KR20220132427A - 인쇄 회로 기판을 갖는 회로 및 적어도 하나의 그러한 회로를 갖는 차량 - Google Patents

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KR20220132427A
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아우리시오 루이지
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한온 시스템즈 이에프피 도이칠란드 게엠베하
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Abstract

인쇄 회로 기판(12) 및 적어도 하나의 다층 세라믹 커패시터(MLCC)(10)를 갖는 회로가 설명되며, 인쇄 회로 기판(12)은 인쇄 회로 기판(12) 상의 MLCC(10)의 돌출부의 구역에 적어도 하나의 개구(16)를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄 회로 기판을 갖는 회로 및 적어도 하나의 그러한 회로를 갖는 차량{Circuit having a printed circuit board and vehicle having at least one such circuit}
본 발명은 인쇄 회로 기판을 갖는 회로 및 이러한 회로를 갖는 차량에 관한 것이다.
자동차 공학 분야에서는, 이하 MLCC들로 지칭되는 다층 세라믹 커패시터(multilayer ceramic capacitor)들이 특히, 전자기 간섭(EMC: electromagnetic interference) 필터링을 위해 사용된다. 그러나 이러한 컴포넌트들은 오작동할 수 있고, 특히 단락을 겪을 수 있으며, 이는 결과적인 열 및/또는 화염들이 직접적으로 영향을 받는 컴포넌트들로부터 차량으로 확산될 수 있다는 점에서 안전에 대단히 중요하다.
도 10에 도시된 바와 같이, MLCC(10)는 예를 들어, 제어기(22) 및 전력 송신 유닛(24)과 함께 제어 유닛(26)에 수용되는 EMC 필터(20)를 형성한다. 추가로, 이러한 제어 유닛(26)과 차량의 배터리(28) 사이에 퓨즈(30)가 제공된다. 더욱이, 제어 유닛(26)은 차량의 모터(32), 통상적으로는 브러시리스(brushless) 직류 모터에 접속된다.
도 11에 따르면, MLCC(10)는 인터레이스된 전도성 층들(34)을 포함하는 방식으로 구성되며, 이러한 전도성 층들(34) 사이에는 유전체 재료(36)가 있다.
도 12로부터 보다 명확하게 확인될 수 있는 바와 같이, 누설 전류(38)가 발생할 특별한 위험이 있으며, 이는 어떠한 보호 조치들을 트리거하는 것이 아니라 전력 소비가 증가하고 열이 발생되며, 이는 MLCC(10) 아래의 구역에서 또한 인쇄 회로 기판(12)에 불이 붙게 할 수 있다. 도 12a에서, 40은 2개의 전도성 층들(34) 사이의 결함을 표시하며, 이는 도 12b에 도시된 고장 전류(42) 및 열 발생을 야기한다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 이는 또한 MLCC(10) 아래의 인쇄 회로 기판(12) 구역을 가열하여, 여기서도 역시 고장 전류(44)가 흐르며, 이는 인쇄 회로 기판(12)의 탄화(charring), 박리 및 연소, 그리고 큰 손상을 야기할 수 있다.
도 14로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 결함이 있는 MLCC는 한편으로는, 회로를 개방하는 고장 전류, 및 레벨(46)로부터 예를 들어, 48로 표시되는 50A로의 전류 강하를 야기할 수 있다. 이어서, 전류 흐름이 중단되고, 전압은 레벨(50)로부터 52에 표시되는 무부하 레벨인 14V로 떨어진다.
그러나 도 15에 따르면, 레벨(46)에서 레벨(48)로의 전류의 초기 감소에도 불구하고, MLCC가 고장 난 후에, 52로 표시된 전압의 초기 감소가 존재할 수 있다. 그러나 전류가 다음에 인쇄 회로 기판을 통해 흐르고, 그 결과, 위에서 설명된 위험한 상황들이 발생할 수 있다.
US 2016 0120027 A에 따르면, 중간 층을 통해 인쇄 회로 기판 상에 MLCC가 장착된다. 중간 층은 개구를 가질 수 있다.
US 2015 0029674 A는 개구 위의 인쇄 회로 기판 상에 장착된 전자 컴포넌트를 개시하며, 여기서 개구는 열 전도성 재료로 채워진다.
이러한 배경에 대해, 본 발명은 안전성 측면에서 개선되는 회로를 생성하는 목적에 기반한다.
이 목적은 청구항 1의 청구 대상에 의해 달성된다.
그에 따르면, 회로는 인쇄 회로 기판 및 적어도 하나의 MLCC를 포함하며, 인쇄 회로 기판은 인쇄 회로 기판 상의 MLCC의 돌출부(projection)의 구역에 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 어떠한 재료로도 채워지지 않으며, MLCC가 오작동하는 경우, 이는 본질적으로, 인쇄 회로 기판 재료의 점화 및 탄화를 야기할 수 있는, MLCC와 인쇄 회로 기판 사이의 열 축적을 방지한다. 따라서 화염들이 발생할 수 없거나 적어도 확산될 수 없다.
바람직한 실시예들이 추가 청구항들에서 설명된다.
통상적으로 2개의 평행한 행들로 배열되는 인쇄 회로 기판 상의 MLCC의 접촉부들의 배열에 대한 손상은, MLCC의 접촉부들의 행에 평행한 방향으로 적어도 하나의 개구가 신장된다면 유리하게 방지될 수 있다. 다시 말해서, 개구는 접촉부들이 배열되는 블록들 또는 패드들 사이에서 그리고 그에 평행하게 확장된다.
따라서 적어도 하나의 개구의 적어도 하나의 경계가 인쇄 회로 기판 상의 MLCC의 돌출부와 일치할 때, 특히 높은 정도로 안전성을 개선하는 특히 큰 개구가 생성될 수 있다. 동시에, 이는 회로의 레이아웃에 약간만 영향을 미치는데, 이는 MLCC의 방향에서 볼 때 개구가 여전히 보이지 않기 때문이다.
적어도 하나의 개구가 인쇄 회로 기판 상의 MLCC의 돌출부의 최소 20% 및/또는 최대 50%의 면적을 갖는다면, 특히 양호한 특성들이 예상된다. 따라서 개구의 치수들은 MLCC의 크기에 좌우된다. EIA 코드(1206 또는 1209)를 갖는 MLCC들의 경우에 특히 양호한 결과들이 예상된다.
개구가 적어도 하나의 만곡된 경계를 갖는다면, 이는 개구의 생성에 유리하다. 이는 예를 들어, 이 프로세스에서 사용되는 드릴 또는 엔드밀(end mill)의 곡률에 의해 생성될 수 있다.
동시에, 적어도 하나의 개구가 예를 들어, 드릴 또는 엔드밀의 병진 운동에 의해 생성되는 적어도 2개의 평행한 경계들을 갖는다면, 생성은 단순하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 회로는 특히, 인쇄 회로 기판이 FR4 재료로 구성될 때 그 장점들을 나타낸다. 이는 특히 탄화되기 쉽고, 따라서 이러한 바람직하지 않은 효과는 본 발명에 따른 개구에 의해 특히 잘 상쇄될 수 있다.
복수의 MLCC들이 존재하는 경우, 적어도 하나의 개구가 2개 이상의 MLCC들의 돌출부에 걸쳐 확장된다면 효율적인 생성을 위한 이점들이 있다.
본 발명에 따른 회로는 추가 컴포넌트들이 인쇄 회로 기판 상에 장착되는 것을 그리고/또는 인쇄 회로 기판이 스트립 전도체들을 갖는다는 것을 특징으로 할 수 있다. 다시 말해서, 인쇄 회로 기판은 어떤 종류의 중간 엘리먼트인 것이 아니라; 오히려, 전자 컴포넌트들 및/또는 스트립 전도체들로 채워진 인쇄 회로 기판 자체가 안전성이 개선되는 방식으로 유리하게 수정된다.
이는 또한, 인쇄 회로 기판의 두께를 따라 확장되는 개구, 다시 말하면 인쇄 회로 기판의 적어도 한 면 상의 개구의 주변부 및/또는 개구의 내측 표면이 코팅되지 않는 실시예에 적용된다. 그 결과, 이 구역에서의 전류 흐름을 덜 가능성 있게 함으로써 화염 전파의 바람직하지 않은 촉진이 방지될 수 있다.
특히 유리하게, 본 발명에 따른 회로는 12V 또는 48V의 동작 전압에서 사용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 개구에는 바람직하게는 어떠한 재료도 없다는 것이 다시 한번 강조되어야 한다.
궁극적으로, 본 발명에 따른 회로는 바람직하게는 전기 또는 하이브리드 차량에서 사용될 것인데, 그 이유는 그러한 차량들에 대해 메인 배터리로의 화염 전파의 위험이 존재한다면 특정 위험이 발생하기 때문이다. 그러나 본 발명에 따른 회로는 화염 전파의 위험이 방지되어야 하는 임의의 차량에 적합하다.
도면들에서 예로서 도시된 본 발명의 실시예들은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 도면들은 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 회로의 섹션의 사시도를 도시한다.
도 2는 MLCC 없이 도 1에 따른 섹션의 평면도를 도시한다.
도 3은 여러 MLCC들이 서로 전기적으로 병렬로 접속되는 대안적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 4는 접촉 블록들에 대한 개구의 포지션이 확인될 수 있는, 도 1의 실시예의 추가 평면도를 도시한다.
도 5는 통상적인 MLCC 패키지의 2개의 도면들 및 치수들을 도시한다.
도 6은 도 1의 실시예를 인쇄 회로 기판 상의 그 주변부들과 함께 도시한다.
도 7은 도 6의 섹션을 MLCC와 함께 도시한다.
도 8은 인쇄 회로 기판 상의 MLCC들 및 그 주변부들을 위한 3개의 위치들과 함께 도 3의 실시예의 구현을 도시한다.
도 9는 도 8의 섹션을 2개의 MLCC들과 함께 도시한다.
도 10은 전력 공급 라인들에 EMC 필터를 갖는 통상적인 배열로 제공되는 MLCC를 갖는 블록도를 도시한다.
도 11은 MLCC의 내부 층들의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 MLCC의 주변부들에서의 고장의 전개를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 그러한 고장의 방지를 도시한다.
도 14 및 도 15는 종래에 사용된 MLCC에서의 고장의 경우의 전류 및 전압 다이어그램을 도시한다.
도 16은 본 발명에 따라 내장된 MLCC에서의 고장의 경우의 전류 및 전압 다이어그램을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도 1에서 보이지 않고 좌측 및 우측 외측 에지들 상에서 평행하게 확장되는 MLCC(10)의 접촉부들이 인쇄 회로 기판(12)의 블록들(14) 상에 접촉되는 방식으로 인쇄 회로 기판(12) 상에 MLCC(10)가 장착된다. 도 1에서 블록들(14)과 평행하게 그리고 블록들(14) 사이에서 개구(16)의 단부가 확인될 수 있으며, 이는 도 2에서 더 쉽게 볼 수 있다.
도 2는 블록들(14)의 실질적인 직사각형 설계 및 그에 평행한 개구(16)의 세장형 설계를 나타낸다. 도시된 경우에, 개구는 블록들(14)의 더 긴 에지들에 실질적으로 평행한 2개의 평행한 측면 에지들을 갖는다. 개구(16)의 단부들은 실질적으로 반원형으로 형성되어, 개구(16)는 드릴 또는 엔드밀에 의해 효율적으로 생성될 수 있으며, 그 직경은 평행한 에지들 사이의 거리에 실질적으로 대응한다.
이는 또한, 파선들로 표시되는 복수의 MLCC들(10) 아래에서 개구(16)가 확장되는 도 3의 실시예에 적용된다. 파선들은 본질적으로 인쇄 회로 기판 상의 각각의 MLCC의 돌출부를 나타낸다. 더욱이, 도 2의 블록들에 대응하는 각각의 블록들(14)이 도시되며, 복수의 MLCC들에 대응하여 개구(16)만이 더 길다. 도 3에 따르면, 개구는 도 3에 따른 최상부 및 최하부 MLCC의 돌출부를 약간 넘어서 돌출되지만, 각각의 단부는 돌출부의 에지와 일치할 수 있거나 개구(16)가 더 짧을 수 있다.
블록들(14)의 더 긴 면들은 길이가 1.5㎜ 내지 2.8㎜일 수 있고, 1.5㎜ 내지 2㎜만큼 서로 이격될 수 있다는 점이 예로서 주목되어야 한다. 개구(16)의 평행 에지들은 이 경우, 0.9㎜ 내지 1㎜만큼 서로 이격될 수 있고, 개구(16)는 2.6㎜ 내지 3.9㎜의 전체 길이를 가질 수 있다. 이는 예를 들어, 3.0㎜ 내지 3.4㎜의 (도 2 및 도 3에서 좌측에서부터 우측까지 측정된) 폭을 갖는 MLCC에 적용된다. 도 3에 따르면, 인접한 MLCC들의 블록들은 예를 들어, 0.8㎜만큼 이격될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이점들은 설명되는 치수 규칙에 따라 특히 잘 달성될 수 있다.
도 4는 도 1의 실시예에 대해, 2개의 블록들(14), MLCC(10)의 돌출부, 및 블록들(14) 사이의 개구(16)를 도시한다. 이는 도 3에서 예로서 도시된 3개의 MLCC들 중 하나의 MLCC의 주변부들의 상황에 실질적으로 대응하며, 위에서 제시된 예시적인 치수들이 적용된다.
도 5는 통상적인 MLCC의 평면도를 그 상부 부분에 도시하며, 이들의 접촉부들은 해칭되어 도시된다. 하부 부분에는 측면도가 도시되는데, 실척대로가 아니라, 설계에 따라 L은 3.0㎜ 내지 3.4㎜, S는 1.5㎜ 내지 2.3㎜, W는 1.4㎜ 내지 2.7㎜, T는 0.25㎜ 내지 0.75㎜일 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 특히, 블록들 및 개구의 앞서 언급된 예시적인 치수들이 그러한 측정들에 적용된다. 아래의 표는 MLCC의 타입에 따라 도 4 및 도 5에 따른 유리한 치수들을 도시한다.
Figure pat00001
도 6에서는, 도 1의 실시예에 기초하여, 인쇄 회로 기판(12) 상에서 스트립 전도체들(18)이 블록들(14)을 따르는 것이 확인될 수 있으며, 스트립 전도체들은 추가 전자 컴포넌트들에 접속될 수 있다. 도 7은 이 경우 도 6의 섹션을 하나의 MLCC(10)와 함께 도시한다. 이는 실질적으로 도 1에 도시된 상황에 대응하며, 도 7에 따르면, 양 단부들에서 개구(16)는 MLCC(10)의 돌출부를 약간 넘어서 돌출된다.
도 8은 도 3의 실시예에 대한 유사한 섹션을 도시하며, 이 경우 3개의 쌍들의 블록들(14) 및 대응하는 긴 개구(16)가 제공된다.
도 9에서 확인될 수 있는 바와 같이, 그러한 실시예는 3개의 MLCC들에 적합하며, 이들 중 2개만이 도 9에 도시된다. 그 주변부들에서, 스트립 전도체들(18)이 다시 확인될 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 따르면, 본 발명에 따른 솔루션의 경우의 누설 전류 사고의 발생은 초기에 도 12를 참조하여 설명된 것과 동일하지만, MLCC(10) 아래 구역에서의 인쇄 회로 기판(12)의 개구(16) 때문에, 인쇄 회로 기판(12)의 탄화 및 그 연소가 방지될 수 있다.
도 16으로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 특히 도 15와 비교할 때, 인쇄 회로 기판을 통한 전류 흐름이 없고, 전류 및 전압이 안전한 레벨로 떨어져, MLCC만이 손상되지만 탄화, 박리 또는 화염 전파는 발생하지 않는다.

Claims (14)

  1. 인쇄 회로 기판(12) 및 적어도 하나의 다층 세라믹 커패시터(MLCC: multilayer ceramic capacitor)(10)를 갖는 회로로서,
    상기 인쇄 회로 기판(12)은 상기 인쇄 회로 기판(12) 상의 MLCC(10)의 돌출부(projection)의 구역에 적어도 하나의 개구(16)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)는 상기 MLCC(10)의 접촉부들의 행에 평행한 방향으로 신장되는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)의 적어도 하나의 경계는 상기 인쇄 회로 기판(12) 상의 상기 MLCC(10)의 돌출부와 일치하는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)는 상기 인쇄 회로 기판(12) 상의 상기 MLCC(10)의 돌출부의 최소 20% 및/또는 최대 50%의 면적을 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)는 적어도 하나의 만곡된 경계를 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)는 적어도 2개의 평행한 경계들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판(12)은 FR4 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)가 2개 이상의 MLCC들(10)의 돌출부 위로 확장되는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가 컴포넌트들이 상기 인쇄 회로 기판(12) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판(12)은 스트립 전도체들(18)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)가 코팅되지 않는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 12V 및/또는 48V 동작 전압을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(16)에는 어떠한 재료도 없는 것을 특징으로 하는,
    회로.
  14. 차량, 특히 전기 차량 또는 하이브리드 차량으로서,
    제1 항 내지 제13 항 중 적어도 한 항에 따른 적어도 하나의 회로를 갖는,
    차량.
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