필름100E로서 PCT가 사용될 경우 PCT는 화학적으로 매우 안정적이므로 PCT상에 절연층 110E 등의 막을 형성하기가 매우 어렵다. 즉, PCT와 절연층 110E와의 밀착성이 나쁘다. 따라서 PCT상에 프라이머층 170E를 형성하고 그 프라이머층 170E 위에 절연층 110E를 형성함으로써 PCT와 절연층 110E의 밀착성이 좋지 않음을 개선할 수 있다. 또한 프라이머층 170E를 형성하기 전에 UV조사처리 또는 플라즈마 처리를 함으로써 PCT와 프라이머층 170E와의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 제3실시 형태와 관련되는 퓨즈 소자 10E에 의하면, 제1실시 형태와 관련되는 퓨즈 소자 10과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 퓨즈 소자 10E의 구성에 퓨즈 소자 10 및 10A~10C의 각각의 구성을 적용할 수 있다.
〈제4 실시 형태〉
[플렉서블 배선기판 20F의 구성]
도 11을 이용하여 제4실시형태와 관련한 플렉서블 배선기판 20F의 구성에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다. 도11에 나타난 플렉서블 배선기판20F는 도9에 나타난 플렉서블 배선기판20D와 유사하지만 도10과 마찬가지로 제1필름100F와 절연층110F 사이에 프라이머층170F가 설치되어 있는 점 및 패드130F, 211F와 제2도전층210F 사이에 도전성 접착층190F가 설치되어 있는 점에서 플렉서블 배선기판20D와 다르다. 이하의 설명에서, 도 9와 같은 특징에 대해서는 설명을 생략하고, 도 9와의 차이점에 대해 설명한다.
도 10의 퓨즈소자10E의 프라이머층 170E와 마찬가지로 프라이머층 170F는 제1필름100F와 절연층 110F와의 밀착성을 향상시키기 위해 설치된다. 프라이머층 170F로서 상기 프라이머층 170E와 같은 재료를 이용할 수 있다. 또한 프라이머층 170F를 형성하기 전에 제1필름 100F의 표면에 UV조사처리 또는 플라즈마처리를 해도 된다.
도 11에 나타난 바와 같이 패드130F와 제2도전층 210F 사이에 도전성 접착층 190F가 설치되었다. 도전성 접착층 190F는 각 패드(130F, 211F)에 대해 개별적으로 설치되어 있다. 단, 도전성 접착층 190F가 막두께 방향에만 도전성을 갖는 이방성 도전막일 경우에는 도전성 접착층 190F는 제2필름 200D의 하면에 복수의 패드(130F, 211F)에 연속적으로 설치되어 있어도 된다.
이상과 같이, 제4실시형태와 관련되는 플렉서블 배선기판 20F에 의하면, 제2실시형태와 관련되는 플렉서블 배선기판 20D와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 플렉서블 배선기판 20 F의 퓨즈 소자로서 퓨즈 소자 10 및 10A~10C의 각각을 이용할 수 있다. 퓨즈 소자를 박막으로 형성할 수 있어 박막의 플렉서블 배선기판을 실현할 수 있다.
〈제5 실시 형태〉
[퓨즈 소자 10G의 구성]
도 12를 이용하여 제5실시형태와 관련된 퓨즈소자 10G의 구성에 대해 설명한다. 도12는 본 발명의 하나의 실시형태와 관련된 퓨즈 소자의 단면도이다. 도12에 나타난 퓨즈소자10G는 도1의 퓨즈소자10과 유사하지만 제1도전층120G와 패드130G 사이에 제3도전층180G가 설치되어 있다는 점에서 퓨즈소자10과 상이하다. 이하의 설명에서, 도 1과 같은 특징에 대해서는 설명을 생략하고, 도 1과의 차이점에 대해 설명한다.
도 12에 나타난 바와 같이 퓨즈소자10G는 제1도전층120G 및 패드130G에 더해 제1도전층120G와 패드130G 사이에 제3도전층180G를 가지고 있다. 패드 130G의 재료, 제3도전층 180G의 재료 및 제1도전층 120G의 재료 각각은 다르다. 또는 패드 130G의 조성비, 제3도전층 180G의 조성비 및 제1도전층 120G의 조성비는 다르다. 실시형태에서 제1도전층 120G의 저항은 제3도전층 180G의 저항보다 낮다. 제3도전층 180G의 저항은 패드 130G의 저항보다 낮다. 또 제1도전층 120의 융점은 제3도전층 180G의 융점보다 낮다. 제 3 도전층 180G의 융점은 패드 130G의 융점보다 낮다.
구체적으로는 예를 들어 패드 130G가 Cu이고, 제3도전층 180G가 Ag:Cu=85:15~15:85의 AgCu이며, 제1도전층 120G가 Ag:Cu=9:1의 AgCu라도 좋다. 즉 퓨즈 소자 10G는 패드 130G에서 제1도전층 120G를 향해 서서히 용단하기 쉬운 재료로 바뀌고 있다. 만일 제1도전층 120G와 패드 130G 사이에 복수의 도전층이 설치되어 있는 경우, 패드 130G측에 설치된 도전층보다 제1도전층 120G측에 설치된 도전층이 용단하기 쉬운 재료를 이용할 수 있다. 또한 도12에서는 제3도전층 180G가 제1도전층 120G의 단부에 올라앉아 있으며, 제1도전층 120G의 측벽 및 윗면에 접하는 구성을 예시하였으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1도전층 120G가 제3도전층 180G의 단부에 올라가 있어도 된다. 즉, 제1도전층 120G가 제3도전층 180G의 측벽 및 윗면에 접하고 있어도 된다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시형태와 관련된 퓨즈 소자의 평면도이다. 도 13에 나타난 바와 같이 D2방향에서 패드 130G는 폭 w12를 가지고 있고, 제3도전층 180G는 폭 w13을 가지며, 제1도전층 120G는 폭 w14를 가진다. 폭 w13은 폭 w12보다 작다. 폭 w14는 폭 w13보다 작다.
이상과 같이 제 5실시형태와 관련된 퓨즈소자 10G에 따르면 제 1실시형태와 관련된 퓨즈소자 10과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 퓨즈 소자 10G의 구성에 퓨즈 소자 10, 10A~10C 및 10E의 각각의 구성을 적용할 수 있다.
〈 제 6실시 형태 〉
[플렉서블 배선기판 20H의 구성]
도 14를 이용하여 제 6실시형태와 관련한 플렉서블 배선기판 20H의 구성에 대해 설명한다. 도 14는 본 발명의 1실시형태와 관련된 플렉서블 배선기판의 단면도이다. 도 14에 나타난 플렉서블 배선기판 20H는 도 9및 도 11에 나타난 플렉서블 배선기판 20D, 20F와 유사하지만, 도 12와 마찬가지로 제 1도전층 120H와 패드 130H사이에 제 3도전층 180H가 설치되어 있다는 점에서 플렉서블 배선기판 20D, 20F와 다르다. 그 이외의 점에 대해서는 도 9및 도 11에 나타낸 플렉서블 배선기판 20D, 20F와 같으므로 설명을 생략한다.
제 1필름 100H상에 서미스터 소자 220H, 스위칭 소자 230H및 용량 소자 240H를 형성하는 경우, 각 기능 소자의 용도에 따라 다른 재료의 도전층을 형성하는 경우가 있다. 이러한 경우에, 제 5실시형태에 나타내는 퓨즈소자 10G의 특징을 채우도록 제 1도전층 120H및 제 3도전층 180H를 선택할 수 있다.
이상과 같이, 제6실시형태와 관련되는 플렉서블 배선기판 20H에 의하면, 제2실시형태와 관련되는 플렉서블 배선기판 20D와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 플렉서블 배선기판 20H의 퓨즈소자로서 퓨즈소자10, 10A 10C 및 10E의 각각을 이용할 수 있다. 퓨즈 소자를 박막으로 형성할 수 있어 박막의 플렉서블 배선기판을 실현할 수 있다.
〈제7 실시 형태〉
본 실시형태에서는 제1실시형태~제6실시형태의 퓨즈소자10 및 10A~10H 또는 제2실시형태, 제4실시형태, 제6실시형태의 플렉서블배선기판 20D, 20F, 20H를 차량에 이용하는 경우에 대해 설명한다. 승용자동차 등의 차량, 특히 하이브리드 자동차나 전기자동차 등의 차량에서는 전기시스템에 수백 개의 퓨즈소자를 사용하고 있다. 이러한 퓨즈 소자의 일부에 상기의 퓨즈 소자를 이용할 수 있다. 특히 플렉서블 배선기판상에 설치된 전기회로내에 이용되는 퓨즈소자로서 상기의 퓨즈소자를 이용할 수 있다.
최근 에너지의 효율적인 사용을 위해 전기자동차(EV; Electric Vehicles), 에너지 저장 시스템(ESS; Eergy Storage Systems) 및 인공지능(AI) 서버의 전력 시스템의 중요성이 높아지고 있어 온실효과가스 방출 저감 및 녹색 전력의 산업화가 세계적으로 요구되고 있다. 차량의 배터리는 EV 비즈니스의 성공을 위한 주요 기술이다. 배터리 기술의 발전은, 적용 범위의 증가나 EV의 코스트 저감으로 연결된다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 EV나 ESS에서 배터리의 상태나 신뢰성이 있는 동작을 감시하기 위해 사용되는 중요한 부품이다. BMS는 충전상태(SOC; State Of Charge), 열화상태(SOH; State Of Health), 전력상한평가(PLE; Power Limit Estimate) 등의 배터리 상태를 평가하기 위해 전압, 온도 및 전류를 감시하는 감시회로 801을 갖는다. 배터리의 에너지를 최대한 이용하기 위해서 및 이상 동작으로부터 배터리를 보호하기 위해서 BMS는 모듈이나 팩에 있어서의 배터리 상태를 정확하게 감시할 필요가 있다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시형태와 관련된 퓨즈소자를 적용하는 BMS의 기능 블록도이다. 도 15에 제시한 바와 같이 BMS800은 측정 블록 810, 배터리 알고리즘 블록 820, 용량 평가 블록 830, 셀 균등화 블록 840 및 열관리 블록 850을 가진다. 각 블록의 기능은 감시회로 801에 의해 실현된다. 측정블록 810은 주위 온도뿐만 아니라 배터리 뱅크의 다른 점에서의 셀 전압, 배터리 전류 및 배터리 온도를 저장하고 그것들을 디지털 값으로 변환한다. 배터리 알고리즘 블록 820은 배터리 전압, 전류 및 온도 등의 배터리 변수를 이용해 SOC 및 SOH를 평가한다. 용량평가 블록 830은 배터리의 충전전류 및 방전전전류의 수준에 대해 엔진 컨트롤 유닛(ECU)에 정보를 송신한다. 셀균등화블록 840은 셀전압을 비교하고 셀전압의 최대값과 최소값의 차이를 평가하여 셀밸런싱기술을 이용한다. 열관리 블록 850은 주위 및 배터리의 온도를 측정하고 냉각 동작 또는 가열 동작을 개시해 온도의 이상 상승이 일어났을 때 ECU에 긴급 신호를 송신한다.
BMS800을 과전류, 서지전압 및 정전파괴로부터 보호하기 위해 측정블록 810, 배터리 알고리즘블록 820, 용량평가블록 830, 셀균등화블록 840 및 열관리블록 850의 각 회로에 제1실시형태~제6실시형태의 퓨즈소자10A가 설치된다.
도 16은 본 발명의 실시형태와 관련된 퓨즈소자를 적용하는 배터리팩의 단면도이다. 도 16에 나타난 바와 같이 배터리팩 30J는 플렉서블 배선기판 20J의 상하로 BMS800J 및 배터리 900J가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는 BMS800J가 제2필름200J 위에 설치되어 있으며 배터리 900J가 제1필름100J 아래에 설치되어 있다. 단, BMS800J 및 배터리 900J의 위치가 반대이어도 된다. 또, 플렉서블 배선기판 20J는, 도 9에 나타낸 플렉서블 배선기판 20D와 같은 구성이지만, 이 구성에 한정되지 않는다.
플렉서블 배선기판 20J에 포함된 퓨즈소자 10J는 제2필름 200J에 설치된 제2도전층 210J를 통해 BMS 800J 및 배터리 900J에 전기적으로 접속되어 있다. 제2도전층 210J와 BMS800J는 제2필름 200J의 끝부분의 바깥쪽에 와이어 본딩으로 접속되어도 되며, 제2필름 200J를 관통하는 관통공에 설치된 관통전극으로 접속되어도 된다. 마찬가지로 제2도전층 210J와 배터리 900J는 제1필름 100J의 끝부분 바깥쪽에 와이어 본딩으로 접속되어도 되며, 제1필름 100J를 관통하는 관통공에 설치된 관통전극으로 접속되어도 된다.
도 17은 본 발명의 실시형태와 관련된 배터리팩의 적용 예를 나타낸 도이다. 도17에 나타난 바와 같이 배터리팩 30J는 차량 40J에 탑재된다. 차량 40J로서 전기자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)가 이용된다.
[실시 예]
도 18~도 20을 이용하여 제1실시형태 및 그 변형례와 관련된 퓨즈소자10,10A,10B를 이용하여 퓨즈소자에 전류를 흘려 용단된 실험결과에 대해 설명한다. 도 18~도 20은 본 발명 사례와 관련된 퓨즈 소자에서 파괴된 후 상태를 나타내는 광학현미경 사진이다. 또, 도 18~도 20에 나타내는 퓨즈 소자는 제1 필름 100 대신에 유리기판이 사용된 샘플 소자이다.
도 18~도 20과 같이 퓨즈소자10,10A,10B에 전류를 흘려 용단했을 경우, 어느 경우에도 제1도전층 120,120A,120B에서 용단되었음이 확인된다. 또한 도 18의 용단 장소 129, 129A, 129B가 과전류에 의해 용단이 발생한 부분이다. 한편, 제1도전층 120에 상당하는 층이 Cu만으로 구성된 비교예에 관한 퓨즈소자에 전류를 흘려 용단했을 경우, 랜덤한 위치에서 용단이 발생하고 있음이 확인되었다. 비교예에 관한 퓨즈소자의 패드에 상당하는 면적이 넓은 지역의 중앙부근에서 용단이 발생하는 경우도 있어 용단후에 안정된 절연상태를 얻을 수 없는 경우가 확인되었다.
이상과 같이 본 실시형태와 관련된 퓨즈소자 10, 10A, 10B에 의하면 단층의 도전층(예를 들면 Cu)에서 형성된 비교예와 관련된 퓨즈소자에 비해 제1도전층 120, 120A, 120B에서 용단이 발생할 확률을 높일 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 도면을 참조하면서 설명하였는데, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각 실시형태의 퓨즈소자를 기본으로 하여 당업자가 적의 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계변경을 실시한 것도 본 발명의 요지를 갖추고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 또한 상술한 각 실시형태는 서로 모순이 없는 한 적절히 조합할 수 있으며 각 실시형태에 공통되는 기술사항에 대해서는 명시적인 기재가 없어도 각 실시형태에 포함된다.
또, 상술한 각 실시형태의 양태에 의해 초래되는 작용효과와는 다른 그 밖의 작용효과라도, 본 명세서의 기재로부터 명확한 것, 또는, 당업자에게 용이하게 예측할 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명에 의해 초래되는 것으로 해석된다.
10: 퓨즈 소자, 20D: 플렉서블 배선 기판, 30J: 배터리 팩,　40J: 차량,　100: 제1필름,　110: 절연층,　120: 제1도전층,　121A: 막두께 프로파일,　123A: 피크,　125A: 피크,　127A: 오목 형상, 129A: 용단 부분,　130: 패드,　151A: 제1영역,　153A: 제2영역,　155B: 제3영역,　161C: 제1영역,　163C: 제2영역,　165C: 제3영역,　167C: 제4영역,　169C: 제5영역,　170E: 프라이머층,　180G: 제3도전층, 190F: 도전성 접착층,　200D: 제2필름,　210D: 제2 도전층, 211D: 패드,　220D: 서미스터 소자,　230D: 스위칭 소자,　240D: 용량 소자,　800: BMS(배터리 관리 시스템),　810: 측정 블록,　820: 배터리 알고리즘 블록,　830: 용량 평가 블록,　840: 셀 균등화 블록,　850:열관리 블록,　900J:배터리

Claims (23)

  1. 제1필름과,
    상기 제1필름 위의 절연층과
    상기 절연층 위의 제1 도전층과
    상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 가진 퓨즈 소자.
  2. 제1필름과,
    상기 제1필름 위의 절연층과
    상기 절연층 위의 제1 도전층과
    상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 2개의 패드를 가지는 퓨즈 소자.
  3. 상기 제1 도전층은 상기 패드보다 저항이 낮은 청구항 1 또는 2에 기재된 퓨즈 소자.
  4. 상기 제1도전층은 상기 패드보다 융점이 낮은 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 퓨즈 소자.
  5. 상기 제1도전층은 은 및 동을 포함하고,
    상기 패드는 구리를 포함하는 청구항 1에 기재된 퓨즈 소자.
  6. 상기 제1도전층 및 상기 패드는 은 및 동을 포함하는 청구항 2에 기재된 퓨즈 소자.
  7. 상기 제1도전층에 있어서의 은의 비율은, 상기 패드에 있어서의 은의 비율보다 큰, 청구항 6에 기재된 퓨즈 소자.
  8. 상기패드는 서로 떨어져 최소 2개 설치되며,
    2개의 상기패드는 1방향으로 나열되며,
    상기 제1방향으로 직교하는 제2방향에서, 상기 제1도전층의 폭은 상기 패드의 폭보다 작은, 청구항 1 내지 7중 어느 하나에 기재된 퓨즈 소자.
  9. 상기 제1도전층은 상기 제1방향에 따라 제1영역 및 제2영역을 갖추고
    상기 제2방향에서, 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 단계적으로 작아지는 청구항 8에 기재된 퓨즈 소자.
  10. 제1필름과,
    상기 제1필름 위의 절연층과
    상기 절연층 위의 제1도전층과
    상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 제1방향으로 서로 격리된 적어도 2개의 패드를 가지고 있으며
    상기 제1도전층은 상기 제1방향에 따라 제1영역 및 제2영역을 갖추고
    상기 제1방향으로 직교하는 제2방향에서, 상기 제1영역의 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역으로부터 상기 제1영역을 향해 단계적으로 작아지는 퓨즈 소자.
  11. 상기 제1 필름은 PCT(Poly Cyclohexylene dimethylene Terephthalate)를 포함한 청구항 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 퓨즈 소자.
  12. 상기 절연층은 무기 절연층인 청구항 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 퓨즈 소자.
  13. 상기 무기 절연층은 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 산화 하프늄 중 하나 또는 산화 실리콘, 질화 실리콘 및 산화 하프늄 중 2개 이상의 적층을 포함하는 청구항 12에 기재된 퓨즈 소자.
  14. 상기 절연층과 상기 제1필름 사이의 프라이머층을 추가로 갖는 청구항 1 내지 13 중 어느 하나에 기재된 퓨즈 소자.
  15. 제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 갖춘 퓨즈소자와
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과
    상기 제2 도전층 위의 제2필름을 가진 플렉서블 배선 기판.
  16. 제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 패드를 갖춘 퓨즈소자와
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과
    상기 제2 도전층 위의 제2필름을 가진 플렉서블 배선 기판.
  17. 상기 패드 및 상기 제2 도전층은 구리를 포함하고,
    상기 패드에서 구리의 비율은 상기 제2도전층에서 구리의 비율보다 작은, 청구항16에 기재된 플렉서블 배선기판
  18. 제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 제1방향으로 서로 격리된 최소 2개의 패드를 갖추며, 상기 제1도전층은 상기 제1방향에 따라 제1영역 및 제2영역을 갖추고, 상기 제1방향에 직교하는 제2방향에서 상기 제2영역의 상기 제1도전층 폭은 상기 제2영역의 상기 제2영역의 상기 제2층보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2 영역에서 상기 제1영역을 향해 점진적으로 작아지는 퓨즈 소자와,
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과,
    상기 제2도전층 상에 제2필름을 갖는 플렉시블 배선 기판
  19. 상기 패드와 상기 제2 도전층 사이의 도전성 접착층을 한층 더 가지는 청구항 16 내지 18 중 어느 하나에 기재된 플렉서블 배선기판.
  20. 배터리와
    상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시 회로를 가진 배터리 관리 시스템과
    상기 배터리 및 상기 배터리 관리 시스템에 접속된 플렉서블 배선기판을 가지고 있으며
    상기 플렉서블 배선 기판은
    제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 재료의 패드를 갖춘 퓨즈소자와
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과
    상기 제2도전층 위의 제2필름을 갖추고
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제2필름상에 설치되어 있으며, 상기 감시 회로는, 상기 제2도전층에 접속되어 있는 배터리 팩.
  21. 배터리와
    상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시 회로를 가진 배터리 관리 시스템과
    상기 배터리 및 상기 배터리 관리 시스템에 접속된 플렉서블 배선기판을 가지고 있으며
    상기 플렉서블 배선 기판은
    제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어, 상기 제1도전층과는 다른 조성비의 패드를 갖춘 퓨즈소자와
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과
    상기 제2도전층 위에 제2필름을 구비하고
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제2필름상에 설치되어 있으며, 상기 감시 회로는, 상기 제2도전층에 접속되어 있는 배터리 팩.
  22. 배터리와
    상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 감시하는 감시 회로를 가진 배터리 관리 시스템과
    상기 배터리 및 상기 배터리 관리 시스템에 접속된 플렉서블 배선기판을 가지고 있으며
    상기 플렉서블 배선 기판은,
    제1필름, 상기 제1필름 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제1도전층 및 상기 제1도전층에 전기적으로 접속되어 제1방향에 따라 제1영역 및 제2영역을 갖추고, 상기 제1방향으로 직교하는 제2방향에서 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역의 상기 제2영역의 상기 제1도전층의 폭보다 작고, 상기 제1도전층의 폭은 상기 제2영역에서 상기 제1영역을 향해 점진적으로 작아지는 퓨즈 소자와,
    상기 패드에 전기적으로 연결된 제2도전층과,
    상기 제2도전층 위에 제 2필름을 구비하고,
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제2필름 상에 형성되고,
    상기 감시 회로는 상기 제2도전층에 연결되는 배터리 팩.
  23. 전기자동차(EV:Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV:Hybrid Electric Vehicle), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에 사용되는 청구항 20 내지 22중 어느 하나에 기재된 배터리 팩.
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