WO2023158140A1 - 개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회로 패턴의 동작 시 발생하는 과전류(Over current)에 의한 발화를 방지하고 단선 위치를 지정할 수 있는 난연성 코팅층 및 개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 연성인쇄회로기판 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로 패턴 퓨즈 작동에 의해 고온으로 가열되더라도 발화를 방지할 수 있고 특정위치에서 용단에 의한 단선이 일어나는 효과를 갖을 수 있다. (대표도) 도 2

Description

개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 전지모듈
본 출원은 2022년 2월 16일자 한국 특허 출원 제2022-0019952호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 전지모듈 에 관한 것으로 더욱 상세하게는 회로 패턴의 동작 시 발생하는 과전류(Over current)에 의한 발화를 방지하고 단선 위치를 지정할 수 있는 난연성 코팅층 및 개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 연성인쇄회로기판 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에 적용되고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀은 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 복수개의 전지 셀을 직렬이나 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 수도 있으며, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 추가적인 구성요소를 부가하여 배터리 팩을 제작하는 것이 일반적이다.
이러한, 배터리 팩에는 배터리 셀의 충방전 등을 제어하거나, 배터리 셀을 보호할 수 있는 보호 회로 모듈(PCM; Protection Circuit Module)의 기판, 전압 등의 센싱을 위한 센싱 기판 등 필요에 따라 다양한 회로 기판이 적용될 수 있다.
이와 같은 회로 기판에는 과전류 또는 단락 전류로 인한 배터리 팩의 화재나 폭발 등을 방지하기 위하여 퓨즈 소자가 구비되는 것이 일반적이다.
특허문헌 1은 이러한 퓨즈 소자를 대신하여 과전류 또는 단락 전류의 차단 기능을 갖는 퓨즈 패턴을 회로 기판에 형성한 배터리 팩이 개시되어 있다.
도 1에서는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3)을 포함하는 배터리 팩에서 메인 회로기판(30)과 배터리 셀(C) 사이를 연결하는 연결 회로기판(20)이 개재되고, 상기 연결 회로기판(20)에는 퓨즈 패턴(F) 및 연결 패턴(N)을 포함하는 도전 패턴(L)이 구비되어 있다.
이러한 퓨즈 패턴(F)이 전극 탭(22)과 메인 회로기판(30) 사이에 위치함으로써, 별도의 퓨즈 소자를 실장하는 작업이나, 퓨즈 소자를 위한 공간이 필요하지 않은 장점이 있으나, 도전 패턴은 구리와 같은 금속으로 제조되는 것이 일반적인데, 이러한 금속은 녹는점이 매우 높아(구리의 녹는 점은 약1085℃) 퓨즈 패턴의 동작 시에 순간적으로 매우 높은 열과 불꽃이 발생할 수 있다.
전기회로에 의도하지 않은 대전류로부터 전기회로에 설치된 각 기능소자를 보호하기 위해 퓨즈소자가 설치되어 있다. 퓨즈 소자는 각 기능소자가 파괴되는 것을 억제하기 위해 일정 이상의 전류가 흐를 경우에 전류를 차단한다. 종래의 프린트배선기판을 이용하여 전기회로를 구성하는 경우, 리드선이 달린 기판 실장용 퓨즈가 이용되고 있었다. 이러한 실장용 퓨즈는 납땜을 이용하여 프린트배선기판에 실장된다.
최근, 예를 들면 차량용 전자 디바이스에서도, 종래의 프린트 배선기판을 대신해 연성인쇄회로기판을 이용한 전기회로가 개발되고 있다. 연성인쇄회로기판은 기재가 가요성을 가진 필름상에 배선 및 기능소자를 형성할 수 있기 때문에 종래의 프린트배선기판에 비해 얇고 구부릴 수 있다. 연성인쇄회로기판상에 퓨즈 소자를 형성하는 경우, 예를 들면 예를 들면 차량용의 전자 디바이스에서는, 차량의 주행중에 있어서의 진동이나 열등에 의한 스트레스로 인해 칩 퓨즈가 작동하여야 하는 경우, 발열에 의해서 접착층에서 탈리된 퓨즈선에 의한 문제가 생기고 있었다.
따라서, 전압, 전류, 온도 등의 센싱을 위해 구현되는 다양한 회로패턴이 구현되는 인쇄회로기판(PCB) 또는 연성인쇄회로기판(FPCB)에서 단락(Short) 또는 과전류(Over current)에 의한 다양한 문제가 발생할 때 패턴 형상의 퓨즈라인이 단락되여야 하는데, 단락된 퓨즈라인의 이동 및 퓨즈라인 어느 부분에서 단락이 발생할 지 예측하지 못하는 문제가 발생하여 과전류가 지속되고, 발열에 의한 화재 가능성이 있게된다.
따라서, 연성인쇄회로기판상에 과전류에 의한 용단(Fusing)에 의한 회로선의 단선을 특정 부위에서 정확히 형성되게 하여야 하는 수요가 있으나 이에 대한 기술개발은 확인되지 않고 있어 이에 대한 기술개발이 요구된다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2020-0129461호
(특허문헌 2) 한국 공개특허공보 제2019-0174149호
(특허문헌 3) 한국 공개특허공보 제2021-0057638호
(특허문헌 4) 일본 등록특허공보 제6453720호
(특허문헌 5) 한국 공개특허공보 제2017-0136889호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 회로 패턴의 동작 시 발생하는 과전류(Over current)에 의한 발화를 방지하고 단선 위치를 지정할 수 있는 난연성 코팅층 및 개구부를 포함하는 패턴 퓨즈 및 이를 포함하는 연성인쇄회로기판 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패턴 퓨즈는 용단(Fusing)을 통해 전류가 차단되는 소정 길이의 제1전도선부(First electro conductive line portion);는 제1필름층;에 형성된 하나 이상의 개구부;에 위치하는 것을 포함하는 패턴 퓨즈일 수 있다.
또한, 상기 제1필름층의 제1면에 형성되는 코팅층;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1전도선부는 직선, 곡선, 패턴형 또는 무정형 중 어느 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 개구부에 위치하지 않는 상기 제1전도선부는 상기 제1필름층에 덮일 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 상기 제1전도선부와 접하는 상기 제1필름층을 모두 덮어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1필름층의 제2면에 형성되는 접착층; 상기 제1전도선부는 상기 제2면에 접하는 접착층 상에 형성되고, 상기 제1전도선부가 형성된 상기 접착층의 반대면에 형성된 제2필름층:을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1전도선부와 상기 접착층과의 접착력이 상기 제1전도선부와 상기 코팅층의 접착력보다 클 수 있다.
또한, 상기 코팅층의 녹는점 상기 제1필름층보다 보다 높고, 상기 코팅층의 열전도도는 상기 제1필름층보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 개구부의 면적(AOP)과 상기 개구부에 위치하는 상기 제1전도선부의 면적(AEC)의 비(AEC /AOP )는 1 내지 0.01일 수 있다.
또한, 상기 개구부는 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 및 무정형 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판일 수 있다.
상기와 같은 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은 전지셀; 상기 전지셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하는 BMS; 상기 전지셀 및 상기 BMS에 접속된 연성인쇄회로기판에서 상기 연성인쇄회로기판은 용단(Fusing)을 통해 전류가 차단되는 소정 길이의 제1전도선부(First electro conductive line portion);는 제1필름층;에 형성된 하나 이상의 개구부;에 위치하는 것을 포함하는 전지모듈일 수 있다.
또한, 상기 전지모듈을 포함하는 디바이스일 수 있다.
또한 상기 디바이스는 전기자동차(EV:Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV:Hybrid Electric Vehicle), 또는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)일 수 있다.
본 발명의 패턴 퓨즈는 난연성 코팅층이 구비되어 있어 패턴 퓨즈 작동시에 발생하는 아킹 또는 스파크(불꽃) 등이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다..
또한, 본 발명의 회로 기판은 본 발명의 패턴 퓨즈를 구비하여 별도의 퓨즈 소자를 실장하는 공정없이 퓨즈의 기능을 구비할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판은 특정위치에 용단에 의한 단선이 일어나도록 유도하여, 열이 집중되므로 최대한 빠른 시간에 단선을 유도하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판은 다른 영역에 과열 및 발화 등이 발행하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판은 해당 특정 영역의 단선을 유도함으로써 단선 동작의 재현성이 확보되어 예상하지 못한 단선된 퓨즈선이 접착층의 용해로 이동하여 발생할 수 잇는 재단락(short) 등의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 퓨즈 패턴이 형성된 회로기판을 포함하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈에 개구부가 형성된 것을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선을 따라 절단한 (a)단면도 및 B-B선을 따라 절단한 (b)단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈에 코팅층 및 개구부가 형성된 것을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 A-A'선을 따라 절단한 (a)단면도 및 B-B선을 따라 절단한 (b)단면도이다.
도 7은 개구부 및 제1전도선부의 형태와 면적에 따른 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 용단에 따른 개구부에서 제1전도선부가 단선된 것을 촬영한 X-ray사진이다.
도 9는 비교예로써 개구부없이 제1전도선부가 단선된 경우(a) 및 제1전도선부가 단선된 후 재단락(short) 경우(b)를 촬영한 X-ray사진이다.
도 10은 제1전도선부의 폭 형태에 따른 개념도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우만이 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 패턴 퓨즈에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 패턴 퓨즈(100)에 관하여 설명하면, 패턴 퓨즈(100)는 제2필름층(150), 접착층(140), 전도선(110), 제1필름층(120) 및 코팅층(150)을 포함한다.
상기 전도선(110)은 제1전도선부(111) 및 제2전도선부(112)로 구성될 수 있다. 통상적으로 제1전도선부(111)에서 용단(Fusing)이 발생한다.
상기 전도선(110)은 전기전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다면 그 재질에 제한을 두지 않는다. 바람직하게는 전해박(ED), 압연박(RA) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 바람직하게는 압연동박일 수 있다. 상기 압연동박은 내굴곡성이 우수하고, 밀도가 높고 생산공정이 어려우나, 움직이는 부위에 유리할 수 있다.
먼저, 제2필름층(150)은 도전성의 전도선(110)을 외부와 절연시키는 역할을 하는 층으로 공지의 다양한 절연성의 고분자 소재로 형성될 수 있다.
특히, 제2필름층(150)의 소재로는 열적 특성이 우수한 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 등이 바람직하며, 그 중 폴리이미드(Polyimide, PI)가 열적 특성 면에서 가장 바람직하다.
제2필름층(150) 상부에 위치되는 접착층(140)은 제2필름층(150)에 전도선(110)을 부착하기 위한 층으로, 전도선(110)을 접착할 수 있다면 그 소재는 특별히 제한하지 않는다.
여기서, 전술한 전도선(110)은 접착층(140)을 통해 제2필름층(150) 상부에 고정되지만, 전도선(110)의 일부는 접착층(140)에 약간 함몰된 상태일 수 있다.
전도선(110)은 구리와 같은 도전성 재료를 이용하여 발열에 유리하도록 설계된 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 구불구불한 파동 형상 뿐 아니라 공지의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 전도선(110)은 전도선(110)과 연결된 양쪽의 도선(미도시)과 동일한 재료로 형성될 수도 있고, 양쪽의 도선보다 녹는 점이 낮은 이종의 재료로 형성될 수 있으며, 전도선(110)과 양쪽의 도선과의 두께, 전도선(110)의 길이 등은 패턴 퓨즈(100)의 동작 조건에 따라 적절히 설계할 수 있다.
다음은 제1필름층(120)에 관해 설명하기로 한다. 제1필름층(120)은 전술한 제2필름층(150)과 동일하게 외부와의 절연 기능을 수행하며, 따라서 제2필름층(150)과 동일한 소재로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 절연성의 고분자 소재로 형성이 가능하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 제1필름층(120)의 일부, 보다 상세하게는 전도선(110)의 일부 또는 전부가 노출되도록 제1필름층(120) 가운데 부분에는 개구부(121)가 형성되어 있다.
그리고 이러한 개구부(121)는 코팅층(130)이 커버한다. 코팅층(130)은 전도선(110)의 발열이나 불꽃에 의한 화재를 방지하기 위한 층이다.
전술한 바와 같이, 패턴 퓨즈가 작동할 시에는 전도선(110)을 구성하는 소재가 녹을 정도로 온도가 상승하는데, 일반적으로 회로 패턴을 커버하는 필름층은 난연성이 좋지 못하여 화재로 이어지는 경우가 빈번하다.
물론 회로 패턴을 커버하는 필름층을 난연성이 우수한 소재를 채용하는 것도 가능하지만 회로 패턴이 없는 부분까지 구비되어야 하므로 이에 따라 비용이 상승한다는 문제점이 있다.
여기서, 난연성 코팅층의 소재로는 전기절연성이면서, 플라스틱 재료의 난연성 테스트 중 하나인 UL94 V 테스트 기준으로 V-0 등급인 난연성 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
UL 94 V 테스트란 플라스틱 제품에 수직 방향으로 불꽃을 가했을 때, 제품의 연소 양상 및 주위로의 화염 전파 정도를 평가하는 것으로, 연소 시간 등에 따라 V-0, V-1, V-2 등급으로 나눌 수 있으며, 이중 V-0 등급은 가장 난연성이 높은 등급이다.
여기서, 난연성 조성물이란 고분자 수지 조성물에 난연제 및 각종 첨가제를 첨가하여 난연성을 높인 조성물을 의미한다.
이러한 난연성 조성물에 될 수 있는 고분자 수지로는 폴리우레탄(Polyurethane), 우레탄(Urethane), 에폭시(Epoxy), 아크릴(Acryl) 등 공지의 다양한 소재가 있다.
특히, 전도선(110)은 발열이 발생하는데, 이때 전도선(110)을 덮고 있는 코팅층(130)의 흡열성과 열전도율이 낮을수록 전도선(110)이 더 빨리 단선되어 과전류를 조기에 차단할 수 있게 된다.
따라서, 다양한 고분자 수지 중 상대적으로 흡열성과 열전도율이 낮은 우레탄 계열, 폴리우레탄 계열, 또는 폴리우레탄과 폴리아크릴 혼합물이 주로 포함된 조성물이 적절할 수 있다.
상기 고분자 수지의 특성을 재료의 비율이나 물성치에 따라 달라질 수 있는 바, 수지 선정시에 실제 흡열성과 열전도율에 따라 선택적용할 수 있음은 자명하다. 일 예로, 열전도율이 0.10 W/mK 이하인 것이 바람직하고, 0.05W/mK이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 범위를 벗어나면 코팅층의 기능을 제대로 나타낼 수 없다.
물론 난연성 코팅층을 형성하기 난연성 조성물에는 통상적으로 포함하는 각종 첨가제가 포함될 수 있음은 자명하다.
또한 난연성을 향상시키기 위한 무기계 충전제, 예를 들어 유리 섬유 또는 구형 실리카 등을 단독으로 또는 혼합하여 첨가할 수도 있다.
한편 코팅층(130)의 넓이는 개구부(121) 보다 좁게 형성할 경우에는 하부의 전도선(110)을 외부로부터 완전히 차단할 수 없다. 따라서 개구부(121)만을 커버할 수 있도록 개구부(121) 면적과 동일한 것이 바람직하고, 개구부(121)를 포함하여 개구부(121) 가장자리와 일부 중첩될 수 있도록 개구부(121)보다 조금 큰 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 개구부의 면적(AOP)과 상기 개구부에 위치하는 상기 제1전도선부의 면적(AEC)의 비(AEC /AOP )는 1 내지 0.01일 수 있다. 바람직하게는 1 내지 0.5일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 0.8일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면 개구부에서 용단에 의한 단선기능이 제대로 구현되지 않을 수 있다.
다음은 본 발명의 패턴 퓨즈를 제조하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈에 개구부가 형성된 것을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
용단(Fusing)을 통해 전류가 차단되는 소정 길이의 제1전도선부;는 제1필름층;에 형성된 하나 이상의 개구부;에 위치하는 것을 포함하는 패턴 퓨즈일 수 있다.
상기 제1전도선부의 소정 길이는 구현하고자 하는 퓨즈 전류정격에 따라 달라질 수 있음은 자명하다. 퓨즈 전류정격이 낮은 경우에는 일반적으로 저항을 크게 만들기 위해 길이를 증가시키거나, 폭을 좁게하여 저항을 증가시킬 수 있으며, 퓨즈 전류정격이 높은 경우에는 저항을 작게 만들기 위해 길이를 감소시키거나 폭을 넓게 하여 저항을 감소시킬 수 있다.
일 실시예로써, 낮은 전류정격의 구성을 위해서는 50mm 일 수 있으며, 이 범위를 벗어나면 용단이 효과적으로 일어나지 않을 수 있다.
상기 소정 길이는 0.01μm 내지 500mm정도로 구현될 수 있다.
일 실시예로써, 낮은 전류정격의 구성을 위해서는 상기 제1전도선부의 폭을 이루는 단면적은 상기 패턴퓨즈가 구현된 제1전도선부 전 영역에 걸쳐서 일정한 단면적을 갖을수도 있고, 제1전도선부의 특정부분에서 폭이 넓어지거나 좁아질 수 있다. 이는 제1전도선부의 소정 위치에서 소정 조건에서 용단을 발생시키기 위한 퓨즈 전류정격에 따라 변경될 수 있음은 자명하다.
일 실시예로써, 상기 폭의 단면 형태는 사각형, 원형, 삼각형, 무정형 중 어느 하나 이상의 형태를 갖을 수 있음은 자명하다.
상기 제1필름층은 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 중 어느 하나의 소재에서 선택될 수 있다. 상기 제1필름층의 소재 선택은 일 실시예로써 상기 소재 특성을 재료의 비율이나 물성치에 따라 달라질 수 있는 바, 수지 선정시에 실제 흡열성과 열전도율에 따라 선택적용할 수 있음은 자명하다.
도 4는 도 3의 A-A'선을 따라 절단한 (a)단면도 및 B-B선을 따라 절단한 (b)단면도이다.
상기 제1전도선부는 직선, 곡선, 패턴형 또는 무정형 중 어느 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
상기 제1전도선부의 형상은 단위면적에 형성되는 상기 제1전도선부의 길이는 구현하고자 하는 단선특성(인가전류, 단선시간 등)을 위한 저항치 구현이 가능하다면 그 형상 또는 형태에 제한되지 않는다.
상기 저항의 증가만이 좋은 것은 아니며 구현하고자 하는 단선특성에 따라 저항은 작아져야할 때도 있고 커져야할 때도 있을 수 있다.
상기 전도선부는 회로를 구성하는 동박으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 압연박이나 전해박으로 구성될 수 있다.
상기 전도선부는 전기전도성(Electro conductive)선으로 구성될 수 있다.
상기 전도선부는 회로의 통전을 통한 전류흐름을 형성하는 제2전도선부와 과전류 발생시 회로 상에 저항증가에 의한 발열로 용단(Fusing)이 발생하여 회로가 단선되어 전류가 차단되는 제1전도선부로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 퓨즈에 코팅층 및 개구부가 형성된 것을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
상기 제1필름층의 제1면에 형성되는 코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 상기 개구부에 난연성 조성물로 도포 및 경화시켜 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 개구부에 난연성 조성물로 이루어진 필름으로 상기 개구부를 밀봉시킬 수 있다.
상기 코팅층은 난연성 소재로 구성될 수 있다.
상기 난연성 조성물은 UL94기준에 따른 난연 등급이 V-0인 난연성 조성물일 수 있다.
상기 난연성 조성물은 폴리우레탄 또는 우레탄 계열일 수 있으며, 바람직하게는 상기 난연성 조성물은 무기계 충전제를 포함할 수 있고, 상기 무기계 충전제는 유리 섬유 또는 구형실리카 중 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 난연성 조성물은 폴리우레탄 및 폴리아크릴 계열의 코팅제 적용시의 일실시예로써 코팅제의 변경, 코팅층의 형태, 적용조건에 따라 다양하게 선택될 수 있음은 자명하다.
상기 코팅층은 상기 제1필름층 보다 열전도율이 낮을 수 있다.
도 6은 도 5의 A-A'선을 따라 절단한 (a)단면도 및 B-B선을 따라 절단한 (b)단면도이다.
상기 개구부에 위치하지 않는 상기 제1전도선부는 상기 제1필름층에 덮일 수 있다.
상기 코팅층은 상기 제1전도선부와 접하는 상기 제1필름층을 모두 덮어 형성될 수 있다.
상기 제1필름층의 제2면에 형성되는 접착층; 상기 제1전도선부는 상기 제2면에 접하는 접착층 상에 형성되고, 상기 제1전도선부가 형성된 상기 접착층의 반대면에 형성된 제2필름층:을 포함할 수 있다.
상기 제1전도선부와 상기 접착층과의 접착력이 상기 제1전도선부와 상기 코팅층의 접착력보다 클 수 있다.
상기 제1전도선부와 상기 접착층과의 접착력이 상기 제1전도성부와 상기 코팅층의 접착력보다 작을 수 도 있다.
상기 접착층이 상기 제1전도선부의 과열에 따른 기화로 상기 제1필름층과 상기 접착층 사이에 가스가 발생시 상기 제1전도선부와 상기 접착층이 접착력이 상기 제1전도선부와 상기 제1코팅층의 접착력보다 강하면, 상기 제1전도선부와 상기 제1코팅층 사이에 공간이 발생할 수 있다.
상기 제1전도선부와 상기 접착층 및 상기 제2필름층을 상기 연성인쇄회로기판의 패턴퓨즈의 하부로 정의할 수 있다.
상기 제1전도선부, 상기 개구부를 포함하는 상기 제1필름층 및 상기 제1코팅층을 상기 연성인쇄회로기판의 패턴퓨즈의 상부로 정의할 수 있다.
상기 패턴 형태로 형성된 상기 제1전도선부가 과열로 기화되어 가스가 발생된다면 상기 접착력의 차이로 인해 상기 패턴퓨즈의 하부보다는 패턴퓨즈의 상부에 공간이 발생할 수 있다.
상기 코팅층의 녹는점이 상기 제1필름층보다 보다 높고, 상기 코팅층의 열전도도는 상기 제1필름층보다 낮을 수 있다.
상기 코팅층의 녹는점이 상기 제1필름층보다 높고, 상기 코팅층의 열전도도가 상기 제1필름층보다 낮지 않을 수 있다.
상기 코팅층의 녹는점 및 열전도도는 상기 코팅층의 재질, 형성조건, 상기 패턴 퓨즈의 운전조건에 따른 재질 선정에 따라 변경될 수 있음을 자명하다.
도 7은 개구부 및 제1전도선부의 형태와 면적에 따른 개념도이다.
상기 개구부의 면적(AOP)은 상기 개구부에 위치하는 상기 제1전도선부의 면적(AEC)과 같거나 클 수 있다.
상기 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판일 수 있다.
상기 연성인쇄회로기판은 필름층과 접착층으로 구성되는 커버레이(Cover Layer) 및 전기 전도성 금속선과 필름층을 구성되는 동박적층판(CCL, Copper Clad Laminate)로 이루어진 단면형(Single Side), 2개의 커버레이와 1개의 동박적층판으로 구성된 양면형(Double Side), 3층이상의 커버레이와 동박적층판으로 구성된 다층형(MultiLayer), 2개의 커버레이와 전기 전도성 금속선으로 구성된 Double Access형, Rigid형, Buildup형 중 어느 하나 일 수 있다.
(실시예)
본 실험은 전류정격의 500%를 인가하여 패턴 퓨즈의 용단을 실험하였다. 퓨즈 전류정격은 1A, 시험전류는 5A이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 용단에 따른 개구부에서 제1전도선부가 단선된 것을 촬영한 X-ray사진이다.
본 발명의 패턴 퓨즈 구조에 따른 동작성 검증 결과에 따르면 패턴 퓨즈 단선시에 패턴의 이동의 없으며, 모든 샘플의 단선 부위가 개구부에 위치함을 확인하였다.
이는 개구부에 그 구조상 열이 가장 빨리 축적됨을 확인할 수 있으며, 재현성 확보로 인하여 패턴 퓨즈 단선 동작의 신뢰성이 확보되었음을 확인할 수 있다.
(비교예)
본 실험은 상기 실시예의 실험조건과 동일하며 본 발명의 개구부가 형성된 제1필름층이 없는 패턴 퓨즈에서 실험을 진행한 것이외에는 동일한 조건에서 실험을 수행하였다.
도 9는 비교예로써 개구부없이 제1전도선부가 단선된 경우(a) 및 제1전도선부가 단선된 후 재단락(short) 경우(b)를 촬영한 X-ray사진이다.
실험결과 해석
비교예 결과를 살펴보면, 기존의 패턴 퓨즈 구조인 패턴 퓨즈 동박과 필름층이 형성된 경우로 상기 도 9의 (a)와 같이 패턴 퓨즈의 일부분이 적절하게 단선될 수 있으나 (b)와 같이 단선 후 패턴의 이동으로 인해서 재단락 및 절연저항 미확보의 리스크가 있을 수 있음을 확인할 수 있다.
또한 (a)와 같이 패턴 퓨즈의 단선 부위가 랜덤하게 형성되기 때문에 단선 영역의 위치 재현성을 확보하기 어려운 문제를 확인할 수 있다.
도 2 내지 도 6를 참조하면서 설명하면, 전술한 패턴 퓨즈(100)를 제조하는 방법은, 제2필름층(150)을 준비하는 제1 단계, 제2필름층(150) 상부에 접착층(140)을 형성시키는 제2 단계, 접착층(140) 상부에 전도선(110)을 안착시키는 제3 단계, 개구부(121)가 마련된 제1필름층(120)을 적층하는 제4 단계, 및 코팅층(130)을 형성시키는 제5 단계를 포함하여 구성된다.
한편 전도선(110)은 원하는 모양으로 미리 준비한 패턴을 접착층(140) 상부에 안착시키거나, 접착층(140) 상부에 희망하는 모양으로 바로 형성시키는 것도 가능하다.
또 제1필름층(120)을 적층하는 제4 단계에서는 전도선(110)이 안착된 상태인 접착층(140) 상부에 제1필름층(120)을 적층한 후, 전도선(110)의 일부 또는 전부가 노출되도록 개구부(121)에 해당되는 영역을 제거하는 것도 가능하지만, 미리 개구부(121)를 형성시킨 제1필름층(120)를 적층하는 것이 보다 바람직하다.
또 개구부(121)에 코팅층(130)을 형성하는 제5 단계에서는 개구부(121)에 난연성 조성물을 도포 및 경화시켜 코팅층(130)을 형성시키거나, 얇은 필름 형태의 코팅층(130)을 미리 준비한 후 개구부(121)를 커버하도록 적층하는 것도 가능하다.
전술한 패턴 퓨즈(100)는 PCB(Printed Circuit Board) 또는 FPCB(Flexible PCB)와 같은 회로 기판 상의 일정 위치에 위와 같은 공정을 통하여 형성되어, 배터리 팩 등 다양한 디바이스에 적용될 수 있다.
물론, 회로 기판 상에 패턴 퓨즈(100)를 형성시킬 시 경우에 따라 제2필름층(150) 또는 접착층(140) 중 일부 또는 전부를 형성하지 않고, 기판 상에 전도선(110)을 직접 형성할 수도 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
100 : 패턴 퓨즈
110: 전도선(Electro Conductive Line)
111: 제1전도선부(First electro conductive line portion)
112: 제2전도선부(Second electro conductive line portion)
120: 제1필름층
121: 개구부
122: 제1면
123: 제2면
130: 코팅층
140: 접착층
150: 제2필름층

Claims (13)

  1. 용단(Fusing)을 통해 전류가 차단되는 소정 길이의 제1전도선부(First electro conductive line portion);는 제1필름층;에 형성된 하나 이상의 개구부;에 위치하는 것을 포함하는 패턴 퓨즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1필름층의 제1면에 형성되는 코팅층;을 포함하는 패턴 퓨즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전도선부는 직선, 곡선, 패턴형 또는 무정형 중 어느 하나 이상의 형상을 포함하는 패턴 퓨즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개구부에 위치하지 않는 상기 제1전도선부는 상기 제1필름층에 덮여있는 패턴 퓨즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 제1전도선부와 접하는 상기 제1필름층을 모두 덮어 형성되는 패턴 퓨즈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1필름층의 제2면에 형성되는 접착층;
    상기 제1전도선부는 상기 제2면에 접하는 접착층 상에 형성되고,
    상기 제1전도선부가 형성된 상기 접착층의 반대면에 형성된 제2필름층:을 포함하는 패턴 퓨즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1전도선부와 상기 접착층과의 접착력이 상기 제1전도선부와 상기 코팅층의 접착력보다 큰 패턴 퓨즈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층의 녹는점은 상기 제1필름층보다 보다 높고, 상기 코팅층의 열전도도는 상기 제1필름층보다 낮은 패턴 퓨즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 면적(AOP)과 상기 개구부에 위치하는 상기 제1전도선부의 면적(AEC)의 비(AEC /AOP )는 1 내지 0.01인 패턴 퓨즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는 원형, 삼각형, 사각형, 다각형 및 무정형 중 어느 하나 이상인 패턴 퓨즈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 패턴 퓨즈를 포함하는 연성인쇄회로기판.
  12. 전지셀;
    상기 전지셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하는 BMS;
    상기 전지셀 및 상기 BMS에 접속된 연성인쇄회로기판에서
    상기 연성인쇄회로기판은 용단(Fusing)을 통해 전류가 차단되는 소정 길이의 제1전도선부;는 제1필름층;에 형성된 하나 이상의 개구부;에 위치하는 것을 포함하는 패턴 퓨즈를 포함하는 전지모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전지모듈을 포함하는 디바이스.
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