KR101312428B1

KR101312428B1 - Ｐｃｂ연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지

Info

Publication number: KR101312428B1
Application number: KR1020100026374A
Authority: KR
Inventors: 김춘연; 박영선; 방승현; 김수령
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2013-09-27
Also published as: KR20110107167A

Abstract

본 발명은 PCB 연결 구조에 관한 것으로서, 플레이팅부가 마련된 PCB, 플레이팅부 위에 표면실장되는 메탈 플레이트, 및 메탈 플레이트 위에 접합되는 실장 부품을 포함하는 PCB 연결 구조에 있어서, 메탈 플레이트를 제외하고 플레이팅부 위에 실장 부품이 직접 접합된다.
또한, 본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 전극 조립체; 전극 조립체에 연결될 수 있는 보호회로모듈; 및 전극 조립체와 보호회로모듈을 접합시키는 두 개 또는 그 이상의 리드 플레이트들을 구비하는 이차 전지에 있어서, 상기 리드 플레이트 각각은 보호회로모듈의 플레이팅부 위에 표면실장되는 메탈 플레이트없이 직접 플레이팅부에 접합된다.

Description

ＰＣＢ연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지{Connecting structure for PCB and secondary battery utilizing the same}

본 발명은 PCB 연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극 조립체와 보호회로모듈의 연결을 위한 PCB 연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지에 관한 것이다.

최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차 전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 이차 전지의 내부에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로 안전성이 취약한 단점이 있다. 따라서, 이차 전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상적인 상태를 효과적으로 제어할 수 있도록 예를 들어, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등과 같은 안전소자들이 전지 셀에 접속된 상태로 구성된다.

이차 전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 하나의 전지 셀의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위 전지들을 전기적으로 연결한 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 셀 1개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지 모듈의 사용이 요구된다.

한편, 전기, 전자 산업 분야에서, 각종 제품 및 부품들이 소형화, 간략화, 고성능화의 요구가 두드러지고 있으며, 이러한 요구를 만족하기 위해서는 각종 전기, 전자 부품의 물성치를 변화시키지 않으면서 회로 기판 상에 연결되는 부품 등을 정밀하게 장착시키는 방법이 절대적으로 필요하다.

도 1은 일반적인 인쇄회로기판(PCB)을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 "A" 부위의 분해 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 인쇄회로기판의 연결 구조(1)은 본체(2)의 표면에 여러 가지 형태의 부품들(3)이 실장되어 있으며 다수의 플레이팅부(4)가 마련되어 있다. 플레이팅부(4)에는 별도의 실장 부품(5)이 접합될 수 있도록 메탈 플레이트(6)가 크림 솔더(7)에 의해 SMT 방식에 의해 접속되어 있다. 본체(2)의 플레이팅부(4)는 인쇄회로기판 본체(2)의 내부 회로 패턴과 실장 부품(5) 사이의 전류 저항을 최소화시키기 위해 그 표면에 형성된 금도금층(8)을 포함한다.

종래의 인쇄회로기판의 연결 구조(1)에 있어서, 인쇄회로기판의 본체(2)에 실장 부품(5)을 용접하기 위해서는 인쇄회로기판 본체(2)의 플레이팅부(4)에 메탈(예, 니켈) 플레이트(6)를 먼저 표면실장한 후 그 메탈 플레이트(6) 위에 실장 부품(5)을 용접시키는 구성이다. 따라서, 인쇄회로기판의 본체(2)와 실장 부품(5)을 접속하기 위해서는 별도의 메탈 플레이트(6) 및 표면실장을 위한 크림 솔더(7)가 필요하였기 때문에 이들에 대한 부품수 및 조립 공정이 증가되고 인쇄회로기판 조립체의 두께가 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서 인쇄회로기판과실장 부품을 직접 접속시킴으로써 부품수 및 조립 공정을 간소화시키고 인쇄회로기판의 두께를 슬림화할 수 있도록 구조가 개선된 PCB 연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PCB 연결 구조는, 플레이팅부가 마련된 PCB; 상기 플레이팅부 위에 표면실장되는 메탈 플레이트; 및 상기 메탈 플레이트 위에 접합되는 실장 부품을 포함하는 PCB 연결 구조에 있어서, 상기 메탈 플레이트를 제외하고 상기 플레이팅부 위에 상기 실장 부품이 직접 접합된다.

바람직하게, 상기 접합은 융접 또는 압접 또는 납땜에 의해 이루어진다.

바람직하게, 상기 압접은 점용접을 포함한다.

바람직하게, 상기 플레이팅부는: 상기 PCB 본체 위에 실장된 구리-플레이팅; 상기 구리-플레이팅 위에 실장된 니켈-플레이팅; 및 상기 니켈-플레이팅 위에 실장된 금-플레이팅을 구비한다.

바람직하게, 상기 구리-플레이팅은 10마이크로미터 이상이고, 상기 니켈-플레이팅은 5마이크로미터 이상이고, 상기 구리-플레이팅은 0.1마이크로미터 이하이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 연결될 수 있는 보호회로모듈; 및 상기 전극 조립체와 상기 보호회로모듈을 접합시키는 두 개 또는 그 이상의 리드 플레이트들을 구비하는 이차 전지에 있어서, 상기 리드 플레이트 각각은 상기 보호회로모듈의 플레이팅부 위에 표면실장되는 메탈 플레이트없이 직접 상기 플레이팅부에 접합된다.

바람직하게, 상기 압접은 점용접을 포함한다.

바람직하게, 상기 플레이팅부는: 상기 보호회로모듈의 본체 위에 실장된 구리-플레이팅; 상기 구리-플레이팅 위에 실장된 니켈-플레이팅; 및 상기 니켈-플레이팅 위에 실장된 금-플레이팅을 구비한다.

본 발명에 따른 인쇄회로기판의 연결 구조 및 이를 이용한 이차 전지는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 인쇄회로기판의 보드 표면의 실장 부품의 간소화로 인해 조립 부품 및 조립 공정의 수를 절감할 수 있다. 예를 들어, 메탈 플레이트를 위한 SMT 포인트 및 공간을 절감할 수 있다.

둘째, 종래의 메탈 플레이트의 표면 위에 적용이 불가능하였던 스폿 용접 등이 가능하므로 가압 용착의 직접적인 적용이 가능하다.

셋째, 인쇄회로기판 표면의 금속 플레이트 실장의 제거로 인해 인쇄회로기판의 보드의 두께를 슬림화할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 것에 불과하며, 본 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면들에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 종래의 인쇄회로기판의 연결 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부위의 분해 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 연결 구조를 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 "B" 부위의 분해 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 공정을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 PCM 및 퓨즈 부재 부위의 분리 사시도이다.
도 7은 도 6의 구성요소들이 결합된 조립체와 탑 캡의 분해 사시도이다.
도 8는 도 7의 구성요소들이 결합된 상태의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 연결 구조 및 이를 채용한 이차 전지를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 연결 구조를 설명하는 평면도이고, 도 4는 도 3의 "B" 부위의 분해 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판 연결 구조(100)는, 플레이팅부(12)가 마련된 PCB(10), 플레이팅부(12) 위에 직접 접합되는 실장 부품(20)을 구비한다.

상기 PCB(10)는 통상의 인쇄회로기판의 구조를 가진다. 인쇄회로기판(10)은 예를 들어, 이차 전지에 사용되는 보호회로모듈 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 현재 알려져 있거나 앞으로 알려질 그 어떤 다른 인쇄회로기판들을 포함할 수 있음을 당업자는 잘 이해할 것이다.

인쇄회로기판(10)의 플레이팅부(12)는 PCB(10)의 본체(14)에 실장된 구리-플레이팅(15)과, 구리-플레이팅(15)에 실장된 니켈-플레이팅(16), 및 니켈-플레이팅(16) 위에 실장된 금-플레이팅(17)을 구비한다. 여기서, 구리-플레이팅(15)은 약 10마이크로미터 이상이고, 니켈-플레이팅(16)은 약 5마이크로미터 이상이고, 금-플레이팅(17)은 약 0.1마이크로미터 이하인 것이 바람직하다.

상기 실장 부품(20)은 아래에서 설명될 제1 및 제2 리드 플레이트들(150)(160)을 포함하고, 인쇄회로기판(10)이 필요로 하는 다른 여러 가지 형태의 부품을 포함하는 것은 당업자가 충분히 이해할 것이다.

상기 실장 부품(20)는 종래기술에서 설명된 메탈 플레이트(6)를 개재시키지 않고 직접 플레이팅부(12), 바람직하게 금-플레이팅(17) 위에 접합(예, 융접 또는 압접 또는 납땜)된다. 바람직하게, 상기 압접은 스폿 용접을 포함한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 공정을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 PCM 및 퓨즈 부재 부위의 분리 사시도이고, 도 7은 도 6의 구성요소들이 결합된 조립체와 탑 캡의 분해 사시도이고, 도 8는 도 7의 구성요소들이 결합된 상태의 사시도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(200)는, 제1 전극 단자(112) 및 제2 전극 단자(114)를 가진 전지 셀(110)과, 전지 셀(110)에 전기적으로 연결될 수 있는 보호회로모듈(Protection Circuit Module; 이하, 'PCM'이라 함)(120)과, 전지 셀(110) 및 PCM(120)에 전기적으로 연결될 수 있는 퓨즈 부재(130)와, PCM(120)과 퓨즈 부재(130)를 감싸도록 전지 셀(110)에 결합되는 탑 캡(top cap)(140)과, 제1 접합부(152) 및 제2 접합부(154)를 가진 제1 리드 플레이트(150)와, 퓨즈 부재(130)에 접합되는 제3 접합부(162) 및 전지 셀(110)의 제2 전극 단자(114)에 접합되는 제4 접합부(164)를 가진 제2 리드 플레이트(160)와, PCM(120)과 퓨즈 부재(130) 사이 및 전지 셀(110)의 상면과 퓨즈 부재(130)와 함께 PCM(120)의 대향면(121) 사이를 절연하기 위한 절연 부재(180)를 구비한다.

상기 전지 셀(110)은 전극 조립체(미도시)와 전해액(미도시)이 금속성의 캔 형태의 케이스(116) 내부에 수납되어 밀봉된다. 여기서, 전극 조립체는 양극/분리막/음극을 포함하는 하나 또는 그 이상의 단위 전극체가 적층되어 있거나 젤리-롤 타입으로 권취된 구조이다. 케이스(116)의 상단에는 제1 전극 단자(112) 및 제2 전극 단자(114)가 마련된다. 여기서, 제1 전극 단자(112)는 양극 단자를, 제2 전극 단자(114)는 음극 단자를 각각 나타낸다.

전지 셀(110)의 케이스(116)는 상부 수평면의 양단에 한 쌍의 결합홈들(111)(113)이 형성된다. 밀폐 캡(115)은 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액이 충진된 후 그 주입구를 밀봉하기 위한 것으로서, 금속성 볼(ball) 및 고분자 수지 등이 이용된다.

전지 셀(110)은 금속성의 케이스(116)와 각각 절연되는 제1 전극 단자(112)와 제2 전극 단자(114)가 마련된다. 제1 전극 단자(112)는 케이스(116)의 상부의 대략 전체 면에 형성되고 제2 전극 단자(114)는 케이스(116)의 대략 중앙 부위에 형성된다. 한편, 제1 전극 단자(112)와 제2 전극 단자(114)는 사용되는 이차 전지(200)의 용도 또는 구조에 따라 예를 들어, 전지 케이스(116)의 상단에 나란하게 돌출되거나 전지 케이스(116)의 상단과 하단에 각각 배치되는 등과 같이, 케이스(116)의 다양한 부위에 배치될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예에 따른 이차 전지(200)에 있어서, 전지 셀(110)의 내부 구조 및 그 외형은 각형 전지를 기준으로 설명되고 있지만 원통형, 파우치 형 등의 전지 구조에도 적용될 수 있음은 당업자에 의해 자명할 것이다.

상기 PCM(120)은 이차 전지(200)의 안전소자의 일종으로서, 보호회로가 마련된 기판(PCB)을 포함하고, 전술한 실시예의 인쇄회로기판(10)과 동일하게 구성되는 것이 바람직하다. PCM(120)은 조립시 전지 셀(110)의 상단과 면하는 대향면(121)과 그 반대편에서 탑 캡(140)에 면하는 상면(123)을 포함하는 가늘고 긴 플레이트 형태로 구성되며, 납땜 또는 용접 등에 의해 퓨즈 부재(130)와 전기적으로 연결되는 제1 플레이팅부(122) 및 납땝 또는 용접 등에 의해 제1 리드 플레이트(150)와 전기적으로 연결되는 제2 플레이팅부(124)를 갖는다.

상기 퓨즈 부재(130)는 이차 전지(200)의 안전소자의 일종으로서, 용접 또는 납땜 등의 방식에 의해 PCM(120)의 퓨즈 접속부(22)에 접속되는 제1 끝단(132) 및 제2 리드 플레이트(160)가 접속되는 제2 끝단(134)을 구비한다. 한편, 대안적인 실시예에 있어서, 퓨즈 부재(130)는 PTC 소자(미도시)로 대체될 수도 있다. 퓨즈 부재(130)와 PTC 소자의 선택은 제조되는 이차 전지(200)의 규격, 구조, 성능 또는 이차 전지(200)가 사용될 전자 기기의 종류, 성질, 전압, 전류 특성, 및 용도 등에 의해 적절히 이루어질 수 있음은 당업자가 이해할 수 있다.

상기 탑 캡(140)은 전기 절연성 소재로 이루어져 있고, 양측 단부에는 전지 셀(110)의 결합홈들(111)(113)과 연통되는 한 쌍의 결합공들(142)(144)이 관통되어 있다. 조립 시, 전지 셀(110)의 결합홈들(111)(113)과 탑 캡의 결합공들(142)(144)의 위치가 일치된 상태에서 볼트, 나사, 핀 등과 같은 결합 피스(미도시)를 이용하여 체결하게 되면 탑 캡(140)이 전지 셀(110)에 고정된다. 또한, 탑 캡(140)은 후크(미도시) 등에 의해 미리 위치가 고정되는 다양한 형태 연결부재(146: 도 3 참조)가 장착된다. 여기서, 연결부재(146)는 조립 시 납땜 등의 방식으로 PCM(120)과 전기적으로 연결되고, 완성된 이차 전지(200)가 외부 기기의 단자(미도시)와 접속 가능하도록 하기 위한 부재로서, 본 실시예에서는 태비-형(tabby-type)이 사용된다. 탑 캡(140)은 이러한 태비-형 연결부재 대신에 여러 형태의 팩 구조에 따라 다양한 연결요소들이 사용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

본 실시예에 따른 이차 전지(200)에 있어서, PCM(120)의 제1 플레이팅부(122) 및 제2 플레이팅부(124)는 종래기술과 달리 그 표면에 표면실장에 의한 메탈 플레이트가 접속되지 않은 상태에서 직접 실장 부품으로서의 제1 리드 플레이트(150) 및 제2 리드 플레이트(160)가 용접 또는 납땜되는 구성이다.

10…인쇄회로기판(PCB) 12…플레이팅부
14…본체 15…구리-플레이팅
16…니켈-플레이팅 17…금-플레이팅
20…실장 부품 100…연결 구조
110…전지 셀 111,113…결합홈
112…제1 전극 단자 114…제2 전극 단자
115…밀폐 캡 116…케이스
120…PCM 122…제1 플레이팅부
124…제2 플레이팅부 130…퓨즈 부재
140…탑 캡 150…제1 리드 플레이트
152…제1 접합부 154…제2 접합부
160…제2 리드 플레이트 162…제3 접합부
164…제4 접합부 180…절연 부재
200…이차 전지

Claims

플레이팅부가 마련된 PCB 본체와 실장 부품을 포함하는 PCB 연결 구조에 있어서,
상기 플레이팅부는:
상기 PCB 본체 위에 실장된 구리-플레이팅;
상기 구리-플레이팅 위에 실장된 니켈-플레이팅; 및
상기 니켈-플레이팅 위에 실장된 금-플레이팅을 구비하고,
상기 금-플레이팅 위에 상기 실장 부품이 직접 접합되는 것을 특징으로 하는 PCB 연결 구조.
제1항에 있어서,
상기 접합은 융접 또는 압접 또는 납땜에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 연결 구조.
제2항에 있어서,
상기 압접은 점용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 연결 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구리-플레이팅의 두께는 10마이크로미터 이상이고, 상기 니켈-플레이팅의 두께는 5마이크로미터 이상이고, 상기 금-플레이팅의 두께는 0.1마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 PCB 연결 구조.
전극 조립체; 상기 전극 조립체에 연결될 수 있는 보호회로모듈; 및 상기 전극 조립체와 상기 보호회로모듈을 접합시키는 두 개 또는 그 이상의 리드 플레이트들을 구비하는 이차 전지에 있어서,
상기 리드 플레이트 각각은 상기 보호회로모듈의 플레이팅부 위에 직접 접합되고,
상기 플레이팅부는:
상기 보호회로모듈의 본체 위에 실장된 구리-플레이팅;
상기 구리-플레이팅 위에 실장된 니켈-플레이팅; 및
상기 니켈-플레이팅 위에 실장된 금-플레이팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제6항에 있어서,
상기 접합은 융접 또는 압접 또는 납땜에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제7항에 있어서,
상기 압접은 점용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
삭제
제6항에 있어서,
상기 구리-플레이팅의 두께는 10마이크로미터 이상이고, 상기 니켈-플레이팅의 두께는 5마이크로미터 이상이고, 상기 금-플레이팅의 두께는 0.1마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지.