KR20240014821A - Pcb와 fpcb가 접합된 도전성 접합부를 포함하는 배터리 모듈 및 그 접합 방법 - Google Patents

Pcb와 fpcb가 접합된 도전성 접합부를 포함하는 배터리 모듈 및 그 접합 방법 Download PDF

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강지은
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정현재
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Abstract

본 발명은 PCB와 FPCB를 접합하는 도전성 접합부를 포함하는 배터리 모듈 및 그 접합 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 견지로서, 구리 패턴을 갖는 PCB; 구리 패턴을 갖는 FPCB; 및 상기 PCB와 상기 FPCB를 접합하는 도전성 접합부를 포함하고, 상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴은 도전성 금속에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 PCB의 구리 패턴 및 상기 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni-Sn 및 Au-Ni-Sn-Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 합금층을 갖는, 배터리 모듈 및 그 PCB 접합 방법을 제공한다.

Description

PCB와 FPCB가 접합된 도전성 접합부를 포함하는 배터리 모듈 및 그 접합 방법{BATTERY MODULE COMPRISING A CONDUCTIVE BONDING PART IN WHICH PCB AND FPCB ARE BOUND AND A METHOD THEREOF}
본 발명은 이방 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)에 의한 도전성 접합부에 의해 PCB와 FPCB가 접합된 전기차 배터리 모듈 및 그 접합 방법에 관한 것이다.
이방 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)이란 일반적으로 도전 입자를 에폭시 등의 수지에 분산시킨 필름 형상의 접착제를 말하는 것으로, 필름의 막 두께 방향으로는 도전성을 띠고 면 방향으로는 절연성을 띠는 전기 이방성 및 접착성을 갖는 고분자 막을 의미한다.
두 회로를 접속함에 있어서 이방 도전성 필름이 사용되고 있는데, 상용화된 이방 도전성 필름은 도전 입자와 열경화성의 접착 수지를 포함한다. 상기 이방 도전성 필름으로 회로를 접속하는 경우, 접속시키고자 하는 회로 사이에 상기 이방 도전성 필름을 위치시킨 후 일정 조건의 열 또는 초음파를 가하면서 소정의 압력을 가하는 가열 및 가압 공정을 거쳐 수지를 경화시킨다. 이로써 회로 단자들 사이는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속된다. 한편, 인접하는 전극 사이에는 열경화성의 절연성 접착 수지가 충진되고, 도전 입자는 상기 수지 내에서 서로 독립적으로 존재하게 되어 전극 간의 절연성을 제공한다.
그러나, 가열 시 상기 열경화성 수지가 충분히 녹지 않아 유동성을 가지지 못하는 경우, 전극과 솔더 입자 사이에 수지층이 형성되는 문제가 있다. 이로 인해 전극 위 또는 전극 사이에 솔더 입자의 집적이 일어나기 어렵고, 솔더 입자가 용융되지 않고 입자 상태로 존재하여 회로 단자들 간의 접촉면적이 현저히 작아 회로 단자들 사이의 전기적 접속 신뢰성을 확보하기 어려운 문제가 있다.
또한, 기존의 이방 도전성 필름 기술은 접합부의 강성을 요구하지 않으며, 온도 및 습도에 대한 영향이 적은 휴대전화, 가전제품, 차량 디스플레이 등의 기술분야에 주로 적용되었으나, 사용 환경에 따라 온도 및 습도 조건이 가혹하고, 모듈 조립 시 물리적 충격이 가해져 접합부가 변형될 수 있는 등, 가혹한 환경에 노출되는 전기차 배터리 모듈에는 상기와 같은 이방 도전성 필름을 사용하여 PCB와 FPCB를 접합하는 기술이 적용되지 않았다.
구체적으로, PCB와 FPCB를 접합(Bonding)하는 경우, 자동차의 운전 환경에 따라 동적(Dynamic) 온도, 습도 조건의 변화가 심하고, 운전 환경에 의해 배터리 모듈에 가해지는 진동(vibration)이 클 수 있고, 또 모듈 조립 시 기구적 스트레스(stress)가 심하게 가해지는 등, 가혹 환경에 의해 접합부가 변형되어 전기적 접합을 유지하기 어려운 문제가 있었다.
이에, 전기차 배터리 모듈에서 PCB-FPCB를 접합하는 접합부의 변형을 최소화하여 PCB-FPCB의 전기적 접합 신뢰성을 확보할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은, 전기차 배터리 모듈, 보다 구체적으로는 전기차 배터리 모듈의 PCB를 FPCB와 접합하기 위한 이방 도전성 필름 접합 기술을 적용하고자 하는 데 있다.
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 구리 패턴을 갖는 PCB; 구리 패턴을 갖는 FPCB; 및 상기 PCB와 상기 FPCB를 접합하는 도전성 접합부를 포함하고, 상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴은 도전성 금속에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 PCB의 구리 패턴 및 상기 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni-Sn 및 Au-Ni-Sn-Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 합금층을 갖는, 배터리 모듈이 제공된다.
상기 도전성 금속은 니켈, Sn-Bi 합금 및 Sn-Au-Cu 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 도전성 접합부는 수지를 포함할 수 있다.
상기 도전성 접합부는 실리카를 더 포함할 수 있다.
상기 실리카는 수지 100중량부에 대하여 0중량부 초과 30중량부 이하로 포함하는 것일 수 있다.
상기 도전성 접합부는 경화도가 70 내지 97%일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 구리 패턴을 갖는 PCB 및 구리 패턴을 갖는 FPCB 사이에 수지, 및 도전성 금속을 포함하는 이방 도전성 필름을 개재하여 적층체를 제공하는 단계; 및 상기 적층체를 가열 및 가압하여 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 PCB의 구리 패턴 및 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni 도금층 및 Au-Ni 도금층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 도금층을 갖는 것인 PCB 접합 방법이 제공된다.
상기 PCB 접합 방법에서, 상기 도전성 금속은 니켈, Sn-Bi 합금 및 Sn-Au-Cu 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 PCB 접합 방법에서, 상기 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계는 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 가압하여 열 융착에 의해 수행하는 것일 수 있다.
상기 PCB 접합 방법에서, 상기 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계는 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 동안 가압하여 초음파 융착에 의해 수행하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, PCB와 FPCB를 이방 도전성 필름으로 접합하여 구리 패턴 표면 사이의 전기적 연결을 형성할 뿐만 아니라, 접합 강도가 향상되어 전기적 접합 신뢰도를 개선할 수 있어, 안정적인 배터리 모듈을 얻을 수 있다.
상기한 효과는 본 발명의 일 구현예에 따른 것으로서, 여기에 기재되지 않은 다양한 효과가 본 발명의 각 구현예로부터 얻어질 수 있음을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 것이다.
도 1은 PCB와 FPCB를 이방 도전성 필름을 사용하여 접합하는 경우의 접합 매커니즘을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 ACF 접합에 의해 형성된 접합부의 단면을 촬영한 사진으로서, PCB의 구리 패턴 상에 Ni-Sn 합금층이 형성되어 있음을 나타낸다.
도 4는 ACF 접합에 의해 형성된 접합부의 단면을 촬영한 사진으로서, PCB의 구리 패턴 상에 Au-Ni-Sn-Bi 합금층이 형성되어 있음을 나타낸다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이방 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)으로 PCB와 FPCB를 접합한 배터리 모듈에 관한 것으로서, PCB와 FPCB의 접합 강도를 향상시켜 전기적 접합 신뢰도를 개선하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 구리 패턴을 갖는 PCB; 구리 패턴을 갖는 FPCB; 및 상기 PCB와 상기 FPCB를 접합하는 도전성 접합부를 포함하고, 상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴은 도전성 금속에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 PCB의 구리 패턴 및 상기 FPCB의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni-Sn 및 Au-Ni-Sn-Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 합금층을 갖는, 배터리 모듈이 제공된다.
PCB 및 FPCB는 각 기판의 일 면상에 구리 패턴을 포함하며, 상기 PCB 및 FPCB의 패턴은 동일한 패턴을 갖는 것으로서, PCB 및 FPCB의 패턴이 형성된 면을 서로 대면하였을 때 겹치는 구조를 갖는다. 즉, 두 패턴은 거울상을 갖는다.
본 발명은 상기 PCB와 FPCB의 구리 패턴 간을 전기적으로 연결하고자 하는 것으로서, 이방 도전성 필름을 사용하여 구리 패턴 간을 전기적으로 연결할 수 있다.
이방 도전성 필름은 열경화성 수지에 도전성 입자가 분산된 접착성 필름으로서, 이방 도전성 필름을 두 부품, 즉, PCB와 FPCB의 사이에 위치시킨 후 상기 열경화성 수지의 접착력에 의해 부품 상호 간을 접합시킨다. 이때, 상기 도전성 입자에 의해 두 부품을 접촉함으로써 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 이방 도전성 필름은 두 부품 간을 상기 도전성 입자에 의한 전기적 연결에 의해 두께 방향으로만 전류가 흐르도록 하며, 그 외의 다른 방향으로는 절연성을 제공할 수 있다.
이와 같은 이방 도전성 필름은, 열경화성 수지 및 도전성 금속을 포함할 수 있다. 상기 도전성 금속은 니켈, Sn-Bi 합금 및 Sn-Au-Cu 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 열경화성 수지는 도전성 금속을 고정하는 바인더 역할과 함께, 이방 도전성 필름에 의해 접합하고자 하는 PCB와 FPCB 간에 접착력을 제공하며, 나아가, 인접하는 전극 간에는 절연성을 제공하는 것으로서, PCB와 FPCB를 접합하는 도전성 접합부의 매트릭스로써 제공된다.
상기 열경화성 수지는 열에 의해 용융 가능한 열경화성 수지라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있다.
상기 열경화성 수지는 이방 도전성 필름에서 통상적으로 사용되는 수지를 사용할 수 있는 것으로서, 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 스타이렌-부티렌-스타이렌(SBS) 수지 및 에폭시 변성체, 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS) 수지 및 그 변성체, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 그 수소화체 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.　보다 구체적으로는 폴리우레탄 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
상기 열경화성 수지는 이방 도전성 필름에 포함되는 솔더볼의 용융온도보다 낮은 용융온도를 갖는 것일 수 있다. 상기 열경화성 수지의 용융온도가 솔더볼의 용융온도보다 높은 경우에는 이방 도전성 필름에 열을 가하여 접합하고자 하는 경우에 솔더볼이 용융되더라도 수지가 용융되지 않아 구리 패턴으로부터 외부로 흐르지 않을 수 있고, 이로 인해 솔더볼과 구리 패턴 사이에 수지가 잔존하여 전기적 연결을 저해할 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지는 용융온도가 40℃ 내지 80℃의 범위를 갖는 것일 수 있다.
상기 이방 도전성 필름은 니켈을 포함할 수 있다. 상기 니켈은 PCB와 FPCB 간에 전기적 연결을 제공하는 도전성 금속이다. 상기 니켈은 높은 용융온도를 갖는 것으로서, 이방 도전성 필름에 열과 압력을 가하여 접합할 때 용융하지 않고 입자 상태를 유지하여 구리 패턴 사이에서 전기적 연결을 형성할 수 있다.
상기 니켈은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 이방 도전성 필름의 전체 중량에 대하여 5 내지 30중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 니켈의 함량이 5중량% 미만이면 전도성이 낮은 문제가 있고, 30중량%를 초과하면 수지의 함량이 부족하게 되어 접착성, 기계적 강성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 니켈은 구형, 무정형상 등일 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 구형일 수 있다. 또한, 상기 니켈은 평균 입경이 3㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
상기 이방 도전성 필름은 또한 솔더볼을 포함할 수 있다. 상기 솔더볼은 도전성 금속으로서, 이방 도전성 필름으로 접합할 때 용융하여 구리 패턴 사이에 솔더링 합금층을 형성한다. 이로써 구리 패턴 간에 접촉면을 증대시켜 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 나아가, 상기 솔더링 합금층은 상기 니켈 주변에 형성됨으로써 상기 솔더링 합금층에 의해 구리 패턴 사이에 니켈 볼에 의한 전기적 접촉을 견고하게 유지할 수 있어 이방 도전성 필름에 의한 전기적 접합 신뢰도를 보다 향상할 수 있다.
상기 솔더볼은 특별히 한정하는 것은 아니지만, Sn-Bi 합금, Sn-Au-Cu 합금 등일 수 있다. 보다 구체적으로는 Sn-Bi 합금일 수 있다. 상기 솔더볼로서 Sn-Bi 합금을 사용하는 경우에는 녹는점이 낮아 수지가 용융되는 온도 범위에서 용융될 수 있어, 구리 패턴 간의 전기적 접촉을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 솔더볼은 수지 100중량부에 대하여, 20 내지 40중량부로 포함할 수 있다. 상기 솔더볼의 함량이 20중량부 미만이면 솔더볼의 융착 영역이 충분하게 형성되지 않아 전기적 접촉이 부족하게 되는 문제가 있고, 40중량부를 초과하면 수지 함량이 부족하게 되어 접착성 및 기계적 강성이 저하되는 문제가 있다.
나아가, 상기 솔더볼은 특별히 한정하지 않는 것으로서, 예를 들어, 3㎛ 내지 30㎛의 평균 입경을 갖는 것일 수 있다. 상기 솔더볼의 입경이 3㎛ 미만이면 도전 입자 사이의 공간을 충분히 메워주지 못하여 전기적 접촉이 부족하게 되는 문제가 있고, 30㎛를 초과하면 용융이 충분하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
상기와 같이, 이방 도전성 필름은 니켈과 솔더볼을 각각 포함할 수 있음은 물론, 함께 포함할 수 있다. 상기 이방 도전성 필름 내에 니켈과 함께 솔더볼을 포함하는 경우, 구리 패턴 간의 접촉 면적을 증대시키면서 전기적 연결을 보다 견고하게 형성할 수 있다.
상기 도전성 접합부는 실리카를 더 포함할 수 있다.
상기 실리카는 이방성 도전 접합부의 구조적 안정성을 부여할 수 있다. 상기 실리카는 접합 과정 중 경화 단계에서 온도를 낮출 때 경화되는 정도의 차이로 인해 이방 도전성 필름과 구리 패턴 간에 이격되는 현상을 억제한다. 이방 도전성 필름이 솔더볼을 고정하도록 함으로써, 구조적 안정성을 부여할 수 있다.
상기 실리카는 수지 100중량부에 대하여 30중량부 이하로 포함할 수 있다. 상기 이방 도전성 필름에 실리카가 존재하지 않는 경우, 접합 과정에서 들뜨는 현상이 발생하여 구조적 안정성이 저하될 수 있고, 실리카 함량이 30중량부를 초과하면 니켈 입자나 솔더링 합금층과 구리 패턴 간에 실리카가 개입되는 끼임 현상이 발생하여, 오히려 전기적 연결을 방해할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 구리 패턴을 갖는 PCB 및 구리 패턴을 갖는 FPCB 사이에 수지 및 도전성 금속을 포함하는 이방 도전성 필름을 개재하여 적층체를 제공하는 단계; 및 상기 적층체를 가열 및 가압하여 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 PCB의 구리 패턴 및 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni 도금층 및 Au-Ni 도금층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 도금층을 갖는 것인 PCB 접합 방법이 제공된다.
구리 패턴을 갖는 PCB 및 구리 패턴을 갖는 FPCB 사이에 수지, 니켈, 및 Sn-Bi 합금을 포함하는 이방 도전성 필름을 개재하여 PCB-ACF-FPCB 적층체를 제공하고, 상기 PCB-ACF-FPCB 적층체에 대한 가열, 가압 하에 초음파 또는 열 융착으로 PCB 및 FPCB를 접합할 수 있다. 이에 의해 PCB와 FPCB 간의 접합 신뢰도를 향상할 수 있다. 이때, 상기 가열 및 가압에 의해 이방 도전성 필름의 수지가 용융하고, 용융된 수지는 구리 패턴의 서로 인접하는 전극 사이로 이동하면서 구리 패턴 사이에서 Sn-Bi 합금이 용융하여 니켈을 견고하게 지지할 수 있다.
이와 같이, 니켈의 점 접촉 및 Sn-Bi 합금의 용융에 의한 면 접촉으로 인해 PCB의 구리패턴과 FPCB의 구리패턴 간에 접촉면을 향상시켜 전기적 연결을 더욱 안정적으로 유지할 수 있으며, 수지에 의한 접합력, 실리카에 의한 접합층의 구조적 안정성 향상 및 Sn-Bi 합금과 구리와의 합금층 형성에 따른 접합력 향상을 통해 가혹한 운전 및 제조 조건 하에서도 전기적 접합 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 가열 및 가압은 수지 및 Sn-Bi 합금을 용융할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 초음파 또는 열 융착에 의해 수행할 수 있다. 이때, 상기 초음파 또는 열 융착은 상기 Sn-Bi 합금을 용융시킬 수 있는 조건으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 가압하여 열 융착에 의해 수행하는 것일 수 있다. 또는 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 동안 가압하여 초음파 융착에 의해 수행하는 것일 수 있다.
상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni 도금층을 가질 수 있다. 구리 패턴 표면에 Ni 도금층을 갖는 경우, 솔더볼과의 합금화가 더욱 잘 형성되도록 함으로써 보다 견고한 접합을 형성할 수 있다.
솔더볼로 Sn-Bi 합금을 사용하는 경우, 니켈은 상기 솔더볼에 있는 비스무스(Bi)와 친화력이 높아서, 솔더링 합금층을 더욱 안정적으로 형성할 수 있다. 이로 인해, 접합 시에 솔더볼 중 일부는 PCB 또는 FPCB의 구리패턴 표면상에 코팅되어 있는 Ni 도금층과 융합되어 구리 패턴과 솔더링 합금층 사이에 Ni-Sn 합금층, 보다 구체적으로 Ni3Sn4 층을 형성할 수 있다. 구리 패턴 상에 Ni 합금층이 형성됨으로써 접합 후에 구리 패턴 표면에 Ni-Sn 합금층을 가진 도전성 접합부를 도 3에 나타내었다.
상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴은 Ni-Au 도금층을 또한, 포함할 수 있다. PCB가 구리 패턴 표면에 Ni 도금층에 더불어 Ni-Au 도금층을 가지는 경우, 접합 시에 솔더볼 중 일부는 PCB 및 FPCB 표면상에 코팅되어 있는 Ni과 융합되어 Ni-Sn 합금층을 형성하고, 나머지 일부는 Ni-Au 도금층과 융합되어 Au-Ni-Sn-Bi 합금층을 형성할 수 있다.
이와 같은 Au-Ni-Sn-Bi 합금층이 형성된 예를 도 4에 나타내었다. 도 4는 PCB의 구리 패턴 표면에 Au-Ni-Sn-Bi 합금층을 갖는 접합부를 나타낸 것이다. 이와 같이, 구리 패턴과 솔더링 합금층 사이에 Au-Ni-Sn-Bi 합금층이 추가로 포함되는 경우, 구리 패턴 간에 더욱 안정한 전기적 연결을 제공하는 접합부를 형성할 수 있으며, 또한, 물리적 충격으로 인해 전기적 연결이 깨질 가능성을 더욱 낮출 수 있다.
본 발명에 따라 PCB와 FPCB 간에 도전성 접합부를 갖는 경우, 경화도가 70% 이상일 수 있고, 예를 들어, 70% 내지 97%일 수 있다. 여기서 경화도는 수지의 경화된 정도를 나타내는 것으로서, 경화도가 높을수록 수지의 구조적 안정성이 높다. 경화도가 70% 미만이면, 열, 수분, 열화 환경에서 물리적 강도가 떨어지는 문제가 있다. 경화도는 100%에 가까울수록 경화가 충분히 이루어진 것으로 볼 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PCB로는 1.6T 두께의 RF4를 사용하였고, FPCB로는 1mil 두께의 PEN을 사용하였다. PCB 표면에는 2oz 두께의 구리패턴이 형성되어 있고, FPCB의 표면에는 1oz 두께의 구리패턴이 형성되어 있다. PCB 및 FPCB의 구리 패턴은 5㎛ 두께의 Ni 도금층이 형성되어 있고, 5㎛ 두께의 Au-Ni 도금층이 형성되어 있다.
에폭시 수지, 상기 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 니켈 볼(평균 입자 사이즈 3-30㎛) 20중량부, Sn-Bi 합금 솔더볼(평균 입경 3-30㎛) 30중량부를 포함하고, 이방 도전성 필름을 사용하여 상기 PCB 및 FPCB 사이에 개재하여 적층체를 제조하였다.
상기 적층체에 185℃ 온도의 열을 10초 동안 가하고, 3.7MPa의 압력을 10초 동안 가하여 열융착함으로써 PCB와 FPCB 사이에 도전정 접합층을 형성하여 상기 도전성 접합층에 의해 PCB와 FPCB를 접합하였다.
이에 의해 얻어진 도전성 접합층의 경화도를 FTIR 분석으로 측정하였고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 2
185℃의 온도에서 20초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 20초 동안 가압하여 열융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 3
210℃의 온도에서 10초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 10초 동안 가압하여 열융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 4
210℃의 온도에서 20초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 20초 동안 가압하여 열융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 5
185℃의 온도에서 15초 동안 가열하고, 2.5MPa의 압력으로 15초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 6
185℃의 온도에서 9초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 30초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 7
185℃의 온도에서 9.5초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 9.5초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 8
210℃의 온도에서 14초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 14초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 1
185℃의 온도에서 9초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 9초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
구리 패턴 표면과 솔더링 합금층 사이에 수지가 남아있었다. 수지가 남아있는 이유로는 접합의 열이 충분하지 않거나, 접합 시간이 충분하지 않아 구리와 솔더링 합금층 사이에 수지가 잔존하는 것일 수 있거나, 또는 접합 이후에 압력을 충분히 유지시켜 주지 않아 수지가 다시 흘러들어간 것일 수 있다.
실시예 9
195℃의 온도에서 14초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 14초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
금속 간 화합물 층(Intermetallic Layer) 분석 결과, 구리 패턴과 솔더볼 사이에 공극(void) 및 수지가 존재하지 않았다. 즉, 금속 간 화합물층이 견고하게 형성되었다. 솔더볼의 Sn-Bi 입자 크기는 작게 관찰되었다.
실시예 10
PCB 및 FPCB의 구리 패턴 상에 Au-Ni 도금층이 형성되고, 190℃의 온도에서 9.5초 동안 가열하고, 3.7MPa의 압력으로 9.5초 동안 가압하여 초음파 융착으로 접합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로 경화도를 측정하고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
접합 경화도(%)
융착 방법 온도(℃) 가열 시간(s) 압력 (MPa) 가압 시간(s)
실시예 1 열융착 185 10 3.7 10 70
실시예 2 열융착 185 20 3.7 20 75
실시예 3 열융착 210 10 3.7 10 70
실시예 4 열융착 210 20 3.7 20 75
실시예 5 초음파 융착 185 15 2.5 15 80
실시예 6 초음파 융착 185 9 3.7 30 95
실시예 7 초음파 융착 185 9.5 3.7 9.5 90
실시예 8 초음파 융착 210 14 3.7 14 95
비교예 1 초음파 융착 185 9 3.7 9 80
실시예 9 초음파 융착 195 14 3.7 14 97
실시예 10 초음파 융착 190 9.5 3.7 9.5 90
실시예 9의 경화도는 97%이었다. 비교예 1에 비하여 경화도는 약 17% 향상되었다. 온도를 높이고, 가열시간 및 가압시간을 늘리면 경화도 및 효율(패턴/전체 면적)이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다.
그리고, 실시예 10의 경화도는 90%이었다. 비교예 1에 비하여 경화도는 약 10% 향상되었다. Au-Ni 도금층이 없는 실시예 9에 비하여 낮은 온도에서 짧은 시간 동안 융착하였음에도 높은 경화도를 얻을 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
101: PCB
102: FPCB
103: 구리 패턴
104: 이방 도전성 필름
105: 도전성 접합부
106: 수지
107: 니켈
108: 솔더볼
109: 솔더링 합금층

Claims (10)

  1. 구리 패턴을 갖는 PCB; 구리 패턴을 갖는 FPCB; 및 상기 PCB와 상기 FPCB를 접합하는 도전성 접합부를 포함하고,
    상기 PCB의 구리 패턴과 상기 FPBC의 구리 패턴은 도전성 금속에 의해 전기적으로 연결되고,
    상기 PCB의 구리 패턴 및 상기 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni-Sn 및 Au-Ni-Sn-Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 합금층을 갖는, 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 금속은 니켈, Sn-Bi 합금 및 Sn-Au-Cu 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 접합부는 수지를 포함하는 것인 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도전성 접합부는 실리카를 더 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리카는 수지 100중량부에 대하여 0중량부 초과 30중량부 이하로 포함하는 것인 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도전성 접합부는 경화도가 70 내지 97%인 배터리 모듈.
  7. 구리 패턴을 갖는 PCB 및 구리 패턴을 갖는 FPCB 사이에 수지, 및 도전성 금속을 포함하는 이방 도전성 필름을 개재하여 적층체를 제공하는 단계; 및
    상기 적층체를 가열 및 가압하여 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계를 포함하고,
    상기 PCB의 구리 패턴 및 FPBC의 구리 패턴 중 적어도 하나는 Ni 도금층 및 Au-Ni 도금층으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 도금층을 갖는 것인 PCB 접합 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도전성 금속은 니켈, Sn-Bi 합금 및 Sn-Au-Cu 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 PCB 접합 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계는 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 가압하여 열 융착에 의해 수행하는 것인 PCB 접합 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 PCB 및 FPCB를 접합하는 단계는 185 내지 210℃의 온도에서 3 내지 60초 동안 가열하고, 1MPa 내지 5MPa의 압력으로 3 내지 60초 동안 가압하여 초음파 융착에 의해 수행하는 것인 PCB 접합 방법.
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