KR20220127628A - 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로에서 과전류의 발생시 퓨즈를 사용하지 않고도 과전류를 차단하여 회로를 보호가 가능한 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판은, 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성되는 회로층(11)과, 동박으로 형성되어 상기 회로층(11)의 저면에 부착되고, 상기 회로층(11)에서 발생한 열을 방열시키는 방열층(12)과, 절연재질로 이루어져 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12) 사이에 구비되고, 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12)을 절연시키는 절연층(13)을 포함하고, 상기 회로층(11)의 정해진 구간 내에서 상기 패턴의 폭이 나머지 부분 보다 좁게 형성되고, 과전류에 의해 단락되는 단락유도부(21)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판{FLEXIBLE CUPPER CLAD LAMINATE CAPABLE OF BLOCKING OVERCURRENT}

본 발명은 회로에서 과전류의 발생시 퓨즈를 사용하지 않고도 과전류를 차단하여 회로를 보호가 가능한 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에 관한 것이다.

전기자동차 등의 적용되는 배터리팩은 1직력당 1전압 센싱을 하고 있고, 과전류시 회로를 차단하기 위하여 퓨즈도 구비되어 있다.

최근에는 충전시간을 줄이기 위하여 충전 시스템 및 배터리팩의 전압을 높이고 있고, 상기 배터리팩의 고전압화로 직렬 구성은 더욱 늘어나고 있다.

이에 따라, 각 배터리팩에 장착되는 퓨즈의 수는 증가되고 있다.

한편, 상기 퓨즈는 돌입 전류시 단락되지 않고, 과전류시에만 단락되어 회로를 차단하도록 하는 기능이 요구된다. 이를 우하여, 상기 퓨즈의 허용전류는 높아지고, 이는 상기 퓨즈의 원가 상승을 유발하게 된다.

상기 배터리팩에 적용되는 회로는 연성인쇄회로기판(FCCL; Flexible Cupper Clad Laminate)를 이용하여 구현될 수 있다.

이러한 연성인쇄회로기판(110)에 과전류시 회로를 보호하기 위한 퓨즈가 적용되어야 하는데, 상기 연성인쇄회로기판(110)에 상기 퓨즈의 설치가 용이하지 용이하지 않고, 앞서 설명한 바와 같은 이유로 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 회로의 작동시 상기 연성인쇄회로기판(110)에서 발생하는 열이 외부로 방열되지 않고 축적됨에 따라, 상기 연성인쇄회로기판(110)에 실장된 소자가 손상되거나 회로자체가 손상되는 문제점이 있었다.

KR 10-2019-0139592 A (2019.12.18, 명칭 : 배터리　보호 회로 및 이를 포함하는　배터리　팩)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 퓨즈를 사용하지 않고도 과전류시 미리 정해진 영역에서 단락되도록 함으로써, 회로의 나머지 부분과 실장된 소자를 보호할 수 있도록 한 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판을 제공하느데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 회로의 작동시 발생하는 열을 외부로 신속하게 방열되도록 한 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판은, 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성되는 회로층과, 동박으로 형성되어 상기 회로층의 저면에 부착되고, 상기 회로층에서 발생한 열을 방열시키는 방열층과, 절연재질로 이루어져 상기 회로층과 상기 방열층 사이에 구비되고, 상기 회로층과 상기 방열층을 절연시키는 절연층을 포함하고, 상기 회로층의 정해진 구간 내에서 상기 패턴의 폭이 나머지 부분 보다 좁게 형성되고, 과전류에 의해 단락되는 단락유도부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층에 정해진 면적으로 상기 동박이 없어 관통되는 형태를 갖는 비방열부가 형성되고, 상기 비방열부는 상기 단락유도부를 포함하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 비방열부는, 상기 단락유도부의 일단이 상기 패턴과 연결하는 부위로부터 상기 단락유도부의 타단이 반대쪽 패턴과 연결하는 부위까지 형성되면서, 상기 비방열부의 내측면이 상기 단락유도부와 정해진 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 단락유도부는 상기 패턴이 지그재그형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층에 서로 인접한 패턴 사이에서 상기 패턴을 따라 상기 방열층의 일부를 선형(線形)형태로 동박을 형성하지 않도록 한 절연경계선이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연경계선은 상기 비방열부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층은, 전체 면적이 일정한 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층은, 메쉬(mesh)형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층은, 도트(dot) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 연성인쇄회로기판은 전기자동차의 배터리팩에 적용되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판은, 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성되는 회로층을 포함하는 연성인쇄회로기판에 있어서, 상기 회로층의 정해진 구간 내에서 상기 패턴의 폭이 나머지 부분 보다 좁게 형성되고, 과전류에 의해 단락되는 단락유도부가 형성되고, 상기 회로층의 저면에는 상기 회로층에서 발생한 열을 방열시키는 방열층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층은 동박으로 형성되고, 절연재질로 이루어져 상기 회로층과 상기 방열층 사이에 구비되고, 상기 회로층과 상기 방열층을 절연시키는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층에 정해진 면적으로 상기 동박이 없어 비방열부가 형성되고, 상기 비방열부는 상기 단락유도부를 포함하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 비방열부는, 상기 단락유도부의 일단이 상기 패턴과 연결하는 부위로부터 상기 단락유도부의 타단이 반대쪽 패턴과 연결하는 부위까지 형성되면서, 상기 비방열부의 내측면이 상기 단락유도부와 정해진 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 방열층에 서로 인접한 패턴 사이에서 상기 패턴을 따라 상기 방열층의 일부를 선형(線形)형태로 동박을 형성하지 않도록 한 절연경계선이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연경계선은 상기 비방열부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에 따르면, 퓨즈를 사용하지 않고도, 과전류시 미리 정해진 영역에 형성된 단락유도부에서 단락이 일어나도록 함으로써, 회로의 나머지 부분과 소자를 보호할 수 있다.

또한, 회로의 작동시 발생하는 열을 방열층을 통하여 외부로 신속하게 방열시킬 수 있어, 회로와 소자의 열해(熱害) 또는 열화로부터 보호할 수 있다.

아울러, 단락유도부가 형성되는 영역에서는 방열층이 형성되지 않도록 하여, 단락유도부의 단락시 우회회로가 형성되지 않도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 연성인쇄회로기판을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판을 도시한 부분 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판을 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판의 단면을 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 방열층의 형상을 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 회로층에 단락유도부가 형성된 일례를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 회로층에 단락유도부가 형성된 또 다른 일례를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 단락유도부에서 단락이 발생한 상태를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 단락유도부의 단락시 동일 회로내에서 우회회로가 형성되는 상태를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 단락유도부가 형성되는 영역에 방열층이 형성되지 않은 상태를 도시한 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 단열층에 비방열부가 형성된 상태를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에서 단락유도부의 단락시 서로 다른 회로 사이에서 우회회로가 형성되는 상태를 도시한 평면도.
도 13은 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에 절연경계선이 형성된 상태를 도시한 평면도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

연성인쇄회로기판(FCCL; Flexible Cupper Clad Laminate)은 기판의 두께를 줄일 수 있고, 유연하기 때문에, 각종 전자회로에 적용되고 있다. 특히, 전기자동차의 배터리팩의 내부에 적용되어, 상기 배터리팩을 제어하는 회로를 구성하도록 한다.

본 발명에 따른 연성인쇄회로기판(10)은 회로층(11), 절연층(13) 및 방열층(12)의 순으로 적층되어 이루어진다.

회로층(11)은 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성된다. 상기 회로층(11)의 패턴을 이용하여 각종 소자를 실장하여, 본 발명의 연성인쇄회로기판(10)이 적용될 제품에 하나의 모듈로 제공된다.

방열층(12)은 상기 회로층(11)의 저면에 부착된다. 상기 방열층(12)은 상기 회로층(11)에서 발생한 열을 방열시킨다. 이를 위하여, 상기 방열층(12)은 열전도율이 우수한 구리를 재질로 한 동박(銅箔)으로 형성된다.

한편, 도 5a 내지 도 5c에는 상기 방열층(12)의 형상을 도시한 일례가 도시되어 있다.

도 5a에서와 같이, 상기 방열층(12)에서 상기 동박은 전체가 일정한 두께로 형성될 수 있다.

또는, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 방열층(12)에서 상기 동박은 메쉬(mesh)형태로 형성되거나, 도 5c에 도시된 바와 같이 도트(dot)형태로 형성될 수 있다.

상기 방열층(12)은 두께를 조잘하여, 원하는 수준의 방열성능이 구현되도록 한다.

절연층(13)은 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12) 사이에 구비되어, 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12)을 서로 절연시킨다. 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12)은 동박을 재질로 하기 때문에, 상기 회로층(11)이 상기 방열층(12)이 직접 접촉되면, 단락이 발생한다.

따라서, 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12) 사이에 절연재질로 이루어진 절연층(13)기 구비되도록 함으로써, 절연되도로 한다. 상기 절연층(13)은 폴리이미드(polyimide)를 재질로 할 수 있다.

상기 회로층(11), 상기 절연층(13) 및 상기 방열층(12)을 순서로 배열됨에 따라, 상기 회로층(11)에서 소자의 작동을 발생한 열은 상기 방열층(12)을 통하여 외부로 방열되므로, 상기 회로층(11)의 소자가 열해을 입거나 열화되는 현상을 감소시킬 수 있다.

상기 회로층(11)에는 과전류시 상기 회로를 보호하는 단락유도부(21)가 형성된다.

상기 단락유도부(21)는 상기 퓨즈를 대신하여, 상기 회로층(11)에 과전류가 발생하면, 상기 단락유도부(21)가 단락되어, 상기 회로층에 형성된 회로와 상기 회로에 실장된 소자를 보호한다.

이를 위하여, 상기 단락유도부(21)는 정해진 구간 내에서 병목과 같이 그 패턴의 폭이 상기 회로를 형성하는 나머지 부분의 패턴의 폭보다 얇게 형성된다. 상기 단락유도부(21)는 폭이 좁기 때문에 과전류가 흐르면, 급속하게 가열되어 단락되어, 회로를 차단함으로써, 회로와 소자를 보호한다. 고가의 퓨즈를 필요 개소마다 설치하지 않더라도, 돌입전류에는 단락되지 않고, 과전류시에만 단락되도록 허용전류를 높일 수 있다.

특히, 상기 단락유도부(21)는 정해진 면적 내에서 그 길이가 늘어나도록 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 상기 단락유도부(21) 내에서 패턴의 길이가 늘어남에 따라, 과전류시 신속하게 상기 단락유도부(21)가 단락되면서 회로와 소자를 보호할 수 있다.

한편, 상기 단락유도부(21)의 단락시 발생하는 열로 인하여, 상기 절연층(13)이 손상될 수 있다. 상기 절연층(13)에 고열이 작용하면, 상기 절연층(13)을 일부가 관통되어 손상부(13a)가 된다. 이때, 상기 손상부(13a)에서는 상기 절연층(13)이 절연기능을 할 수 없기 때문에 상기 회로층(11)과 상기 방열층(12)이 서로 통전하여 우회 회로가 형성될 수 있다. 상기 단락유도부(21)의 단락시 발생하는 탄화물이나 단락 잔여물이 상기 단락유도부(21)를 형성하는 패턴과 상기 방열층(12)을 전기적으로 연결시키면, 상기 방열층(12)을 통한 우회 회로가 형성된다(도 7 참조). 상기 방열층(12)도 동박으로 이루어지므로, 상기 패턴과 연결되면, 통전이 가능해진다.

이렇게 우회 회로가 형성되면, 상기 단락유도부(21)가 단락되는 의미가 없어지므로, 과전류를 차단할 수 없다.

이렇게 상기 단락유도부(21)의 단락시, 상기 방열층(12)을 통하여 우회 회로가 형성되지 않도록, 상기 방열층(12)에는 일부 영역을 제거하거나 동박을 형성하지 않도록 하여, 비방열부(12a)를 형성하도록 한다. 상기 비방열부(12a)는 상기 동박이 없는 바, 상기 방열층(12)의 관통하는 형태로 형성된다.

또한, 상기 비방열부(12a)는 상기 단락유도부(21)를 포함하는 위치에 혀엉된다. 즉, 상기 비방열부(12a)의 테두리에 형성되는 영역의 내부에 상기 단락유도부(21)가 형성되도록 한다.

예컨대, 상기 비방열부(12a)는 상기 단락유도부(21)의 일단이 상기 패턴과 연결하는 부위로부터 상기 단락유도부(21)의 타단이 반대쪽 패턴과 연결하는 부위까지 형성되면서, 상기 비방열부(12a)의 내측면이 상기 단락유도부(21)와 정해진 간격을 갖도록 형성된다.

상기 비방열부(12a)는 방열기능을 하는 동박이 없기 때문에, 방열기능을 할 수 없다. 하지만, 상기 비방열부(12a)의 내부에 상기 단락유도부(21)가 형성되기 때문에, 상기 단락유도부)에서 단락 발생시, 열에 의해 상기 절연층(13)이 손상되고, 탄화물이나 단락 잔여물이 발생하더라도, 상기 방열층(12)을 통항 우회 회로가 형성되지 않는다, 이에 따라, 상기 단락유도부(21)가 의도한 바와 같은 기능을 수행할 수 있다.

한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 방열층(12)에 상기 비방열부(12a)를 형성하더라도, 동시에 복수의 패턴에서 단락이 발생하는 경우, 고열에 의해 상기 절연층(13)에 손상부(13a)를 형성하면서 서로 인접한 다른 패턴끼리 탄화물이나 단락 잔여물에 의한 우회회로를 형성할 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 패턴 사이에 절연경계선(31)이 형성되도록 한다. 상기 절연경계선(31)을 상기 방열층(12)의 일부는 선형(線形)의 형태로 제거하거나 동박을 형성하지 않도록 하여, 상기 방열층(12)에서 상기 절연경계선(31)의 양측이 전기적으로 통전되지 않도록 한다.

특히, 상기 절연경계선(31)은 상기 회로층(11)에서 서로 인접한 패턴 사이에서 패턴을 따라 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 복수의 상기 단락유도부(21)에서 단락이 발생하더라도, 서로 인접한 패턴끼리 우회회로가 형성되는 현상을 방지할 수 있다.

아울러, 상기 절연경계선(31)은 상기 비방열부(12a)와 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연경계선(31)은 정해진 폭으로 형성되는 것이 바람직하다.

10 : 연성인쇄회로기판 11 : 회로층
12 : 방열층 12a : 비방열부
13 : 절연층 13a : 손상부
21 : 단락유도부 31 : 절연경계선
110 : 연성인쇄회로기판

Claims (16)

1. 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성되는 회로층과,
   동박으로 형성되어 상기 회로층의 저면에 부착되고, 상기 회로층에서 발생한 열을 방열시키는 방열층과,
   절연재질로 이루어져 상기 회로층과 상기 방열층 사이에 구비되고, 상기 회로층과 상기 방열층을 절연시키는 절연층을 포함하고,
   상기 회로층의 정해진 구간 내에서 상기 패턴의 폭이 나머지 부분 보다 좁게 형성되고, 과전류에 의해 단락되는 단락유도부가 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방열층에 정해진 면적으로 상기 동박이 없어 관통되는 형태를 갖는 비방열부가 형성되고,
   상기 비방열부는 상기 단락유도부를 포함하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
3. 제2항에 있어서,
   상기 비방열부는, 상기 단락유도부의 일단이 상기 패턴과 연결하는 부위로부터 상기 단락유도부의 타단이 반대쪽 패턴과 연결하는 부위까지 형성되면서, 상기 비방열부의 내측면이 상기 단락유도부와 정해진 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단락유도부는 상기 패턴이 지그재그형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
5. 제3항에 있어서,
   상기 방열층에 서로 인접한 패턴 사이에서 상기 패턴을 따라 상기 방열층의 일부를 선형(線形)형태로 동박을 형성하지 않도록 한 절연경계선이 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
6. 제5항에 있어서,
   상기 절연경계선은 상기 비방열부에 연결되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
7. 제1항에 있어서,
   상기 방열층은, 전체 면적이 일정한 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
8. 제1항에 있어서,
   상기 방열층은, 메쉬(mesh)형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
9. 제1항에 있어서,
   상기 방열층은, 도트(dot) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
10. 제1항에 있어서,
    상기 연성인쇄회로기판은 전기자동차의 배터리팩에 적용되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
11. 동박(銅箔)으로 회로 패턴이 형성되는 회로층을 포함하는 연성인쇄회로기판에 있어서,
    상기 회로층의 정해진 구간 내에서 상기 패턴의 폭이 나머지 부분 보다 좁게 형성되고, 과전류에 의해 단락되는 단락유도부가 형성되고,
    상기 회로층의 저면에는 상기 회로층에서 발생한 열을 방열시키는 방열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
12. 제11항에 있어서,
    상기 방열층은 동박으로 형성되고,
    절연재질로 이루어져 상기 회로층과 상기 방열층 사이에 구비되고, 상기 회로층과 상기 방열층을 절연시키는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
13. 제12항에 있어서,
    상기 방열층에 정해진 면적으로 상기 동박이 없어 비방열부가 형성되고,
    상기 비방열부는 상기 단락유도부를 포함하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
14. 제13항에 있어서,
    상기 비방열부는, 상기 단락유도부의 일단이 상기 패턴과 연결하는 부위로부터 상기 단락유도부의 타단이 반대쪽 패턴과 연결하는 부위까지 형성되면서, 상기 비방열부의 내측면이 상기 단락유도부와 정해진 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
15. 제13항에 있어서,
    상기 방열층에 서로 인접한 패턴 사이에서 상기 패턴을 따라 상기 방열층의 일부를 선형(線形)형태로 동박을 형성하지 않도록 한 절연경계선이 형성되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
16. 제15항에 있어서,
    상기 절연경계선은 상기 비방열부에 연결되는 것을 특징으로 하는 과전류를 차단할 수 있는 연성인쇄회로기판.
    
    
    

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