WO2015009087A1 - 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체 및 이를 구비한 배터리팩 - Google Patents

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황호석
박종운
강향원
박승용
송성호
정다운
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Definitions

  • the present invention relates to a holder for mounting a battery protection circuit module package and a battery pack having the same, and more particularly, to a holder for mounting a battery protection circuit module package configured to miniaturize the battery pack and the same. It relates to a battery pack provided.
  • a typical battery may include a protection circuit device that detects overcharge, overdischarge, and overcurrent and blocks battery operation.
  • a conventional protection circuit device is generally formed by soldering a protection IC, a field effect transistor, a resistor, a capacitor, and the like to a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the conventional protection circuit device has a problem in that the space occupied by the printed circuit board is so large that there is a limit to miniaturization.
  • a process of electrically connecting the external connection terminal or the internal connection terminal through separate wiring, wire bonding, or exposed terminals of the printed circuit board is complicated and easy. There was a problem.
  • the present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object thereof is to provide a battery pack and a method of manufacturing the battery pack configured to easily miniaturize and integrate the battery pack.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled includes a basic package having a lead frame including a plurality of spaced leads and a protection circuit component on the lead frame; And an encapsulant and a holder formed at the same time by placing the basic package inside the first injection mold and injecting a melt of resin to insert injection molding.
  • the encapsulant seals the protection circuit component while exposing a part of the lead frame, the encapsulant and the basic package constitute a battery protection circuit module package, and the holder is the battery protection circuit by the insert injection molding.
  • a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled includes a lead frame including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame, and an encapsulant for sealing the protection circuit component.
  • a battery protection circuit module package having; And a holder formed in combination with the battery protection circuit module package by placing the battery protection circuit module package inside the first injection mold and injecting a resin melt into insert injection molding.
  • the lead frame may be disposed at both edge portions thereof, and may be exposed by the encapsulant and may be electrically connected to an electrode portion of the battery core pack.
  • a device mounting lead disposed between the first internal connection lead and the second internal connection lead, and on which the protection circuit component is mounted.
  • the protection circuit component includes a protection IC, a field effect transistor, and at least one passive element, wherein the passive element is at least part of the plurality of spaced leads.
  • the battery protection circuit module package is further arranged to further include an electrical connection member configured to electrically connect any two selected from the group consisting of the protection IC, the field effect transistor, and the plurality of leads.
  • the battery protection circuit can be configured without using a printed circuit board.
  • the electrical connection member may include a bonding wire or a bonding ribbon.
  • the protection IC and the field effect transistor are not inserted into and fixed in the form of a semiconductor package on the lead frame, but the surface of the lead frame by surface mounting technology. On at least a portion of the, it can be mounted and fixed in the form of a chip die (chip die) not sealed with a separate encapsulant.
  • the holder is a body portion formed of the resin; And at least one through hole formed in the body part, wherein at least a part of the battery protection circuit module package may be electrically connected to the electrode part of the battery core pack through the through hole.
  • one end of the holder is embedded and fixed by the body part, and the other end thereof protrudes and extends from the body part to be joined to the upper surface of the battery core pack. It may be fixed, the fixing plate made of a metal; may further include.
  • the structure is bonded to the battery core pack using at least one selected from the group consisting of laser welding, resistance welding, soldering, conductive adhesive, and conductive tape. Can be.
  • a battery pack includes a structure in which the battery protection circuit module package and a holder are coupled to each other; A battery core pack bonded to the structure; And an upper case formed by combining the structure and the battery core pack together in a second injection mold and injecting a molten resin to insert injection molding to form at least a portion selected from the structure and the battery core pack. do.
  • a method of manufacturing a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled to each other including: a lead frame including a plurality of spaced leads and a protection circuit component on the lead frame.
  • the encapsulant exposes a portion of the lead frame and seals the protection circuit component, the encapsulant and the basic package constitute a battery protection circuit module package, and the holder is the battery protection circuit by the insert injection molding.
  • a method of manufacturing a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled includes a lead frame including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame, and the protection circuit component.
  • the step of forming the encapsulant and the holder at the same time further comprises a fixing plate made of a metal inside the first injection mold, the molten resin It may include; forming a holder having a body portion for embedding a portion of the fixed plate by insert injection molding by injection of water.
  • a method of manufacturing a battery pack comprising: providing a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are combined; Bonding the structure to a battery core pack; Disposing the battery core pack bonded to the structure inside a second injection mold; And inserting a molten resin of the resin into the second injection mold to insert insert molding to form an upper case coupled to at least a portion selected from the structure and the battery core pack.
  • a battery pack includes a base package having a lead frame composed of a plurality of spaced leads and a protection circuit component on the lead frame, and the base package disposed inside the first injection mold, A joining structure having an encapsulant and a holder formed by injecting molten material and insert-molding the molten material; A battery core pack coupled to the junction structure; And an upper case casing the upper portion of the battery core pack while embedding the junction structure.
  • the encapsulant seals the protection circuit component while exposing a part of the lead frame, the encapsulant and the basic package constitute a battery protection circuit module package, and the holder is formed by the insert injection molding. It is bonded with the battery protection circuit module package.
  • a method of manufacturing a battery pack including: providing a base package having a lead frame composed of a plurality of spaced leads and a protection circuit component on the lead frame; By inserting the molten resin of the resin into the first injection mold and insert-molding inside the first injection mold to expose a part of the lead frame and simultaneously forms an encapsulant and a holder for sealing the protection circuit components, thereby And the encapsulant and the basic package constitute a battery protection circuit module package and the holder is joined to the battery protection circuit module package by the insert injection molding to form a junction structure, wherein the junction structure is a battery core pack. Coupling to an upper surface of the; And casing an upper portion of the battery core pack into an upper case while embedding the junction structure.
  • a battery pack includes a battery protection circuit module package including a lead frame including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame, and an encapsulant for sealing the protection circuit component.
  • a battery core pack coupled to the junction structure; And an upper case casing the upper portion of the battery core pack while embedding the junction structure.
  • a method of manufacturing a battery pack including a lead frame including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame, and an encapsulant for sealing the protection circuit component.
  • the battery protection circuit module is disposed in the first injection mold, the resin melt is injected into the first injection mold, and the insert injection molding to form a holder combined with the battery protection circuit module package, Providing a bonding structure in which a module package and the holder are bonded; Coupling the junction structure to an upper surface of a battery core pack; And casing an upper portion of the battery core pack into an upper case while embedding the junction structure.
  • a holder for mounting a battery protection circuit module package may support the battery protection circuit module package on the upper surface of the battery core pack, made of a resin; And a metal plate, one end of which is embedded and fixed by the body part, and the other end of which is fixed to be protruded and extended from the body part to be bonded to and fixed to an upper surface of the battery core pack.
  • the fixed plate In the holder for mounting the battery protection circuit module package, by placing the fixed plate inside the injection mold and injecting the molten resin of the resin by insert injection molding, one end of the fixed plate to the body portion It can be embedded and fixed by.
  • the fixing plate In the holder for mounting the battery protection circuit module package, the fixing plate may be bent in a Gull-Form form.
  • a method of manufacturing a holder capable of mounting a battery protection circuit module package including: disposing a fixing plate made of metal in an injection mold; And insert injection molding by injecting molten resin of resin into the injection mold having the fixed plate disposed therein, thereby embedding and fixing one end of the fixed plate, and supporting a battery protection circuit module package. It comprises; a.
  • a method of manufacturing a battery pack including: providing a holder in which the battery protection circuit module package described above may be mounted; Fixing the holder to the battery core pack by bonding the fixing plate to an upper surface of the battery core pack; And mounting the battery protection circuit module package on the holder.
  • the process is simplified to reduce the manufacturing cost, the bonding force between the components can be improved to improve the quality of the battery pack.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a battery protection circuit to be implemented by the battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement structure of a stacked chip constituting a part of a battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a modified battery protection circuit to be implemented by the battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a structure of a basic package constituting a part of a battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a structure of a basic package constituting a part of a battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a configuration of disposing a basic package constituting a part of a battery protection circuit module package in an injection mold in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a modified example of a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a configuration in which a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled to a battery core pack in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a modified configuration in which a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled to a battery core pack in a battery pack, according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating another modified structure in which a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled to a battery core pack in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 15 is a conceptual view illustrating a configuration of disposing a core pack in which a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled in a injection mold in a method of manufacturing a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery pack according to other embodiments of the present invention.
  • FIG. 17 is a conceptual view illustrating a configuration of disposing a battery protection circuit module package in an injection mold in the method of manufacturing a battery pack according to other embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a holder for mounting a battery protection circuit module package and a method of manufacturing a battery pack using the same, according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which a fixing plate is disposed in an injection mold in a method of manufacturing a holder for mounting a battery protection circuit module package according to some other embodiments of the present disclosure.
  • 20 is a diagram illustrating a holder capable of mounting a battery protection circuit module package according to some other embodiments of the present disclosure.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • top or “above” and “bottom” or “bottom” may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the exemplary term “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the figure. If the device faces in the other direction (rotated 90 degrees relative to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.
  • a lead frame is a structure in which lead terminals are patterned on a metal frame, and may be distinguished from a printed circuit board having a metal wiring layer formed on an insulating core in structure or thickness thereof.
  • FIG 1 and 2 are a perspective view and an exploded perspective view illustrating a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • the battery pack 800 may include a battery core pack 600, a holder 400, a battery protection circuit module package 300, and an upper case 700. ).
  • the battery pack 800 may further include a lower case (not shown) coupled to the lower surface 650 of the battery core pack 600.
  • the battery core pack 600 may include one or at least two unit cells capable of charging and discharging.
  • the unit cell may be a secondary battery, for example, may be a lithium secondary battery.
  • the unit cell may be a polymer type secondary battery.
  • the plurality of unit cells may be connected to each other in series or in parallel to form a core pack 600.
  • the number or connection method of the unit cells constituting the core pack 600 is not limited thereto and may be variously configured.
  • the core pack 600 may supply power to various electronic devices, including, for example, mobile terminals such as mobile phones, smart phones, PDAs, smart pads, and tablet computers.
  • the battery core pack 600 may be understood as a battery bare cell including an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound through a separator, and a cap assembly that seals the electrode assembly while exposing the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
  • the electrode assembly may include, for example, a positive electrode plate formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector, and interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent short circuit between two positive electrode plates, and It may consist of a separator that enables the movement of ions.
  • the positive electrode tab attached to the positive electrode plate and the negative electrode tab attached to the negative electrode plate are drawn out to the electrode assembly.
  • the cap assembly includes a negative electrode terminal 610, a gasket 620, a cap plate 630, and the like.
  • the cap plate 630 may serve as a positive electrode terminal.
  • the negative electrode terminal 610 may be referred to as a negative electrode cell or an electrode cell.
  • the gasket 620 may be formed of an insulating material to insulate the negative electrode terminal 610 from the cap plate 630.
  • the electrode unit of the battery core pack 600 may include a negative electrode terminal 610 and a cap plate 630. That is, the electrode part of the battery core pack 600 has a plate 630 of a first polarity (for example, a positive electrode) and an electrode cell of a second polarity (for example, a negative electrode) disposed in the center of the plate 630. 610).
  • the battery protection circuit module package 300 is mounted on the top surface 640 of the battery core pack 600 via the holder 400.
  • the holder 400 may include a body part 420 formed of a resin, and optionally, may further include at least one through hole 440 formed in the body part 420.
  • the holder 400 serves as a guide for accurately aligning and mounting the battery protection circuit module package 300 on the top surface 640 of the battery core pack 600.
  • the battery protection circuit module package 300 is a battery. It may serve as a fixing part to be firmly fixed on the upper surface 640 of the core pack 600.
  • the shape, shape or number of the body 420 or the through hole 440 constituting the holder 400 may be appropriately changed and designed to effectively perform such a role.
  • the battery protection circuit module package 300 includes a lead frame 50 including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame 50, and an encapsulant 250 for sealing the protection circuit component. can do.
  • the encapsulant 250 exposes a part of the lead frame 50.
  • a lead B + for the first internal connection terminal and a lead for the second internal connection terminal disposed at both ends of the lead frame 50 may be exposed.
  • B-) is exposed, and further, disposed between the first internal connection lead B + and the second internal connection lead B-, and the plurality of external connection terminals P +, P- and CF.
  • the lead for the external connection terminal can be exposed.
  • the encapsulant 250 and the holder 400 may be formed at the same time by the first insert molding, and the encapsulant 250 and the holder 400 are made of resin of the same material. Can be.
  • the holder 400 may be coupled to the battery protection circuit module package 300 by the first insert injection molding.
  • the holder 400 may be bonded to the encapsulant 250 and / or the lead frame 50 by the first insert injection molding.
  • the holder 400 and the battery protection circuit module package 300 are spaced apart from each other, but in practice, the holder 400 and the battery protection circuit module package 300 are joined by the first insert injection molding.
  • the structure (500 of FIG. 10) is coupled onto the top surface 640 of the battery core pack 600.
  • a portion of the battery protection circuit module package 300 may be electrically connected to the electrode portion of the battery core pack 600 through the through hole 440 of the holder 400.
  • the lead B- for the second internal connection terminal constituting the lead frame 50 of the battery protection circuit module package 300 is the battery core pack 600 through the through hole 440 of the holder 400. And may be electrically connected to the electrode cell 610.
  • the upper case 700 has a bonding structure (500 in FIG. 10) while casing the upper portion of the battery core pack 600.
  • the prefabricated upper case 700 may be coupled with the top of the battery core pack 600 in a variety of ways, such as, for example, by prefabricated fastening, by welding and / or by adhesive.
  • the upper case 700 may be made of at least one selected from resins, metals, ceramics, and composite materials.
  • the bonding structure (500 of FIG. 10) is placed in the second injection mold the battery core pack 600 bonded to the upper surface 640, the injection of the melt of the resin to insert the second insert molding
  • a method of forming the case 700 may also be possible.
  • the upper case 700 may be made of resin, and a through hole 750 may be formed in a portion corresponding to the external connection terminals P +, CF, and P ⁇ of the lead frame 50 so as to be exposed.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • a method of manufacturing a bonded structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled includes a basic package having a lead frame composed of a plurality of spaced leads and a protection circuit component on the lead frame.
  • Providing step (S110), placing the basic package in the first injection mold (S120), and the injection molding by inserting the resin melt into the first injection mold, thereby forming the encapsulant and the holder at the same time It includes a step (S130).
  • step S130 As a result of performing step S130, a junction structure in which the battery protection circuit module package and the holder are coupled to each other is implemented.
  • the battery protection circuit 10 may include first and second internal connection terminals B + and B ⁇ to be connected to a battery cell, and may be connected to a charger.
  • the first external connection terminal P + and the third external connection terminal P- among the first to third external connection terminals P +, CF, and P- are for power supply and the other external connection terminal is
  • the second external connection terminal CF may be configured to charge the battery by classifying the battery.
  • the second external connection terminal CF may apply a thermistor, which is a component that senses the battery temperature during charging, and other functions are applied and used as a terminal.
  • the battery protection circuit 10 includes a dual field effect transistor chip 110, a protection IC 120, a resistor R1, R2, R3, a varistor V1, and a capacitor C1, C2. It may have a connection structure of.
  • the dual field effect transistor chip 110 includes a first field effect transistor FET1 and a second field effect transistor FET2 having a drain common structure.
  • the protection integrated circuit unit 120 is connected to the first internal connection terminal B +, which is a positive terminal of the battery, through a resistor R1, and is supplied with a charge voltage or a discharge voltage through the first node n1.
  • Terminal for detecting battery voltage (VDD terminal), reference terminal (VSS terminal) as a reference for the operating voltage inside the protection IC 120, sensing terminal (V-terminal), over-discharge for detecting the charge and discharge and overcurrent conditions
  • VDD terminal battery voltage
  • VSS terminal reference terminal
  • V-terminal sensing terminal
  • DO terminal for turning off the first field effect transistor FET1 in all states
  • C0 terminal for turning off the second field effect transistor FET2 in the overcharge state.
  • the inside of the protection IC 120 includes a reference voltage setting unit, a comparison unit for comparing the reference voltage and the charge / discharge voltage, an overcurrent detector, and a charge / discharge detector.
  • the criterion for determining the charge and discharge states can be changed to a specification required by the user, and the charge / discharge state is determined by recognizing the voltage difference of each terminal of the protection IC 120 according to the determined criterion.
  • the DO terminal goes low to turn off the first field effect transistor FET1
  • the overcharge state reaches the overcharge state
  • the CO terminal goes low.
  • the field effect transistor FET2 is turned off, and when the overcurrent flows, the second field effect transistor FET2 is charged during charging and the first field effect transistor FET1 is turned off when discharging.
  • the resistor R1 and the capacitor C1 serve to stabilize the fluctuation of the power supply of the protection IC 120.
  • the resistor R1 is connected between the first node n1, which is the power supply V1 of the battery, and the VDD terminal of the protection IC 120, and the capacitor C1 is connected between the VDD terminal and the VSS terminal of the protection IC. do.
  • the first node n1 is connected to the first internal connection terminal B + and the first external connection terminal P +.
  • the value of the resistor R1 is set to an appropriate value of 1 K? Or less.
  • the value of the capacitor C1 may have an appropriate value of 0.01 ⁇ F or more, for example, 0.1 ⁇ F.
  • resistors R1 and R2 become current limiting resistors when the high voltage charger or the charger exceeding the absolute maximum rating of the protection IC 120 is connected upside down.
  • the resistor R2 is connected between the V-terminal of the protection IC 120 and the second node n2 to which the source terminal S2 of the second field effect transistor FET2 is connected. Since the resistors R1 and R2 may cause power consumption, the sum of the resistance values of the resistors R1 and R2 is usually set to be larger than 1 K ⁇ . If the resistor R2 is too large, no recovery may occur after the overcharge cutoff, and thus the value of the resistor R2 is set to a value of 10 K? Or less. For example, resistor R1 may have a value of 1K ⁇ and resistor R2 may have a value of 2.2K ⁇ .
  • the capacitor C2 has a structure connected between the second node n2 (or the third external connection terminal P-) and the source terminal S1 (or VSS terminal) of the first field effect transistor FET1. .
  • the capacitor C2 does not significantly affect the characteristics of the battery protection circuit product, but is added for the user's request or stability.
  • the capacitor C2 is for the effect of stabilizing the system by improving resistance to voltage fluctuations or external noise.
  • the value of the capacitor C2 may be, for example, 0.1 ⁇ F.
  • the resistor R3 and the varistor V1 are elements for ESD protection and surge protection.
  • the resistor R3 and the varistor V1 are connected in parallel to each other so that the second external connection terminal CF and the second node n2 are connected in parallel. (Or the third external connection terminal P-) is arranged to be connected.
  • the varistor (V1) is a device that lowers the resistance when an overvoltage occurs, and when the overvoltage occurs, the resistance is lowered to minimize circuit damage due to the overvoltage.
  • a battery protection circuit module configured by packaging the battery protection circuit 10 of FIG. 4 including external connection terminals P +, P-, CF, and internal connection terminals B +, B-.
  • a package of For example, passive elements such as resistors R1, R2, R3, varistors V1, and capacitors C1, C2; Protection IC 120;
  • the dual field effect transistor chip 110 may be sealed and packaged with an encapsulant (M of FIG. 4; 250 of FIG. 8) to implement a package of a battery protection circuit module.
  • the protection circuit according to some embodiments of the present invention described above is exemplary, and the configuration, number, arrangement, etc. of the protection IC, the field effect transistor, or the passive element may be appropriately modified according to the additional function of the protection circuit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement structure of a stacked chip constituting a part of a battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • the arrangement of the dual field effect transistor chip 110 and the protection IC 120 has a structure in which the dual field effect transistor chip 110 and the protection IC 120 are stacked up and down or adjacent to each other. It has a structure that is arranged.
  • a structure in which the protection IC 120 is stacked on the upper surface of the dual field effect transistor chip 110 may be adjacent to the left or right side of the protection IC 120, and thus the dual field effect transistor chip 110 may be formed. Can be deployed.
  • the dual field effect transistor chip 110 includes a first field effect transistor having a common drain structure and a second field effect transistor, that is, two field effect transistors, and an external terminal thereof includes a first gate terminal of the first field effect transistor ( A structure including a first source terminal S1 and a second gate terminal G2 and a second source terminal S2 of the second field effect transistor on the upper surface of the dual field effect transistor chip 110.
  • the common drain terminal may have a structure provided on the lower surface of the dual field effect transistor chip 110.
  • the protection IC 120 has a structure in which the protection IC 120 is stacked on the upper surface of the dual field effect transistor chip 110.
  • the protection IC 120 is stacked in a region (for example, a central portion) except for a portion where external terminals on the dual field effect transistor chip 110 are disposed.
  • an insulating film for insulation may be disposed between the protection IC 120 and the dual field effect transistor chip 110, and the protection IC 120 and the dual field effect transistor chip 110 may be bonded with an adhesive of an insulating material. Can be.
  • an arrangement structure in which the protection IC 120 is stacked on the dual field effect transistor chip 110 is adopted.
  • the DO terminal DO of the protection IC 120 is electrically connected to the first gate terminal G1 through a wire or a wiring.
  • the CO terminal CO of the protection IC 120 is electrically connected to the second gate terminal G2 through a wire or a wire.
  • the connection structure of the remaining terminals will be described later.
  • the protection IC 120 and the dual field effect transistor chip 110 having the stacked structure as described above may be understood as the structure of the stacked chip 100a.
  • an area to be mounted on a lead frame to be described later is introduced by introducing a protection IC 120 having a stacked structure and a stacked chip 100a of a dual field effect transistor chip. It is possible to reduce the size of the battery, thereby miniaturizing or increasing the capacity of the battery.
  • 6 is a circuit diagram of a modified battery protection circuit to be implemented by the battery protection circuit module package in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • 6 is a circuit diagram of a battery protection circuit in a case where the first field effect transistor, the second field effect transistor, and the protection IC are integrated and provided in one chip, and is an equivalent circuit diagram of FIG. 4.
  • the circuit is constructed by implementing the flip chip 100b in which the protection IC 120 of FIG. 4 and the two field effect transistors FET1 and FET2 of the common drain structure are integrated.
  • the same operation as described in 4 can be performed, but a simpler circuit can be implemented.
  • the flip chip 100b includes a first field effect transistor and a second field effect transistor having a common drain structure functioning as switching elements in overdischarge and overcharge states, and a protection IC circuit for controlling overdischarge and overcharge operations. .
  • the portion 100a including the protection IC 120 and the two field effect transistors FET1 and FET2 having the common drain structure is formed as one chip in FIG. 4.
  • the operation or circuit configuration of the chip 100b is the same as the operation or circuit configuration of the portion 100a including the protection IC 120 of FIG. 4 and the two field effect transistors FET1 and FET2 having a common drain structure.
  • the flip chip 100b is a voltage applying terminal VDD for applying charge and discharge voltages to one surface, a detection terminal V- for detecting a charge / discharge state, and a source terminal of the first field effect transistor.
  • the first source terminal S1 and the second source terminal S2, which is a source terminal of the second field effect transistor, are exposed as external terminals for external connection.
  • the external terminal since the discharge cutoff signal output terminal DO or the charge cutoff signal output terminal CO of the protection IC 120 is embedded in the flip chip 100b, the external terminal is not exposed.
  • the external terminals VDD, V-, S1, and S2 have solder ball structures for external connection and bonding, and are coupled by flip chip bonding.
  • the external connection terminals for the external connection and bonding coupling of the flip chip 100b may have a three-row, three-column arrangement structure, and the first row may include a voltage applying terminal (VDD) for applying a charge voltage and a discharge voltage.
  • VDD voltage applying terminal
  • the test terminal TP for the test and the detection terminal V- for detecting the charge / discharge state may be arranged in three columns, and in the second row, the first source terminal S1 may be arranged in a three-column structure. In the third row, the second source terminals S2 may be arranged in a three-column structure.
  • the flip chip 100b is electrically connected by soldering and coupling the external terminal portion to the lead that requires electrical connection without the need for a separate wire bonding, the electrical conductivity is improved compared to the wire bonding, the production cost is reduced, and the process can be simplified. This has the advantage of reducing the volume occupied.
  • a resistor R4 or a capacitor C4 is provided in place of varistor V1 in a surge protection circuit configured for surge protection such as electrostatic discharge (ESD).
  • ESD electrostatic discharge
  • the circuit for surge protection is configured to connect two resistors (R3, R4) in parallel, or to connect one resistor (R3) and one capacitor (C4) in parallel, and one resistor (R3) and one It can be configured by selecting any one of the configuration for connecting the varistor (V1) of the parallel.
  • a package of a battery protection circuit module configured by packaging the battery protection circuit of FIG. 6 including external connection terminals P +, P-, CF and internal connection terminals B +, B- may be implemented.
  • passive elements such as resistors R1, R2, R3, R4, varistors V1, and capacitors C1, C2, C3;
  • a flip chip 100b may be sealed and packaged with an encapsulant M to implement a package of a battery protection circuit module.
  • FIG. 7 and 8 are a plan view and a perspective view illustrating a structure of a basic package constituting a part of a battery protection circuit module package in a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the basic package 200a includes a lead frame 50 and protection circuit components 100a and 130 mounted on the lead frame 50.
  • the upper surface 50a of the lead frame 50 may be a surface on which the protection circuit components 100a and 130 are mounted, and the lower surface of the lead frame 50 may be opposite to the upper surface 50a.
  • a portion of the lead frame 50 corresponding to the external connection terminal region A2 may be plated in whole or in part.
  • the plating material may be at least one selected from gold, silver, nickel, tin and chromium.
  • the lead frame 50 includes the first internal connection terminal region A1, the external connection terminal region A2, the protection circuit region of the device region A3 and the chip region A4, and the second internal connection terminal region A5. It has a structure arranged sequentially.
  • the protection circuit region is disposed between the external connection terminal region A2 and the second internal connection terminal region A5, and the arrangement order of the device region A3 and the chip region A4 may be changed in various ways.
  • the first internal connection terminal area A1 and the second external terminal area A5 are provided at both edge portions of the package module, respectively, and are connected to the electrode parts of the battery core pack 600 to be electrically connected to the first internal connection area.
  • a first internal connection terminal lead B + serving as a terminal and a second internal connection terminal lead B- serving as a second internal connection terminal are disposed, respectively.
  • the first internal connection lead B + may be bonded to the positive electrode tab of the battery cell
  • the second internal connection lead B- may be bonded to the negative electrode tab of the battery cell.
  • the kind of the polarity to be joined may be configured in reverse.
  • the external connection terminal region A2 is adjacent to the first internal connection terminal region A1 and leads to the first to third external connection terminals P +, which are leads for a plurality of external connection terminals, which function as a plurality of external connection terminals.
  • CF and P-) are each disposed sequentially.
  • the order of arranging the first to third external connection leads P +, CF, and P ⁇ may vary.
  • the lead P + for the first external connection terminal and the lead B + for the first internal connection terminal are connected to each other. That is, the first internal connection lead B + is configured to extend from the first external connection lead P +, or the first external connection lead P + is formed from the first internal connection lead B +. It may be extended.
  • the first internal connection terminal lead B + may be spaced apart from the first external connection terminal lead P +.
  • the exemplary number, uses, and arrangements of the leads of the external connection terminal region A2 described above may be appropriately modified as necessary.
  • the device region A3 is for arranging the plurality of passive elements 130, R1, R2, R3, C1, C2, C3, and V1 of the battery protection circuit, for example.
  • First and sixth lead elements L1, L2, L3, L4, L5, and L6 including a plurality of conductive lines may be disposed.
  • the first to third passive element leads L1, L2 and L3 may have a sequential arrangement structure on an upper side of the device region A3, and the fourth to sixth passive element leads L4.
  • L5 and L6 may have a structure disposed below the device region A3.
  • the first passive element lead L1 is disposed in a predetermined size in the element region A3 adjacent to the external connection terminal region A2, and the second passive element lead L2 is the first passive element lead L1.
  • the third passive element lead L3 may be disposed to have a predetermined size in the element region A3 adjacent to the chip region A4 and adjacent to the second passive element lead L2.
  • the fourth passive element lead L4 is disposed in a predetermined size in the element region A3 adjacent to the external connection terminal region A2, and the fifth passive element lead L5 and the sixth passive element lead L6 are fixed. ) May be disposed adjacent to the fourth passive element lead L1 in a form in which the fifth passive element lead L5 surrounds the sixth passive element lead L6.
  • the lead frame 50 may be composed of a plurality of leads spaced apart from each other, and the passive element 130 may electrically connect at least some of the plurality of spaced leads to each other. It may be arranged to. For example, at least one of the passive elements R1, R2, R3, C1, C2, C3, and V1 may be disposed over one lead selected from among the plurality of leads spaced apart from each other and the other lead.
  • the chip area A4 is an area in which the protection IC 120 and the dual field effect transistor chip 110 constituting the battery protection circuit are disposed adjacent to the device area A3 and are disposed, for example, the stacked chip 100a. );
  • the die pad DP for mounting the flip chip 100b may be disposed.
  • the die pad DP may be electrically connected to a common drain terminal of the dual field effect transistor chip 110 constituting the stacked chip 100a, and may be exposed during packaging of a subsequent process to function as an external connection terminal. At the same time, it is possible to improve heat dissipation characteristics.
  • the protection IC chip and the field effect transistor chip may be provided separately from each other.
  • the stacked chip 100a is mounted on the die pad DP of the chip region A4, and the reference voltage terminal VSS of the protection IC 120 constituting the stacked chip 100a is firstly formed.
  • the wire may be electrically connected to the source terminal of the field effect transistor FET1 or the lead L3 for the third passive element.
  • the protection IC 120 electrically connects a voltage applied with the charge voltage and the discharge voltage and a terminal VDD sensing the battery voltage through the second passive element lead L2 and the bonding wire 220.
  • the detection terminal V ⁇ may be electrically connected to the sixth passive element lead L6 through the bonding wire 220 to detect the charge / discharge and overcurrent states of the protection IC 120.
  • the source terminal S1 of the first field effect transistor FET1 is electrically connected to the third passive element lead L3 through the bonding wire 220, and the like.
  • the source terminal S1 of the second field effect transistor FET2 is connected to the source terminal S1.
  • S2 may be electrically connected through the fifth passive element lead L5 and the bonding wire 220.
  • the lead L1 for the first passive element and the lead P + for the first external connection terminal are electrically connected to each other through the bonding wire 220, and the like.
  • the lead B- for the connection terminal may be electrically connected through the bonding wire 220 or the like.
  • the fourth passive element lead L4 is electrically connected through the second external connection terminal lead CF and the bonding wire 220
  • the fifth passive element lead L5 is the third external connection terminal lead.
  • the first resistor R1 of the plurality of passive elements is disposed between the first passive element lead L1 and the second passive element lead L2, and the second resistor of the passive elements is a second resistor.
  • R2 may be disposed between the fifth passive element lead L5 and the sixth passive element lead L6.
  • the third resistor R3 constituting the surge protection circuit among the plurality of passive elements is disposed between the fourth passive element lead L4 and the fifth passive element lead L5, and among the plurality of passive elements.
  • the first capacitor C1 is disposed between the second passive element lead L2 and the third passive element lead L3, and the second capacitor C2 of the plurality of passive elements is used for the third passive element.
  • the lead L3 and the fifth passive element lead L5 may be disposed.
  • Varistor (V1) constituting the surge protection circuit of the plurality of passive elements is configured in parallel with the third resistor (R3) to the fourth passive element lead (L4) and the fifth passive element lead ( May be disposed between L5).
  • the basic package 200a implementing the battery protection circuit having the above-described arrangement structure may be understood as a structure before forming the encapsulant 250, and thereafter, molding the encapsulant 250 through a process such as molding the encapsulant 250.
  • the battery protection circuit module package 300 is implemented. That is, the protection circuit components 100a, 100b, and 130 are sealed in the basic package 200a illustrated in FIG. 8, and the first internal connection lead B + and the second internal connection terminal which are part of the lead frame 50 are sealed.
  • An encapsulant 250 exposing the lead B- may be formed to implement the battery protection circuit module package 300.
  • the leadframe 50 may be composed of a plurality of leads spaced apart from each other.
  • the passive element 130 may be arranged to connect at least some of the plurality of spaced leads.
  • the stacked chip 100a or the flip chip 100b including the protection IC and the field effect transistor may also be disposed to connect at least some of the plurality of spaced leads.
  • an electrical connection member 220 includes the protection IC, the field effect transistor (eg, the stacked chip 100a or flip chip 100b including the protection IC and the field effect transistor) and the plurality of leads. Any two selected from the group consisting of can be electrically connected.
  • the electrical connection member 220 may include a bonding wire or a bonding ribbon. Due to this configuration, the battery protection circuit module package according to some embodiments of the present invention may configure the battery protection circuit without using a separate printed circuit board.
  • the battery protection circuit module package 300 has a lead frame 50 having a plurality of mounting leads spaced apart from each other.
  • the battery protection circuit module package 300 may include an electrical connection member 220 such as a bonding wire or a bonding ribbon. Since the circuit is arranged on the leadframe 50, the process of designing and manufacturing the leadframe 50 for constructing the battery protection circuit can be simplified. In some embodiments of the present invention, if the electrical connection member 220 is not introduced in implementing the battery protection circuit component, the configuration of the plurality of leads constituting the lead frame 50 becomes very complicated, and thus, an appropriate lead frame ( It may not be easy to provide 50) effectively.
  • the battery protection circuit module package 300 according to some embodiments of the present invention, a protection IC chip; Field effect transistor chips; Alternatively, the stacked chip 100a or the flip chip 100b including the protection IC and the field effect transistor may not be inserted into and fixed in the form of a semiconductor package on the lead frame 50 and may be fixed to the surface mounting technology. As a result, at least a portion of the surface of the lead frame 50 may be mounted and fixed in the form of a chip die sawed from a wafer not sealed with a separate encapsulant.
  • the chip die is a sawing process without performing sealing on a wafer on which a plurality of array-type structures (for example, a protection IC chip and a field effect transistor chip) are formed with a separate encapsulant.
  • array-type structures for example, a protection IC chip and a field effect transistor chip
  • the protection IC chip on the lead frame 50 Field effect transistor chips; And a stacked chip (100a) or a flip chip (100b) including a protection IC and a field effect transistor; when mounting at least one selected from the group consisting of: IC chip protection by the encapsulant 250; Field effect transistor chips; Alternatively, since the stacked chip 100a or the flip chip 100b including the protection IC and the field effect transistor are sealed, the encapsulant may be formed only once in implementing the battery protection circuit module package 300. Can be.
  • a protection IC chip In contrast, a protection IC chip; Field effect transistor chips; Alternatively, when the multilayer chip 100a or the flip chip 100b including the protection IC and the field effect transistor are separately inserted and fixed or mounted on the PCB, one molding process is performed for each component first. If necessary, another molding process is additionally required for each component mounted after being fixed or mounted on a printed circuit board, which makes the manufacturing process complicated and the manufacturing cost high.
  • the basic package 200a described above is the result of performing the step S110 shown in FIG. 3, and then the steps S120 and S130 shown in FIG. 3 will be described.
  • the battery protection circuit module package according to some modified embodiments of the present invention it is also possible to configure a battery protection circuit using a printed circuit board, the technical spirit of the present invention even in this modified configuration step (S120) And step S130 may be applied.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which a basic package constituting a part of a battery protection circuit module package according to some embodiments of the present invention is disposed in an injection mold
  • FIG. 10 is a battery according to some embodiments of the present invention.
  • the basic package 200a is disposed in the first injection mold 510.
  • the basic package 200a may include, for example, a lead frame 50 including a plurality of leads spaced apart as described above, and protection circuit elements 100a and 130 on the lead frame 50.
  • the first injection mold 510 includes an upper mold 511 and a lower mold 512, and there is a molding space 534 that may be injection molded between the upper mold 511 and the lower mold 512.
  • the upper mold 511 may be formed with an injection hole 532 connected to the molding space 534 to inject a melt of the resin.
  • the shape of the molding space 534 illustrated in FIG. 9 is illustrated schematically, and in fact, design deformation may be appropriately performed according to the shape of the encapsulant 250 and the holder 400 to be implemented.
  • the holder 400 and the encapsulant are disposed by placing the basic package 200a inside the first injection mold 510 and injecting a melt of resin to insert injection molding. 250) can be formed simultaneously. That is, the holder 400 and the encapsulant 250 may be made of the same resin, and may be simultaneously formed in one process.
  • the encapsulant 250 seals the protection circuit elements 100a and 130 while exposing a part of the lead frame 50, and the encapsulant 250 and the base package 200a seal the battery protection circuit module package 300.
  • the holder 400 may implement a structure 500 to be bonded to the battery protection circuit module package 300 by the insert injection molding, for example, the holder 400 is the sealing material by the insert injection molding
  • the bonding structure 500 may be implemented to be bonded to the 250 and / or the lead frame 50.
  • the encapsulant 250 and the holder 400 may be simultaneously formed due to one process, an effect that the process may be simplified may be expected, and the holder 400 may insert the insert. Since the molding is bonded to the battery protection circuit module package 300 by molding, the effect of significantly improving the coupling force can be expected.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a modified example of a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled in a battery pack according to some embodiments of the present disclosure.
  • the holder 400 is made of metal, for example, nickel, and the fixing plate 490. ) May be included.
  • One end of the fixing plate 490 is embedded and fixed by the body part 420 constituting the holder 400, and the other end of the fixing plate 490 protrudes from the body part 420 and extends.
  • the other end of the fixing plate 490 may be bonded to and fixed to the upper surface 640 of the battery core pack 600.
  • the bonding method may include, for example, laser welding or resistance welding. If necessary, the fixing plate 490 may have a shape bent in a Gull-Form form.
  • the other end of the fixing plate 490 may be firmly fixed to the upper surface 640 of the battery core pack 600 by welding or the like, the bonded structure in which the battery protection circuit module package 300 and the holder 400 are coupled to each other. It is possible to prevent the 500 from being distorted on the upper surface of the battery core pack 600.
  • FIGS. 12 to 14 are perspective views illustrating a configuration in which a bonding structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled to a battery core pack in a battery pack according to some embodiments of the present invention.
  • the bonding is laser welding, resistance welding, soldering (soldering), conductive adhesive, and conductive tape At least one selected from the group consisting of may be used.
  • the junction structure 500 in which the battery protection circuit module package and the holder are illustrated in FIG. 10 is applied.
  • the assembly 680 in which the core pack 600 and the junction structure 500 are shown in FIG. 11 is applied to the junction structure 500 in which the battery protection circuit module package and the holder are illustrated in FIG. 11.
  • the junction structure 500 in which the battery protection circuit module package and the holder are coupled has a positive temperature coefficient 350 (PTC) added to one end of the battery protection circuit module package 300. Structure placed in.
  • PTC positive temperature coefficient 350
  • an assembly 680 in which the core pack 600 and the bonding structure 500 are coupled is disposed in the second injection mold 520.
  • the second injection mold 520 includes an upper mold 521 and a lower mold 522, and a molding space 544 exists between the upper mold 521 and the lower mold 522.
  • the upper mold 521 may be formed with an injection hole 542 connected to the molding space 544 through which a melt of resin may be injected.
  • the shape of the molding space 544 illustrated in FIG. 15 is illustrated schematically, and in fact, design deformation may be appropriately performed according to the shape of the upper case 700 to be implemented.
  • FIG. 7 by placing the assembly 680 combined with the core pack 600 and the structure 500 inside the second injection mold 520 and injecting a melt of resin to insert injection molding, FIG.
  • the upper case 700 coupled with at least a portion selected from the structure 500 coupled to the battery protection circuit module package and the holder illustrated in FIGS. 1 and 2 and the battery core pack 600 may be implemented.
  • the upper case 700 may be coupled to the structure 500 coupled with the battery protection circuit module package and the holder and / or the battery core pack 600 by insert injection molding. Since the upper case 700 is formed by insert injection molding, the coupling force of the upper case 700 may be remarkably improved.
  • the pre-fabricated upper The case 700 can be coupled to the top of the battery core pack 600 in a variety of ways, such as, for example, by prefabricated fastening, by welding and / or by adhesive.
  • the upper case 700 may be made of at least one selected from resins, metals, ceramics, and composite materials.
  • the junction structure 500 forms the upper case 700 by disposing a battery core pack 600 bonded to the upper surface 640 in a second injection mold and injecting a melt of resin to insert a second insert.
  • the upper case 700 can be combined by a simple casing operation without requiring a separate second injection mold.
  • FIG. 16 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a battery pack according to other embodiments of the present invention
  • Figure 17 is a battery protection circuit module package in the injection mold in the method of manufacturing a battery pack according to other embodiments of the present invention. It is a conceptual diagram illustrating the arrangement to arrange.
  • a method of manufacturing a structure in which a battery protection circuit module package and a holder are coupled includes a lead frame including a plurality of spaced leads, a protection circuit component on the lead frame, and a protection circuit component.
  • a junction structure in which the battery protection circuit module package and the holder are coupled to each other may be implemented, and the description of the battery protection circuit module package is described in the first embodiment. It is generally the same as described in the group.
  • the battery protection circuit module package 300 is a result of performing step S210 shown in FIG. 16, and then, steps S220 and S230 shown in FIG. 16 will be described.
  • the battery protection circuit module package 300 in which the encapsulant 250 is formed is disposed in the first injection mold 510.
  • the battery protection circuit module package 300 may include, for example, a lead frame 50 including a plurality of leads spaced apart as described above, the protection circuit components 100a and 130, and the encapsulant on the lead frame 50. 250 may be provided.
  • the first injection mold 510 includes an upper mold 511 and a lower mold 512, and there is a molding space 534 that may be injection molded between the upper mold 511 and the lower mold 512.
  • the upper mold 511 may be formed with an injection hole 532 connected to the molding space 534 to inject a melt of the resin.
  • the shape of the molding space 534 illustrated in FIG. 17 is illustrated schematically, and in fact, design deformation may be appropriately performed according to the shape of the holder to be implemented.
  • the holder 400 by placing the battery protection circuit module package 300 inside the first injection mold 510 and injecting a melt of resin to insert injection molding, the holder 400 as shown in FIG. ) Can be formed.
  • Holder 400 may implement a bonding structure 500 is bonded to the battery protection circuit module package 300 by the insert injection molding, for example, the holder 400 is a sealing material ( 250 and / or a bonding structure 500 bonded to the leadframe 50 may be implemented.
  • the coupling force since the holder 400 is coupled to the battery protection circuit module package 300 by insert injection molding, the coupling force may be remarkably improved.
  • the configuration of the bonded structure 500 according to the second embodiment described above may be applied to the configuration shown in Figures 10 and 11, the configuration of the assembly 680 according to the second embodiment described above is shown in FIG.
  • the configurations disclosed in 12 to 14 can be applied.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a holder for mounting a battery protection circuit module package and a method of manufacturing a battery pack using the same, according to still another embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the holder for mounting the battery protection circuit module package according to some other embodiments of the invention is a conceptual diagram illustrating a configuration of disposing a fixed plate in the injection mold
  • Figure 20 is another embodiment of the present invention Figures illustrating a holder for mounting a battery protection circuit module package according to the examples.
  • a method of manufacturing a holder for mounting a battery protection circuit module package may include inserting a metal mold fixing plate 490 into an injection mold 510. (S310) disposed in the interior; And insert injection molding by injecting molten resin of the resin into the injection mold 510 in which the fixed plate 490 is disposed, and embedding and fixing one end of the fixed plate 490 to support the battery protection circuit module package. It may include, forming a body portion 420 (S320).
  • the fixing plate 490 made of metal is disposed in the injection mold 510, the injection mold 510 includes an upper mold 511 and a lower mold 512. And, there is a molding space 534 that can be injection molded between the upper mold 511 and the lower mold 512.
  • the upper mold 511 may be formed with an injection hole 532 connected to the molding space 534 to inject a melt of the resin.
  • the shape of the molding space 534 illustrated in FIG. 19 is illustrated schematically, and in fact, design deformation may be appropriately performed according to the shape of the holder 400 to be implemented. Referring to FIGS.
  • the fixed plate 490 is disposed inside the injection mold 510, and the injection molding melt is injected into the body 420 to insert insert molding the fixed plate 490.
  • One end is embedded and fixed by the body portion 420.
  • the fixing plate 490 may have a shape bent in a Gull-Form form.
  • the fixing plate 490 is provided only on one side of the body portion 420, but if necessary, the fixing plate 490 may be provided on the other side of the body portion 420.
  • one fixing plate 490 may be provided at each of four sides of the body 420 to implement the holder 400 including four fixing plates 490 in total.
  • the holder 400 is bonded to the battery core pack by bonding the fixing plate 490 to the upper surface 640 of the battery core pack 600. Fixing to 600 (S330); And mounting the battery protection circuit module package 300 on the holder 400 (S340).
  • the process of bonding the fixing plate 490 to the top surface 640 of the battery core pack 600 is, for example, selected from the group consisting of laser welding, resistance welding, soldering, conductive adhesive, and conductive tape. It may include at least one.
  • an effect of preventing the body portion 420 of the holder 400 from being distorted from the upper surface 640 of the battery core pack 600 may be expected. That is, since the other end of the fixing plate 490 can be firmly fixed to the upper surface 640 of the battery core pack 600 by welding or the like, the holder 400 is distorted from the upper surface of the battery core pack 600.
  • the battery protection circuit module package 300 is frozen on the upper surface 640 of the battery core pack 600 accurately. Because of this, the effect that can be mounted can be expected.

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Abstract

본 발명은 공정을 단순화하고 접합력이 향상된 배터리팩 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임과 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는 기본 패키지 및 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 동시에 형성된 봉지재와 홀더를 구비하는 접합구조체; 상기 접합구조체와 결합된 배터리 코어팩; 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 케이싱(casing)하는 상부 케이스;를 포함하고, 상기 접합구조체에서 상기 봉지재는 상기 리드프레임의 일부를 노출시키면서 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하며, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며, 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 접합된, 배터리팩을 제공한다.

Description

배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체 및 이를 구비한 배터리팩
본 발명은 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더 및 이를 구비한 배터리팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 팩을 소형화할 수 있도록 구성된 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더 및 이를 구비한 배터리팩에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA 등의 휴대단말기 등에 배터리가 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 휴대단말기 등에 가장 널리 사용되는 배터리로 과충전, 과전류 시에 발열하고, 발열이 지속되어 온도가 상승하게 되면 성능열화는 물론 폭발의 위험성까지 갖는다. 따라서, 통상의 배터리에는 과충전, 과방전 및 과전류를 감지하고 배터리 동작을 차단하는 보호회로장치를 포함할 수 있다. 이러한 종래의 보호회로장치는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)에 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터, 저항, 및 커패시터 등을 납땜으로 접합시켜 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나 종래의 보호회로장치는 인쇄회로기판 등이 차지하는 공간이 너무 커서 소형화에 한계가 있다는 문제점이 있다. 또한, 상기 보호회로장치를 배터리 코어팩에 장착한 후에, 별도의 배선이나 와이어 본딩 또는 인쇄회로기판의 노출된 단자를 통해 외부 연결단자나 내부연결단자들과 전기적으로 연결시키는 공정이 복잡하고 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리팩을 용이하게 소형화 및 집적화할 수 있도록 구성된 배터리팩 및 그 제조방법들을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체는 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임과 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는, 기본 패키지; 및 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 동시에 형성된 봉지재와 홀더;를 포함한다. 상기 봉지재는 상기 리드프레임의 일부를 노출시키면서 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하며, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며, 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합된다.
본 발명의 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체는 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지; 및 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합하여 형성된 홀더;를 포함한다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 리드프레임은, 양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 봉지재에 의하여 노출되며, 배터리 코어팩의 전극부와 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드; 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들을 구성하는, 외부연결단자용 리드; 및 상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 상기 보호회로 구성소자가 실장되는, 소자실장용 리드;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 보호회로 구성소자는 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하고, 상기 수동소자는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치되며, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지는 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다. 상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 프로텍션 IC 및 상기 전계효과 트랜지스터는, 상기 리드프레임 상에 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로 실장되어 고정될 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 홀더는 상기 수지로 형성된 바디부; 및 상기 바디부 내에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지의 적어도 일부는 상기 관통홀을 통하여 배터리 코어팩의 전극부와 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 홀더는, 일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정되고, 타단은 상기 바디부에서 돌출되어 신장되어 상기 배터리 코어팩의 상부면과 접합되어 고정될 수 있으며, 금속으로 이루어진 고정플레이트;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체에서, 상기 구조체는 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용하여 배터리 코어팩에 접합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩은 상술한 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체; 상기 구조체와 접합된 배터리 코어팩; 및 상기 구조체 및 상기 배터리 코어팩을 제 2 사출금형 내부에 함께 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 구조체 및 상기 배터리 코어팩 중에서 선택된 적어도 일부와 결합하여 형성된 상부 케이스;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체의 제조방법은, 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 및 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는, 기본 패키지를 제공하는 단계; 및 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고, 상기 제 1 사출금형 내부에 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 봉지재와 홀더를 동시에 형성하는 단계;를 포함한다. 상기 봉지재는 상기 리드프레임의 일부를 노출시키며 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하며, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며, 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체의 제조방법은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제공하는 단계; 및 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고, 상기 제 1 사출금형 내부에 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합한 홀더를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체의 제조방법에서, 상기 봉지재와 홀더를 동시에 형성하는 단계;는 상기 제 1 사출금형 내부에 금속으로 이루어진 고정플레이트를 더 배치하고, 상기 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 고정플레이트의 일부를 매립고정하는 바디부를 구비하는 상기 홀더를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩의 제조방법은 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체를 제공하는 단계; 상기 구조체를 배터리 코어팩에 접합하는 단계; 상기 구조체가 접합된 상기 배터리 코어팩을 제 2 사출금형 내부에 배치하는 단계; 및 상기 제 2 사출금형 내부에 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 구조체 및 상기 배터리 코어팩 중에서 선택된 적어도 일부와 결합된 상부 케이스를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임과 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는 기본 패키지 및 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 동시에 형성된 봉지재와 홀더를 구비하는 접합구조체; 상기 접합구조체와 결합된 배터리 코어팩; 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 케이싱(casing)하는 상부 케이스;를 포함한다. 상기 접합구조체에서 상기 봉지재는 상기 리드프레임의 일부를 노출시키면서 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하며, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며, 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 접합된다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩의 제조방법은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임 및 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는 기본 패키지를 제공하는 단계, 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 상기 제 1 사출금형 내부에 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 상기 리드프레임의 일부를 노출시키며 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재와 홀더를 동시에 형성하며, 이에 의하여, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 접합되는, 접합구조체를 형성하는 단계, 상기 접합구조체를 배터리 코어팩의 상면에 결합하는 단계; 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 상부 케이스로 케이싱(casing)하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비하는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합하는 홀더를 형성함으로써 구현된, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 상기 홀더가 접합된 접합구조체; 상기 접합구조체와 결합된 배터리 코어팩; 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 케이싱(casing)하는 상부 케이스;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩의 제조방법은 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제공하는 단계; 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고, 상기 제 1 사출금형 내부에 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합한 홀더를 형성함으로써, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 상기 홀더가 접합된 접합구조체를 제공하는 단계; 상기 접합구조체를 배터리 코어팩의 상면에 결합하는 단계; 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 상부 케이스로 케이싱(casing)하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더가 제공된다. 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더는 배터리 코어팩의 상부면 상에서 배터리 보호회로 모듈 패키지를 지지할 수 있으며, 수지로 이루어진, 바디부; 및 금속으로 이루어지며, 일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정되고, 타단은 상기 바디부에서 돌출 신장되어 상기 배터리 코어팩의 상부면과 접합되어 고정될 수 있는, 고정플레이트;를 포함한다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더에서, 상기 고정플레이트를 사출금형 내부에 배치하고 상기 수지의 용용물을 주입하여 상기 바디부를 인서트사출 성형함으로써, 상기 고정플레이트의 일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정될 수 있다.
상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더에서, 상기 고정플레이트는 걸폼(Gull-Form) 형태로 절곡될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더의 제조방법은 금속으로 이루어진 고정플레이트를 사출금형의 내부에 배치하는 단계; 및 상기 고정플레이트가 배치된 상기 사출금형의 내부에 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 고정플레이트의 일단을 매립하여 고정하며, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 지지할 수 있는, 바디부를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 배터리팩의 제조방법은 상술한 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 제공하는 단계; 상기 고정플레이트를 상기 배터리 코어팩의 상부면에 접합함으로써 상기 홀더를 상기 배터리 코어팩에 고정하는 단계; 및 상기 홀더 상에 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착하는 단계;를 포함한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 배터리팩을 용이하게 소형화 및 집적화할 수 있도록 구성된 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 접합된 접합구조체를 포함한 배터리팩 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 나아가, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 공정이 단순화되어 제조비용이 절감되며, 부품 간의 결합력이 향상되어 배터리팩의 품질이 개선될 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩을 도해하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩의 구성을 도해하는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 적층칩의 배치구조를 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 변형된 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 기본 패키지의 구조를 도해하는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 기본 패키지의 구조를 도해하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 기본 패키지를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체를 도해하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체의 변형례를 도해하는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 배터리 코어팩과 접합된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 배터리 코어팩과 접합된 변형된 구성을 도해하는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 배터리 코어팩과 접합된 변형된 다른 구성을 도해하는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체가 접합된 코어팩을 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법에서 배터리 보호회로 모듈 패키지를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 제조하는 방법과 나아가 이를 이용하여 배터리팩을 제조하는 방법을 도해하는 순서도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더의 제조방법에서 고정플레이트를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 도해하는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일부 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝 된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.
제 1 실시군
도 1 및 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩을 도해하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩(800)은 배터리 코어팩(600), 홀더(400), 배터리 보호회로 모듈 패키지(300), 및 상부 케이스(700)를 포함한다. 나아가, 배터리팩(800)은 배터리 코어팩(600)의 하부면(650)에 결합된 하부 케이스(미도시)를 더 포함할 수 있다.
배터리 코어팩(600)은 충방전이 가능한 하나 또는 적어도 둘 이상의 단위셀을 구비할 수 있다. 여기서, 단위셀은 이차전지일 수 있으며, 예를 들어, 리튬 이차전지일 수 있다. 또 다른 예로서, 단위셀은 폴리머 타입의 이차전지일 수 있다. 복수 개의 단위셀은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 코어팩(600)을 구성할 수 있다. 물론 코어팩(600)을 구성할 수 있는 단위셀의 개수나 연결방법은 이에 제한되지 않으며 다양하게 구성할 수 있음은 물론이다. 이와 같은 코어팩(600)은, 예를 들어, 휴대폰, 스마트폰, PDA, 스마트패드, 태블릿컴퓨터 등의 휴대단말기를 포함하여, 다양한 전자기기에 전력을 공급할 수 있다.
배터리 코어팩(600)은, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 매개로 권취된 전극 조립체와, 앙극 단자 및 음극 단자를 노출시키면서 전극 조립체를 밀봉시키는 캡 조립체를 포함하여 이루어진 배터리 베어셀로 이해될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 상기 전극 조립체에는 상기 양극판에 부착된 양극탭과 상기 음극판에 부착된 음극탭이 인출되어 있다.
상기 캡 조립체는 음극단자(610), 가스켓(620), 캡 플레이트(630) 등을 포함한다. 캡 플레이트(630)는 양극단자의 역할을 할 수 있다. 음극단자(610)는 음극셀 또는 전극셀로 명명될 수도 있다. 가스켓(620)은 음극단자(610)와 캡 플레이트(630)를 절연시키기 위하여 절연성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 코어팩(600)의 전극부는 음극단자(610)와 캡 플레이트(630)를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 코어팩(600)의 전극부는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(630)와 플레이트(630) 내의 중앙에 배치되는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(610)을 포함한다.
배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 홀더(400)를 개재하여 배터리 코어팩(600)의 상면(640) 상에 실장된다. 홀더(400)는 수지로 형성된 바디부(420)를 포함하며, 선택적으로, 바디부(420) 내에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀(440)을 더 포함할 수 있다. 홀더(400)는 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 배터리 코어팩(600)의 상면(640)에 정확하게 얼라인하여 실장할 수 있는 가이드 역할을 하며, 나아가, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 배터리 코어팩(600)의 상면(640) 상에 견고하게 고정될 수 있도록 고정부 역할을 할 수 있다. 홀더(400)를 구성하는 바디부(420) 또는 관통홀(440)의 형상, 모양 또는 갯수 등은 이러한 역할을 효과적으로 수행할 수 있도록 적절하게 변경 및 설계될 수 있다.
배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임(50), 리드프레임(50) 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재(250)를 구비할 수 있다. 봉지재(250)는 리드프레임(50)의 일부를 노출시키는데, 예를 들어, 리드프레임(50)의 양단에 배치되는 제 1 내부연결단자용 리드(B+) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B-)를 노출시키며, 나아가, 제 1 내부연결단자용 리드(B+) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B-) 사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들(P+, P-, CF)을 구성하는, 외부연결단자용 리드를 노출시킬 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 봉지재(250)와 홀더(400)는 제 1 인서트사출 성형에 의하여 동시에 형성될 수 있으며, 봉지재(250)와 홀더(400)는 동일한 재료의 수지로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 인서트사출 성형에 의하여 홀더(400)는 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 홀더(400)는 상기 제 1 인서트사출 성형에 의하여 봉지재(250) 및/또는 리드프레임(50)과 접합되어 결합될 수 있다.
도 2에서는 편의상 홀더(400)와 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 이격되도록 도시하였으나, 실제로는 상기 제 1 인서트사출 성형에 의하여 홀더(400)와 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 접합된 접합구조체(도 10의 500)가 배터리 코어팩(600)의 상면(640) 상에 결합된다.
배터리 보호회로 모듈 패키지(300)의 일부는 홀더(400)의 관통홀(440)을 통하여 배터리 코어팩(600)의 전극부와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)의 리드프레임(50)을 구성하는 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 홀더(400)의 관통홀(440)을 통하여 배터리 코어팩(600)의 전극셀(610)과 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상부 케이스(700)는 접합구조체(도 10의 500)를 내장하면서 배터리 코어팩(600)의 상부를 케이싱(casing)한다. 미리 제작된 상부 케이스(700)는 배터리 코어팩(600)의 상부와, 예를 들어, 조립식 체결에 의한 결합, 용접에 의한 결합 및/또는 접착제에 의한 결합과 같은, 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 이 경우, 상부 케이스(700)는 수지, 금속, 세라믹 및 복합재료 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 이러한 방식과 달리, 접합구조체(도 10의 500)가 상면(640)에 접합된 배터리 코어팩(600)을 제 2 사출금형 내에 배치하고 수지의 용융물을 주입하여 제 2 인서트사출 성형함으로써 상부 케이스(700)를 형성하는 방법도 가능할 수 있다. 상부 케이스(700)는 수지로 이루어지며, 리드프레임(50) 중 외부연결단자들(P+, CF, P-)이 노출될 수 있도록 이와 대응되는 부분에 관통홀(750)이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체의 제조방법은, 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 및 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는, 기본 패키지를 제공하는 단계(S110), 상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하는 단계(S120), 및 상기 제 1 사출금형 내부에 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 봉지재와 홀더를 동시에 형성하는 단계(S130)를 포함한다. 단계(S130)를 수행한 결과, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 구현된다. 계속하여, 배터리 코어팩과 접합구조체를 접합하는 단계(S140), 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 상부 케이스로 케이싱(casing)하는 단계(S150)를 포함한다.
한편, 단계들(S110, S120, 및 S130)을 순차적으로 수행함으로써 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 구현될 수 있는바, 이 중에서 배터리 보호회로 모듈 패키지에 대하여 먼저 설명한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로(10)는 배터리 셀에 연결되기 위한 제 1 및 제 2 내부연결단자(B+, B-), 충전시에는 충전기에 연결되고, 방전시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)와 연결되기 위한 제 1 내지 제 3 외부연결단자들(P+, CF, P-)을 구비한다. 여기서 제 1 내지 제 3 외부연결단자들(P+, CF, P-) 중 제 1 외부연결단자(P+) 및 제 3 외부연결단자(P-)는 전원공급을 위한 것이고 나머지 하나의 외부연결단자인 제 2 외부연결단자(CF)는 배터리를 구분하여 배터리에 맞게 충전을 하도록 한다. 또한 제 2 외부연결단자(CF)는 충전시 배터리 온도로 감지하는 부품인 써미스터(Thermistor)를 적용할 수 있으며, 기타 기능이 적용되고 단자로서 활용된다.
그리고 배터리 보호회로(10)는 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110), 프로텍션 IC(Protection IC, 120), 저항(R1,R2,R3), 배리스터(varistor)(V1), 및 커패시터(C1, C2)의 연결 구조를 가질 수 있다. 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)은 드레인 공통 구조를 가지는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)와 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)로 구성된다. 프로텍션 집적회로부(120)는 저항(R1)을 통하여 배터리의 (+)단자인 제 1 내부연결단자(B+)와 연결되고 제 1 노드(n1)를 통해 충전전압 또는 방전전압이 인가되는 전압인가와 배터리 전압을 감지하는 단자(VDD단자), 프로텍션 IC(120) 내부의 동작전압에 대한 기준이 되는 기준단자(VSS단자), 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 감지단자(V-단자), 과방전 상태에서 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키기 위한 방전차단신호 출력단자(DO단자), 과충전 상태에서 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)를 오프시키기 위한 충전차단신호 출력단자(C0단자)를 갖는다.
이때, 프로텍션 IC(120)의 내부는 기준전압 설정부, 기준전압과 충방전 전압을 비교하기 위한 비교부, 과전류 검출부, 충방전 검출부를 구비하고 있다. 여기서 충전 및 방전상태의 판단 기준은 유저가 요구하는 스펙(SPEC)으로 변경이 가능하며 그 정해진 기준에 따라 프로텍션 IC(120)의 각 단자별 전압차를 인지하여 충ㆍ방전상태를 판정한다.
프로텍션 IC(120)는 방전시에 과방전상태에 이르게 되면, DO단자는 로우(LOW)로 되어 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키고, 과충전 상태에 이르게 되면 CO단자가 로우로 되어 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)를 오프시키고, 과전류가 흐르는 경우에는 충전시에는 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2), 방전시에는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)를 오프시키도록 구성되어 있다.
저항(R1)과 커패시터(C1)는 프로텍션 IC(120)의 공급전원의 변동을 안정시키는 역할을 한다. 저항(R1)은 배터리의 전원(V1) 공급노드인 제 1 노드(n1)와 프로텍션 IC(120)의 VDD 단자 사이에 연결되고, 커패시터(C1)는 프로텍션 IC의 VDD단자와 VSS단자 사이에 연결된다. 여기서 제 1 노드(n1)는 제 1 내부연결단자(B+)와 제 1 외부연결단자(P+)에 연결되어 있다. 저항(R1)을 크게 하면 전압 검출시 프로텍션 IC(120) 내부에 침투되는 전류에 의해서 검출전압이 높아지기 때문에 저항(R1)의 값은 1KΩ 이하의 적당한 값으로 설정된다. 또한 안정된 동작을 위해서 상기 커패시터(C1)의 값은 0.01μF 이상의 적당한 값, 예를 들어, 0.1μF의 값을 가질 수 있다.
그리고 저항(R1)과 저항(R2)은 프로텍션 IC(120)의 절대 최대정격을 초과하는 고전압 충전기 또는 충전기가 거꾸로 연결되는 경우 전류 제한 저항이 된다. 저항(R2)은 프로텍션 IC(120)의 V-단자와 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)의 소오스 단자(S2)가 연결된 제 2 노드(n2) 사이에 연결된다. 저항(R1)과 저항(R2)은 전원소비의 원인이 될 수 있으므로 통상 저항(R1)과 저항(R2)의 저항값의 합은 1KΩ 보다 크게 설정된다. 그리고 저항(R2)이 너무 크다면 과충전 차단후에 복귀가 일어나지 않을 수 있으므로, 저항(R2)의 값은 10KΩ 또는 그 이하의 값으로 설정된다. 예를 들어, 저항(R1)은 1KΩ의 값을 가지고, 저항(R2)은 2.2KΩ의 값을 가질 수 있다.
커패시터(C2)는 제 2 노드(n2)(또는 제 3 외부연결단자(P-))와 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소오스 단자(S1)(또는 VSS 단자) 사이에 연결되는 구조를 가진다. 커패시터(C2)는 상기 배터리 보호회로 제품의 특성에 크게 영향을 끼치지는 않지만, 유저의 요청이나 안정성을 위해 추가되고 있다. 상기 커패시터(C2)는 전압변동이나 외부 노이즈에 대한 내성을 향상시켜 시스템을 안정화시키는 효과를 위한 것이다. 안정된 동작을 위해서 상기 커패시터(C2)의 값은, 예를 들어, 0.1μF의 값을 가질 수 있다.
그리고 저항(R3) 및 배리스터(varistor, V1)는 ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위한 소자들로써, 서로 병렬연결되는 구조로 제 2 외부연결단자(CF)와 상기 제 2 노드(n2)(또는 제 3 외부연결단자(P-)) 사이에 연결 배치된다. 상기 배리스터(V1)는 과전압 발생시 저항이 낮아지는 소자로, 과전압이 발생되는 경우 저항이 낮아져 과전압으로 인한 회로손상 등을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서는 외부연결단자들(P+,P-,CF), 내부연결단자(B+,B-)를 포함하여 도 4의 배터리 보호회로(10)를 패키징하여 구성한 배터리 보호회로 모듈의 패키지를 구현하고 있다. 예를 들어, 저항(R1,R2,R3), 배리스터(V1), 및 커패시터(C1, C2)와 같은 수동소자; 프로텍션 IC(120); 및 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110);를 봉지재(도 4의 M; 도 8의 250)로 밀봉하고 패키징하여 배터리 보호회로 모듈의 패키지를 구현할 수 있다.
전술한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 보호회로는 예시적이고, 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 또는 수동소자의 구성이나 수, 배치 등은 보호회로의 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 적층칩의 배치구조를 도해하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)과 프로텍션IC(120)의 배치는 상기 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)과 프로텍션 IC(120)가 상하 적층된 구조를 가지거나 서로 인접 배치되는 구조를 가진다. 예를 들어, 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 상부면에 프로텍션 IC(120)가 적층된 구조를 가지거나, 프로텍션 IC(120)의 좌측 또는 우측에 인접되어 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)이 배치될 수 있다.
듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)은 공통드레인 구조의 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터, 즉 2개의 전계효과 트랜지스터를 내장하고 있으며, 외부단자는 제 1 전계효과 트랜지스터의 제 1 게이트단자(G1) 및 제 1 소오스 단자(S1)와 제 2 전계효과 트랜지스터의 제 2 게이트 단자(G2) 및 제 2 소오스 단자(S2)를 상기 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 상부면에 구비하는 구조를 가진다. 또한, 공통드레인 단자가 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 하부면에 구비되는 구조를 가질 수 있다.
프로텍션 IC(120)는 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 상부면에 적층 배치되는 구조를 가진다. 프로텍션 IC(120)는 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110) 상의 외부단자들이 배치된 부분을 제외한 영역(예를 들면, 중앙부위)에 적층 배치된다. 이때 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 사이에는 절연을 위한 절연막이 배치될 수 있고, 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)은 절연성 재질의 접착제로 접착될 수 있다. 통상적으로 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 사이즈가 프로텍션 IC(120) 보다는 크기 때문에, 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 상부에 프로텍션 IC(120)를 적층하는 배치구조를 채택한다.
프로텍션 IC(120)가 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 상부면에 적층 배치된 이후에 프로텍션 IC(120)의 DO 단자(DO)는, 제 1 게이트 단자(G1)와 와이어 또는 배선을 통해 전기적으로 연결되고, 프로텍션 IC(120)의 CO단자(CO)는, 제 2 게이트 단자(G2)와 와이어 또는 배선을 통해 전기적으로 연결되게 된다. 나머지 단자들의 연결구조는 추후 설명한다. 한편, 상술한 바와 같은 적층구조를 가지는 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)은 적층칩(100a)의 구조로 이해될 수도 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서는 적층구조를 가지는 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터칩의 적층칩(100a)를 도입함으로써, 후술할 리드프레임 상에 실장하는 면적을 줄일 수 있으며 이에 따라 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지가 구현하고자 하는 변형된 배터리 보호회로의 회로도이다. 도 6은 제 1 전계효과 트랜지스터, 제 2 전계효과 트랜지스터, 및 프로텍션 IC가 하나의 칩에 통합되어 제공하는 경우의 배터리 보호회로의 회로도이며, 도 4의 등가회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도 4의 프로텍션 IC(120)와 공통드레인 구조의 두개의 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)가 통합된 형태의 플립칩(100b)을 구현하여 회로를 구성하면, 도 4에서 설명된 바와 동일한 동작을 수행하면서도 보다 간단한 회로로 구현할 수 있게 된다. 플립칩(100b)은 과방전 및 과충전 상태에서 스위칭 소자들로 기능하는 공통 드레인 구조의 제 1 전계효과 트랜지스터 및 제 2 전계효과 트랜지스터와, 과방전 및 과충전 동작을 제어하는 프로텍션 IC 회로를 내장하고 있다. 또한, 플립칩(100b)은 도 4에서 프로텍션 IC(120)와 공통드레인 구조의 두 개의 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)를 포함하는 부분(100a)을 하나의 칩으로 원칩화 하여 구현한 것이므로, 플립칩(100b)의 동작이나 회로구성은 도 4의 프로텍션 IC(120)와 공통드레인 구조의 두 개의 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2)를 포함하는 부분(100a)의 동작이나 회로구성과 동일하다.
이에 따라, 플립칩(100b)은 일면에 충전전압 및 방전전압이 인가되기 위한 전압인가 단자(VDD), 충방전 상태를 감지하기 위한 감지단자(V-), 제 1 전계효과 트랜지스터의 소오스 단자인 제 1 소오스 단자(S1), 및 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 소오스 단자인 제 2 소오스 단자(S2)를 외부연결을 위한 외부단자로 노출되는 구조를 가지게 된다. 도 4의 회로에서 프로텍션 IC(120)의 방전차단신호 출력단자(DO)나 충전차단신호 출력단자(CO)는 플립칩(100b)에 내장되므로 외부단자로는 노출되지 않는다. 상기 외부단자들(VDD, V-, S1, S2)은 외부연결 및 본딩결합을 위한 솔더볼 구조를 가져 플립칩 본딩 결합 방식에 의해 결합된다. 외부 단자들(VDD, V-, S1, S2)의 배치위치는 필요에 따라 달라질 수 있으며, 단자의 개수도 전기전도성의 향상이나 효율적인 배치를 위해 다양하게 늘리거나 줄일 수 있다. 예를 들어 플립칩(100b)의 외부연결과 본딩결합을 위한 외부연결단자들은 3행 3열 배치구조를 가질 수 있으며, 1행은 충전전압 및 방전전압이 인가되기위한 전압인가 단자(VDD), 테스트를 위한 테스트 단자(TP), 및 충방전 상태를 감지하기 위한 감지단자(V-)가 3열로 배치되고, 2행은 상기 제 1 소오스 단자(S1)가 3열 구조로 배치될 수 있으며, 3행은 제 2 소오스 단자(S2)가 3열구조로 배치될 수 있다.
그리고, 플립칩(100b)은 별도의 와이어 본딩이 필요없이 외부단자부분이 전기적 접속이 필요한 리드 등에 솔더링 결합되어 전기적 연결되므로 와이어 본딩 대비 전기전도도가 향상되고 생산단가가 낮아지고 공정단순화를 이룰수 있는 장점이 있으며, 차지하는 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
추가적으로, 본 발명의 변형된 일부 실시예들에서는 상기 ESD(Electrostatic Discharge)등의 서지(surge) 보호를 위해 구성되는 서지보호회로에서 배리스터(V1) 대신에 저항(R4)이나 커패시터(C4)가 구비될 수 있다. 즉 서지보호를 위한 회로는 두 개의 저항(R3, R4)을 병렬연결하는 구성, 또는 하나의 저항(R3)과 하나의 커패시터(C4)를 병렬연결하는 구성, 및 하나의 저항(R3)과 하나의 배리스터(V1)를 병렬연결하는 구성 중 어느 하나를 선택하여 구성될 수 있다.
본 발명에서는 외부연결단자들(P+,P-,CF), 내부연결단자(B+,B-)를 포함하여 도 6의 배터리 보호회로를 패키징하여 구성한 배터리 보호회로 모듈의 패키지를 구현할 수도 있다. 예를 들어, 저항(R1, R2, R3, R4), 배리스터(V1), 및 커패시터(C1, C2, C3)와 같은 수동소자; 및 플립칩(100b);을 봉지재(M)로 밀봉하고 패키징하여 배터리 보호회로 모듈의 패키지를 구현할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 기본 패키지의 구조를 도해하는 평면도 및 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 기본 패키지(200a)는 리드프레임(50)과 리드프레임(50) 상에 실장된 보호회로 구성소자(100a, 130)를 포함한다. 리드프레임(50)의 상면(50a)은 보호회로 구성소자(100a, 130)가 실장되는 면이며, 리드프레임(50)의 하면은 상면(50a)의 반대면일 수 있다. 리드프레임(50)의 상기 하면에서 외부연결단자영역(A2)에 해당하는 부분은 전부 또는 일부가 도금될 수 있다. 도금물질은 금, 은, 니켈, 주석 및 크롬 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 리드프레임(50)은 제 1 내부연결단자영역(A1), 외부연결단자영역(A2), 소자영역(A3) 및 칩영역(A4)의 보호회로영역, 제 2 내부연결단자영역(A5)이 순차적으로 배치되는 구조를 가진다. 상기 보호회로영역은 외부연결단자영역(A2)과 제 2 내부연결단자영역(A5) 사이에 배치되는 것으로, 소자영역(A3) 및 칩영역(A4)의 배치순서는 다양하게 변경가능하다.
제 1 내부연결단자영역(A1) 및 제 2 외부단자영역(A5)은 패키지모듈의 양쪽가장자리부분에 각각 구비되며, 배터리 코어팩(600)의 전극부와 접합되어 전기적으로 연결되는 제 1 내부연결단자로서 기능하는 제 1 내부연결단자용 리드(B+)와 제 2 내부연결단자로서 기능하는 제 2 내부연결단자용 리드(B-)가 각각 배치된다. 예를 들어, 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 배터리셀의 양의 전극탭과 접합되며, 제 2 내부연결단자용 리드(B-)는 배터리셀의 음의 전극탭과 접합될 수 있으나, 접합되는 극성의 종류는 반대로 구성될 수도 있다.
외부연결단자영역(A2)은 제 1 내부연결단자영역(A1)에 인접되며, 복수의 외부연결단자들로서 기능하는 복수의 외부연결단자용 리드들인 제 1 내지 제 3 외부연결단자용 리드(P+, CF, P-)가 각각 순차적으로 배치된다. 제 1 내지 제 3 외부연결단자용 리드(P+, CF, P-)의 배치순서는 다양하게 달라질 수 있다. 여기서 제 1 외부연결단자용 리드(P+)와 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 서로 연결되어 있다. 즉 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 외부연결단자용 리드(P+)에서 연장되어 구성되거나, 제 1 외부연결단자용 리드(P+)가 제 1 내부연결단자용 리드(B+)에서 연장되어 구성될 수 있다. 물론, 제 1 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 외부연결단자용 리드(P+)와 이격되어 배치될 수도 있다. 한편, 상술한 외부연결단자영역(A2)의 리드의 예시적인 개수, 용도 및 배치 등은 필요에 따라 적절하게 변형될 수 있다.
소자영역(A3)은 상기 배터리 보호회로를 구성하는 복수의 수동소자들(130, 도 1 또는 도 3의 R1, R2, R3, C1, C2, C3, V1)이 배치되기 위한 것으로, 예를 들어, 복수의 도전성 라인들로 구성된 제 1 내지 제 6 수동소자용 리드(L1, L2, L3, L4, L5, L6)가 배치될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제 1 내지 제 3 수동소자용 리드(L1, L2, L3)는 상기 소자영역(A3)의 상부쪽에 순차적 배치구조를 가질 수 있고, 제 4 내지 제 6 수동소자용 리드(L4, L5, L6)는 소자영역(A3)의 하부쪽에 배치되는 구조를 가질 수 있다. 제 1 수동소자용 리드(L1)는 외부연결단자영역(A2)에 인접된 소자영역(A3)에 일정크기로 배치되고, 제 2 수동소자용 리드(L2)는 제 1 수동소자용 리드(L1)에 인접하여 일정크기로 배치될 수 있다. 제 3 수동소자용 리드(L3)는 칩영역(A4)에 인접된 소자영역(A3)에 제 2 수동소자용 리드(L2)에 인접하여 일정크기로 배치될 수 있다. 제 4 수동소자용 리드(L4)는 외부연결단자영역(A2)에 인접된 소자영역(A3)에 일정크기로 배치되고, 제 5 수동소자용 리드(L5)와 제 6 수동소자용 리드(L6)는 제 5 수동소자용 리드(L5)가 제 6 수동소자용 리드(L6)를 둘러싸는 형태로 제 4 수동소자용 리드(L1)에 인접되어 배치될 수 있다.
살펴본 바와 같이, 소자영역(A3)에서 리드프레임(50)은 서로 이격된 복수의 리드들로 구성될 수 있는데, 수동소자(130)는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 전기적으로 서로 연결하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 수동소자(R1, R2, R3, C1, C2, C3, V1) 중의 적어도 어느 하나는 상기 서로 이격된 복수의 리드들 중에서 선택된 어느 하나의 리드와 다른 리드에 걸쳐 배치될 수 있다.
칩영역(A4)은 소자영역(A3)에 인접되며 상기 배터리 보호회로를 구성하는 프로텍션 IC(120) 및 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)이 배치되기 위한 영역으로, 예를 들어, 적층칩(100a); 또는 플립칩(100b);이 장착되기 위한 다이패드(DP)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 다이패드(DP)는 적층칩(100a)을 구성하는 듀얼 전계효과 트랜지스터칩(110)의 공통드레인 단자와 전기적으로 연결될 수 있으며, 후속공정의 패키징시 노출되도록 하여 외부연결단자로써 기능함과 동시에 방열특성을 개선하도록 할 수 있다. 물론, 본 발명의 변형된 실시예들의 칩영역(A4)에서 프로텍션 IC칩과 전계효과 트랜지스터칩은 서로 이격되도록 개별적으로 제공될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 우선 칩영역(A4)의 다이패드(DP) 상에 적층칩(100a)을 장착하고, 적층칩(100a)을 구성하는 프로텍션 IC(120)의 기준전압단자(VSS)는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소오스 단자 또는 제 3 수동소자용 리드(L3)와 와이어 본딩을 수행하여 전기적으로 연결할 수 있다. 그리고 프로텍션 IC(120)에서 충전전압 및 방전전압이 인가되는 전압인가와 배터리 전압을 감지하는 단자(VDD)는 제 2 수동소자용 리드(L2)와 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결하고, 프로텍션 IC(120)에서 충방전 및 과전류 상태를 감지하기 위한 감지단자(V-)를 제 6 수동소자용 리드(L6)에 본딩 와이어(220)를 통해 전기적으로 연결할 수 있다. 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)의 소오스 단자(S1)는 제 3 수동소자용 리드(L3)와 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결하고, 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)의 소오스 단자(S2)는 제 5 수동소자용 리드(L5)와 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결할 수 있다. 다음으로, 제 1 수동소자용 리드(L1)와 제 1 외부연결단자용 리드(P+)를 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결하고, 제 3 수동소자용 리드(L3)와 제 2 내부연결단자용 리드(B-)를 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결할 수 있다. 제 4 수동소자용 리드(L4)는 제 2 외부연결단자용 리드(CF)와 본딩 와이어(220)을 통해 전기적으로 연결되고, 제 5 수동소자용 리드(L5)는 제 3 외부연결단자용 리드(L3)와 본딩 와이어(220) 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 수동소자들 중 제 1 저항(R1)은 제 1 수동소자용 리드(L1)와 제 2 수동소자용 리드(L2) 사이에 배치되고, 상기 복수의 수동소자들 중 제 2 저항(R2)은 제 5 수동소자용 리드(L5)와 제 6 수동소자용 리드(L6) 사이에 배치될 수 있다. 복수의 수동소자들 중 서지보호회로를 구성하는 제 3 저항(R3)은 제 4 수동소자용 리드(L4)와 제 5 수동소자용 리드(L5) 사이에 배치되고, 상기 복수의 수동소자들 중 제 1 커패시터(C1)는 제 2 수동소자용 리드(L2)와 제 3 수동소자용 리드(L3) 사이에 배치되고, 상기 복수의 수동소자들 중 제 2 커패시터(C2)는 제 3 수동소자용 리드(L3)와 제 5 수동소자용 리드(L5) 사이에 배치될 수 있다. 상기 복수의 수동소자들 중 상기 서지보호회로를 구성하는 배리스터(varistor)(V1)는 제 3 저항(R3)과 병렬로 구성되어 제 4 수동소자용 리드(L4)와 제 5 수동소자용 리드(L5) 사이에 배치될 수 있다.
상술한 배치구조를 가지는 배터리 보호회로를 구현하는 기본 패키지(200a)는 봉지재(250)를 형성하기 이전의 구조체로 이해될 수 있으며, 이후에 봉지재(250)로 몰딩하는 등의 공정을 통해 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 구현하게 된다. 즉, 도 8에 개시된 기본 패키지(200a)에서 보호회로 구성소자(100a, 100b, 130)를 밀봉하고, 리드프레임(50)의 일부인 제 1 내부연결단자용 리드(B+) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B-)를 노출시키는, 봉지재(250)가 형성되어 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)가 구현될 수 있다.
리드프레임(50)은 서로 이격된 복수의 리드들로 구성될 수 있다. 수동소자(130)는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치될 수 있다. 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b)도 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치될 수 있다. 나아가, 전기적 연결부재(220)가 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터(예를 들어, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b)) 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결할 수 있다. 전기적 연결부재(220)는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지는 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 이격된 복수의 실장용 리드들을 가지는 리드프레임(50)을 가지지만, 본딩 와이어나 본딩 리본과 같은 전기적 연결부재(220)를 리드프레임(50) 상에 배치하여 회로를 구성하므로, 배터리 보호회로를 구성하기 위한 리드프레임(50)을 설계하고 제조하는 과정이 단순화될 수 있다는 중요한 이점을 가진다. 만약, 본 발명의 일부 실시예들에서 전기적 연결부재(220)를 배터리 보호회로 구성부를 구현함에 있어서 도입하지 않는다면 리드프레임(50)을 구성하는 복수의 리드들의 구성이 매우 복잡하게 되므로 적절한 리드프레임(50)을 효과적으로 제공하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)에서는, 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 또는 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b);은 리드프레임(50) 상에 반도체 패키지의 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라 표면실장기술(Surface Mounting Technology)에 의하여 리드프레임(50)의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 웨이퍼에서 소잉(sawing)된 칩 다이(chip die) 형태로, 실장되어 고정될 수 있다. 여기에서, 칩 다이(chip die)라 함은 어레이 형태의 복수의 구조체(예를 들어, 프로텍션 IC칩, 전계효과 트랜지스터칩)가 형성된 웨이퍼 상에 별도의 봉지재로 밀봉하지 않고 소잉 공정을 수행하여 구현된 개별적인 구조체를 의미한다. 즉, 리드프레임(50) 상에 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 및 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b);으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 실장할 때에는 별도의 봉지재로 밀봉하지 않은 상태에서 실장한 이후에, 후속의 봉지재(250)에 의하여 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 또는, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b);을 밀봉하므로, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 구현함에 있어서 봉지재를 형성하는 공정을 한 번만 수행할 수 있다. 이에 반하여, 프로텍션 IC칩; 전계효과 트랜지스터칩; 또는, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b)을 인쇄회로기판(PCB)에 별도로 삽입하여 고정하거나 실장하는 경우는, 각 부품에 대하여 한 번의 몰딩 공정이 먼저 필요하고, 인쇄회로기판 상에 고정하거나 실장한 이후에 실장된 각 부품에 대하여 또 한 번의 몰딩 공정이 추가로 필요하므로, 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아진다.
앞에서 설명한 기본 패키지(200a)는 도 3에 도시된 단계(S110)를 수행한 결과물이며, 계속하여, 도 3에 도시된 단계(S120)와 단계(S130)를 설명한다. 물론, 본 발명의 변형된 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지에서는, 인쇄회로기판을 사용하여 배터리 보호회로를 구성할 수도 있으며, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 변형된 구성에도 단계(S120)와 단계(S130)를 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부를 구성하는 기본 패키지를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이고, 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 접합된 접합구조체를 도해하는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 기본 패키지(200a)를 제 1 사출금형(510) 내부에 배치한다. 기본 패키지(200a)는, 예를 들어, 상술한 바와 같이 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임(50)과 리드프레임(50) 상의 보호회로 구성소자(100a, 130)를 구비할 수 있다. 제 1 사출금형(510)은 상부금형(511)과 하부금형(512)을 포함하며, 상부금형(511)과 하부금형(512) 사이에 사출성형할 수 있는 성형공간(534)이 존재한다. 상부금형(511)에는 성형공간(534)과 연결되어 수지의 용융물이 주입될 수 있는 주입구(532)가 형성될 수 있다. 도 9에 도시된 성형공간(534)의 형상은 도식적으로 도해한 것으로서, 실제로는 구현하고자 하는 봉지재(250)와 홀더(400)의 형상에 따라 적절하게 설계변형이 가능하다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 기본 패키지(200a)를 제 1 사출금형(510) 내부에 배치하고 수지의 용융물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 도 10에 도시된 홀더(400)와 봉지재(250)를 동시에 형성할 수 있다. 즉, 홀더(400)와 봉지재(250)는 동일한 수지로 이루어질 수 있으며, 한 번의 공정으로 동시에 형성할 수 있다. 봉지재(250)는 리드프레임(50)의 일부를 노출시키면서 보호회로 구성소자(100a, 130)를 밀봉하며, 봉지재(250)와 기본 패키지(200a)는 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 구성한다. 한편, 홀더(400)가 상기 인서트사출 성형에 의하여 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 접합되는 구조체(500)를 구현할 수 있는데, 예를 들어, 홀더(400)가 상기 인서트사출 성형에 의하여 봉지재(250) 및/또는 리드프레임(50)과 접합되는 접합구조체(500)를 구현할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 의하면, 한 번의 공정으로 인하여 봉지재(250)와 홀더(400)를 동시에 형성할 수 있어 공정이 단순화될 수 있는 효과를 기대할 수 있으며, 홀더(400)가 인서트사출 성형에 의하여 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 접합되므로 결합력이 현저하게 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체의 변형례를 도해하는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 홀더(400)가 결합된 접합구조체(500)에서, 홀더(400)는 금속으로 이루어진, 예를 들어, 니켈로 이루어진, 고정플레이트(490)를 포함할 수 있다. 고정플레이트(490)의 일단은 홀더(400)를 구성하는 바디부(420)에 의하여 매립되어 고정되고, 고정플레이트(490)의 타단은 바디부(420)에서 돌출되어 신장된다. 고정플레이트(490)의 타단은 배터리 코어팩(600)의 상면(640)과 접합되어 고정될 수 있는데, 접합방식은, 예를 들어, 레이저 용접 또는 저항 용접 방식을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 고정플레이트(490)는 걸폼(Gull-Form) 형태로 절곡된 형상을 가질 수 있다. 도 11에 도시된 구조체(500)를 구현하기 위하여, 도 9에 도시된 제 1 사출금형(510) 내부에 기본 패키지(200a)와 고정플레이트(490)를 각각 배치한 후에 수지의 용융물을 주입하여 인서트사출 성형하는 공정을 적용할 수 있다. 고정플레이트(490)의 일부가 후속공정에서 배터리 코어팩(600)의 상면(640)과 접합됨으로써, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 홀더(400)가 결합된 접합구조체(500)가 외력에 의하여 배터리 코어팩(600)의 상면(640)에서 틀어지는 것을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 즉, 고정플레이트(490)의 타단을 배터리 코어팩(600)의 상면(640)에 용접 등에 의하여 견고하게 고정시킬 수 있으므로, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 홀더(400)가 결합된 접합구조체(500)가 배터리 코어팩(600)의 상면에서 틀어짐을 방지할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리팩에서 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 배터리 코어팩과 접합된 구성을 도해하는 사시도이다.
배터리 코어팩(600)과 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체(500)를 접합하는 단계(S1400)에서, 접합은 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.
도 12에 도시된 코어팩(600)과 접합구조체(500)가 접합된 어셈블리(680)는 도 10에 도해된 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체(500)를 적용하였으며, 도 13에 도시된 코어팩(600)과 접합구조체(500)가 접합된 어셈블리(680)는 도 11에 도해된 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체(500)를 적용하였다. 한편, 도 14에 도시된 어셈블리(680)에서, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체(500)는 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)의 일단에 PTC(Positive Temperature Coefficient, 350)가 추가로 배치된 구조체이다.
최종적으로, 도 15를 참조하여, 상술한 접합구조체(500)를 내장하면서 배터리 코어팩(600)의 상부를 상부 케이스(700)로 케이싱(casing)하는 단계(S150)를 이해할 수 있다.
도 15를 참조하면, 코어팩(600)과 접합구조체(500)가 결합된 어셈블리(680)를 제 2 사출금형(520) 내부에 배치한다. 제 2 사출금형(520)은 상부금형(521)과 하부금형(522)을 포함하며, 상부금형(521)과 하부금형(522) 사이에 사출성형할 수 있는 성형공간(544)이 존재한다. 상부금형(521)에는 성형공간(544)과 연결되어 수지의 용융물이 주입될 수 있는 주입구(542)가 형성될 수 있다. 도 15에 도시된 성형공간(544)의 형상은 도식적으로 도해한 것으로서, 실제로는 구현하고자 하는 상부 케이스(700)의 형상에 따라 적절하게 설계변형이 가능하다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 코어팩(600)과 구조체(500)가 결합된 어셈블리(680)를 제 2 사출금형(520) 내부에 배치하고 수지의 용융물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체(500) 및 배터리 코어팩(600) 중에서 선택된 적어도 일부와 결합된 상부 케이스(700)를 구현할 수 있다. 예를 들어, 상부 케이스(700)는 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체(500) 및/또는 배터리 코어팩(600)과 인서트사출 성형에 의하여 결합될 수 있다. 상부 케이스(700)가 인서트사출 성형에 의하여 성형되므로 상부 케이스(700)의 결합력이 현저하게 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예에 의하면, 접합구조체(500)를 내장하면서 배터리 코어팩(600)의 상부를 상부 케이스(700)로 케이싱(casing)하는 단계(S150)에서는, 미리 제작된 상부 케이스(700)를 배터리 코어팩(600)의 상부와, 예를 들어, 조립식 체결에 의한 결합, 용접에 의한 결합 및/또는 접착제에 의한 결합과 같은, 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 이 경우, 상부 케이스(700)는 수지, 금속, 세라믹 및 복합재료 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 방식은 접합구조체(500)가 상면(640)에 접합된 배터리 코어팩(600)을 제 2 사출금형 내에 배치하고 수지의 용융물을 주입하여 제 2 인서트사출 성형함으로써 상부 케이스(700)를 형성하는 방법과는 다르며, 별도의 제 2 사출금형을 필요로 하지 않고서도 단순한 케이싱 작업으로 상부 케이스(700)을 결합할 수 있다는 점에서 제조단가의 절감을 기대할 수 있다.
제 2 실시군
도 16은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법에서 배터리 보호회로 모듈 패키지를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이다.
도 16을 참조하면, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체의 제조방법은, 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재(몰딩부)를 구비하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지(PMP)를 제공하는 단계(S210), 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하는 단계(S220), 및 상기 제 1 사출금형 내부에 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합한 홀더를 형성함으로써, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 상기 홀더가 접합된 접합구조체를 제공하는 단계(S230)를 포함한다. 계속하여, 배터리 코어팩과 접합구조체를 접합하는 단계(S240), 및 상기 접합구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 상부 케이스로 케이싱(casing)하는 단계(S250)를 포함한다.
한편, 단계들(S210, S220, 및 S230)을 순차적으로 수행함으로써 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 접합구조체가 구현될 수 있는바, 이 중에서 배터리 보호회로 모듈 패키지에 대한 설명은 제 1 실시군에서 설명한 내용과 대체로 동일하다.
배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는 도 16에 도시된 단계(S210)를 수행한 결과물이며, 계속하여, 도 16에 도시된 단계(S220)과 단계(S230)를 설명한다.
도 17을 참조하면, 봉지재(250)가 형성된 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 제 1 사출금형(510) 내부에 배치한다. 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)는, 예를 들어, 상술한 바와 같이 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임(50)과 리드프레임(50) 상의 보호회로 구성소자(100a, 130) 및 봉지재(250)를 구비할 수 있다. 제 1 사출금형(510)은 상부금형(511)과 하부금형(512)을 포함하며, 상부금형(511)과 하부금형(512) 사이에 사출성형할 수 있는 성형공간(534)이 존재한다. 상부금형(511)에는 성형공간(534)과 연결되어 수지의 용융물이 주입될 수 있는 주입구(532)가 형성될 수 있다. 도 17에 도시된 성형공간(534)의 형상은 도식적으로 도해한 것으로서, 실제로는 구현하고자 하는 홀더의 형상에 따라 적절하게 설계변형이 가능하다.
본 발명의 다른 일부 실시예들에서, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 제 1 사출금형(510) 내부에 배치하고 수지의 용융물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 도 10에 도시된 것처럼 홀더(400)를 형성할 수 있다. 홀더(400)는 상기 인서트사출 성형에 의하여 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 접합되는 접합구조체(500)를 구현할 수 있는데, 예를 들어, 홀더(400)는 상기 인서트사출 성형에 의하여 봉지재(250) 및/또는 리드프레임(50)과 접합되는 접합구조체(500)를 구현할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 의하면, 홀더(400)가 인서트사출 성형에 의하여 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)와 결합되므로 결합력이 현저하게 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 한편, 인서트사출 성형 공정에서 성형공간(534) 내에 배치되는 터미널부재가 복수개로 이격되어 배치된 기본 패키지(200a)가 아니라 상호 일체로 구성된 단일한 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)이므로 수지의 용융물이 성형공간(534) 내에 주입되는 과정에서 터미널부재의 유동을 최소화하여 제품 정밀도를 개선할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
상술한 제 2 실시군에 의한 배터리 보호회로 모듈 패키지(300), 홀더(400), 접합구조체(500), 어셈블리(680) 및 배터리팩(800)에 대한 그 밖의 설명은 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 8, 도 10 내지 도 15를 참조하여 설명한 제 1 실시군에 대한 설명과 대응하여 동일하므로 여기에서는 생략한다. 예를 들어, 상술한 제 2 실시군에 의한 접합구조체(500)의 구성은 도 10 및 도 11에 개시된 구성을 적용할 수 있으며, 상술한 제 2 실시군에 의한 어셈블리(680)의 구성은 도 12 내지 도 14에 개시된 구성을 적용할 수 있다.
제 3 실시군
도 18은 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 제조하는 방법과 나아가 이를 이용하여 배터리팩을 제조하는 방법을 도해하는 순서도이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더의 제조방법에서 고정플레이트를 사출금형 내에 배치하는 구성을 도해하는 개념도이고, 도 20은 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 도해하는 도면들이다.
도 18 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더를 제조하는 방법은, 금속으로 이루어진 고정플레이트(490)를 사출금형(510)의 내부에 배치하는 단계(S310); 및 고정플레이트(490)가 배치된 사출금형(510)의 내부에 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 고정플레이트(490)의 일단을 매립하여 고정하며, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 지지할 수 있는, 바디부(420)를 형성하는 단계(S320);를 포함한다.
도 18을 참조하면, 금속으로 이루어진 고정플레이트(490)를 사출금형(510)의 내부에 배치하는 단계(S310)에서, 사출금형(510)은 상부금형(511)과 하부금형(512)을 포함하며, 상부금형(511)과 하부금형(512) 사이에 사출성형할 수 있는 성형공간(534)이 존재한다. 상부금형(511)에는 성형공간(534)과 연결되어 수지의 용융물이 주입될 수 있는 주입구(532)가 형성될 수 있다. 도 19에 도시된 성형공간(534)의 형상은 도식적으로 도해된 것으로서, 실제로는 구현하고자 하는 홀더(400)의 형상에 따라 적절하게 설계변형이 가능하다. 도 19 및 도 20을 참조하면, 고정플레이트(490)를 사출금형(510)의 내부에 배치하고, 상기 수지의 용융물을 주입하여 바디부(420)를 인서트사출 성형함으로써, 고정플레이트(490)의 일단이 바디부(420)에 의하여 매립되어 고정된다. 필요에 따라, 고정플레이트(490)는 걸폼(Gull-Form) 형태로 절곡된 형상을 가질 수 있다.
도면에서는, 편의상, 바디부(420)의 일측면에서만 고정플레이트(490)가 제공되었으나, 필요에 따라서는, 바디부(420)의 다른 측면에서도 고정플레이트(490)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 바디부(420)의 네 측면에서 각각 하나의 고정플레이트(490)가 제공되어 총 4개의 고정플레이트(490)를 포함하는 홀더(400)를 구현할 수도 있다.
계속하여, 본 발명의 또 다른 일부 실시예들에 따른 배터리팩의 제조방법은, 고정플레이트(490)를 배터리 코어팩(600)의 상부면(640)에 접합함으로써 홀더(400)를 배터리 코어팩(600)에 고정하는 단계(S330); 및 홀더(400) 상에 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 장착하는 단계(S340);를 포함한다.
고정플레이트(490)를 배터리 코어팩(600)의 상부면(640)에 접합하는 공정은, 예를 들어, 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 고정플레이트(490)를 접합함으로써 홀더(400)의 바디부(420)가 배터리 코어팩(600)의 상부면(640)에서 틀어짐을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 즉, 고정플레이트(490)의 타단을 배터리 코어팩(600)의 상부면(640)에 용접 등에 의하여 견고하게 고정시킬 수 있으므로, 홀더(400)가 배터리 코어팩(600)의 상부면에서 틀어짐을 방지할 수 있으며, 나아가, 홀더(400) 상에 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 장착하는 공정에서 배터리 보호회로 모듈 패키지(300)를 배터리 코어팩(600)의 상부면(640)에 정확하게 얼라인하여 실장할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.
상술한 제 3 실시군에 의한 구성에 있어서, 배터리 보호회로 모듈 패키지(300) 및 홀더(400)에 대한 그 밖의 설명은 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 제 1 실시군에 대한 설명과 대응하여 동일하므로 여기에서는 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임과 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자를 구비하는, 기본 패키지; 및
    상기 기본 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 동시에 형성된 봉지재와 홀더;
    를 포함하고,
    상기 봉지재는 상기 리드프레임의 일부를 노출시키면서 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하며, 상기 봉지재와 상기 기본 패키지는 배터리 보호회로 모듈 패키지를 구성하며, 상기 홀더는 상기 인서트사출 성형에 의하여 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합된,
    배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  2. 이격된 복수의 리드들로 구성된 리드프레임, 상기 리드프레임 상의 보호회로 구성소자, 및 상기 보호회로 구성소자를 밀봉하는 봉지재를 구비하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지; 및
    상기 배터리 보호회로 모듈 패키지를 제 1 사출금형 내부에 배치하고 수지 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 결합하여 형성된 홀더;
    를 포함하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리드프레임은,
    양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 봉지재에 의하여 노출되며, 배터리 코어팩의 전극부와 전기적으로 연결될 수 있는, 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드;
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들을 구성하는, 외부연결단자용 리드; 및
    상기 제 1 내부연결단자용 리드 및 제 2 내부연결단자용 리드 사이에 배치되며, 상기 보호회로 구성소자가 실장되는, 소자실장용 리드;를 포함하는,
    배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보호회로 구성소자는 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 및 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하고,
    상기 수동소자는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치되며, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재를 더 구비함으로써, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지는 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있는,
    배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기적 연결부재는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로텍션 IC 및 상기 전계효과 트랜지스터는, 상기 리드프레임 상에 반도체 패키지 형태로 삽입되어 고정되는 것이 아니라, 표면실장기술에 의하여 상기 리드프레임의 표면의 적어도 일부 상에, 별도의 봉지재로 밀봉되지 않은 칩 다이(chip die) 형태로 실장되어 고정되는, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 수지로 형성된 바디부; 및 상기 바디부 내에 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고, 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지의 일부는 상기 관통홀을 통하여 배터리 코어팩의 전극부와 접합되어 전기적으로 연결될 수 있는, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 홀더는,
    일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정되고, 타단은 상기 바디부에서 돌출되어 신장되어 상기 배터리 코어팩의 상부면과 접합되어 고정될 수 있으며, 금속으로 이루어진 고정플레이트;를 더 포함하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체.
  9. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항의 상기 배터리 보호회로 모듈 패키지와 홀더가 결합된 구조체;
    상기 구조체와 접합된 배터리 코어팩; 및
    상기 구조체를 내장하면서 상기 배터리 코어팩의 상부를 케이싱(casing)하는 상부 케이스;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 케이스는, 상기 구조체 및 상기 배터리 코어팩을 제 2 사출금형 내부에 함께 배치하고 수지의 용용물을 주입하여 인서트사출 성형함으로써, 상기 구조체 및 상기 배터리 코어팩 중에서 선택된 적어도 일부와 결합하여 형성된, 배터리팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 배터리 코어팩의 상부와 조립식 체결, 용접 또는 접착제에 의하여 결합되는, 배터리팩.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 구조체는 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 배터리 코어팩과 접합된, 배터리팩.
  13. 배터리 코어팩의 상부면 상에서 배터리 보호회로 모듈 패키지를 지지할 수 있으며, 수지로 이루어진, 바디부; 및
    금속으로 이루어지며, 일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정되고, 타단은 상기 바디부에서 돌출 신장되어 상기 배터리 코어팩의 상부면과 접합되어 고정될 수 있는, 고정플레이트;
    를 포함하는, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정플레이트를 사출금형 내부에 배치하고 상기 수지의 용용물을 주입하여 상기 바디부를 인서트사출 성형함으로써, 상기 고정플레이트의 일단이 상기 바디부에 의하여 매립되어 고정된, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 고정플레이트는 걸폼(Gull-Form) 형태로 절곡된, 배터리 보호회로 모듈 패키지를 장착할 수 있는 홀더.
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