KR20160039790A - 배터리 보호회로 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 패키지에 관한 것으로서, 리드프레임을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 실장된 프로텍션 IC, 적어도 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(FET) 및 적어도 하나 이상의 수동소자; 상기 기판 상에 실장된 PTC 구조체; 상기 PTC 구조체와 상기 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 구조체 및 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 적어도 하나 이상의 봉지재;를 구비하는, 배터리 보호회로 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 배터리 보호회로 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 팩을 소형화할 수 있도록 구성된 배터리 보호회로 패키지 및 그 제조방법에 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, 배터리의 과충전, 과방전, 과열, 과전류를 감지하고 차단하는 보호회로장치가 필요할 수 있다. 전자제품의 소형화 및 배터리의 대용량화의 요구에 부응하여 배터리 보호회로장치의 소형화가 필수적으로 요구되고 있다.
<선행기술문헌>
한국 특허공개번호 제10-2014-0050293호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 배터리 보호회로 패키지가 제공된다. 상기 배터리 보호회로 패키지는 일측이 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는, 배터리 보호회로 패키지로서, 리드프레임을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 실장된 프로텍션 IC, 적어도 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(FET) 및 적어도 하나 이상의 수동소자; 상기 기판 상에 실장된 PTC 소자; 상기 PTC 소자와 상기 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 소자 및 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 적어도 하나 이상의 봉지재;를 구비한다.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 적어도 하나 이상의 봉지재는 서로 이격된 제 1 봉지재 및 제 2 봉지재를 포함하고, 상기 제 1 봉지재는 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 수동소자를 밀봉하며, 상기 제 2 봉지재는 상기 PTC 소자 및 상기 본딩 와이어를 밀봉할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 적어도 하나 이상의 봉지재는 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 소자 및 상기 본딩 와이어를 일체로 밀봉하는 단일 봉지재일 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 기판은 이격된 복수의 리드들을 구비하는 리드프레임만으로 구성되며, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 프로텍션 IC, 상기 수동소자 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재;를 더 포함함으로써 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 전계효과 트랜지스터 및/또는 상기 프로텍션 IC는, 상기 리드프레임 상에 별도의 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 패키지에서, 상기 리드프레임은, 양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 베터리 베어셀의 전극단자와 직접 연결되는, 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 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 소자가 실장될 수 있는, 소자실장용 리드;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 보호회로 패키지에서, 상기 기판은 상기 리드프레임 상에 배치된 인쇄회로기판을 더 포함하고, 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 수동소자는 상기 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 집적화 및 소형화에 유리한 배터리 보호회로 패키지를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 평면도 또는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 결합 사시도이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 평면도 또는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 결합 사시도이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 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 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 실시예들에서, 리드프레임은 금속 프레임에 리드 단자들이 패터닝 된 구성으로서, 절연코어 상에 금속 배선층이 형성된 인쇄회로기판과는 그 구조나 두께 등에서 구분될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 참조부호에 대하여, 배터리 보호회로의 관점에서는 회로의 개념으로 이해될 수 있으며, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 소자나 회로부품의 개념으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 참조부호 '120'에 대해서, 배터리 보호회로의 관점에서는 '프로텍션 집적회로(IC)'로 이해될 수 있으며, 배터리 보호회로 패키지의 관점에서는 '프로텍션 집적회로 소자'로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 배터리 보호회로의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지가 구현하고자 하는 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+, TH, P-)을 구비한다. 여기서 제 1 내지 제 3 외부연결단자들(P+, TH, P-) 중 제 1 외부연결단자(P+) 및 제 3 외부연결단자(P-)는 전원공급을 위한 것이고 나머지 하나의 외부연결단자인 제 2 외부연결단자(TH)는 배터리를 구분하여 배터리에 맞게 충전을 하도록 한다. 또한 제 2 외부연결단자(TH)는 충전시 배터리 온도로 감지하는 부품인 써미스터(Thermistor)를 적용할 수 있으며, 기타 기능이 적용되는 단자로서 활용될 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 제 4 외부연결단자가 추가적으로 더 제공될 수도 있다.
배터리 보호회로(10)는 듀얼 전계효과 트랜지스터(110), 프로텍션 IC(120), 저항(R1,R2,R3), 배리스터(V1) 및 커패시터(C1, C2)의 연결 구조를 가질 수 있다. 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)는 드레인 공통 구조를 가지는 제 1 전계효과 트랜지스터(FET1)와 제 2 전계효과 트랜지스터(FET2)로 구성된다. 프로텍션 집적회로(Protection IC, 120)는 저항(R1)을 통하여 배터리의 (+)단자인 제 2 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 방전 시에 과방전 상태에 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 충전 시에는 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 2 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 차단 후에 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 커패시터(C2)의 값은, 예를 들어, 0.1μF의 값을 가질 수 있다.
그리고 저항(R3) 및 배리스터(V1)는 ESD(Electrostatic Discharge), 서지(surge) 보호를 위한 소자들로써, 서로 병렬연결되는 구조로 제 2 외부연결단자(TH)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.
배터리의 파열을 방지하는 안전장치로서, 제 1 내부연결단자(B-)와 커패시터(C1, C2) 사이에 PTC 구조체(350)가 개재될 수 있다. 예를 들어, 소정의 온도 이하에서는 PTC 구조체(350)가 전류가 흐르는 통로가 되지만, 과전류 발생으로 인해 소정의 온도 이상이 되거나, 과전류에 상관없이 소정의 온도 이상이 되면 PTC 구조체(350)에 의하여 전류의 흐름이 차단되거나 감소되므로, 배터리 파열을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 외부연결단자들(P+,P-,TH), 내부연결단자들(B+,B-)를 포함하여 도 1의 배터리 보호회로(10)를 패키징하여 구성한 배터리 보호회로 패키지를 구현하고 있다. 예를 들어, 저항(R1,R2,R3), 배리스터(V1) 및 커패시터(C1,C2)와 같은 수동소자; 프로텍션 IC(120); 듀얼 전계효과 트랜지스터(110); 및 PTC 구조체(350)를 봉지재(M)로 밀봉하고 패키징하여 배터리 보호회로 패키지를 구현할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로는 예시적이고, 프로텍션 IC, 전계효과 트랜지스터 또는 수동소자의 구성이나 수, 배치 등은 보호회로의 부가 기능에 따라서 적절하게 변형될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)와 프로텍션IC(120)의 배치는 상기 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)와 프로텍션 IC(120)가 상하 적층된 구조를 가지거나 서로 인접 배치되는 구조를 가진다. 예를 들어, 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 상부면에 프로텍션 IC(120)가 적층된 구조를 가지거나, 프로텍션 IC(120)의 좌측 또는 우측에 인접되어 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)가 배치될 수 있다.
듀얼 전계효과 트랜지스터(110)는 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 트랜지스터(110)의 상부면에 구비하는 구조를 가진다. 또한, 공통드레인 단자가 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 하부면에 구비되는 구조를 가질 수 있다.
프로텍션 IC(120)는 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 상부면에 적층 배치되는 구조를 가질 수 있다. 프로텍션 IC(120)는 듀얼 전계효과 트랜지스터(110) 상의 외부단자들이 배치된 부분을 제외한 영역(예를 들면, 중앙부위)에 적층 배치된다. 이때 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 사이에는 절연을 위한 절연막이 배치될 수 있고, 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)은 절연성 재질의 접착제로 접착될 수 있다. 통상적으로 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 사이즈가 프로텍션 IC(120) 보다는 크기 때문에, 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 상부에 프로텍션 IC(120)를 적층하는 배치구조를 채택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지에서는 적층구조를 가지는 프로텍션 IC(120)와 듀얼 전계효과 트랜지스터(110)의 적층칩을 도입함으로써, 후술할 리드프레임 상에 실장하는 면적을 줄일 수 있으며 이에 따라 배터리의 소형화 또는 고용량화를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 평면도 또는 단면도이다.
도 2 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부(300a)는 리드프레임(50)과 인쇄회로기판(60)으로 구성된 기판; 인쇄회로기판(60) 상에 실장된 프로텍션 IC(120), 적어도 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(110) 및 적어도 하나 이상의 수동소자(130); 리드프레임(50) 상에 실장된 PTC 구조체(350); PTC 구조체(350)와 리드프레임(50)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(370);를 포함한다.
리드프레임(50)은 이격된 복수의 리드들을 구비한다. 리드프레임(50)은 상기 베터리 베어셀의 전극단자와 직접 연결되는, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(57); 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(57)사이에 배치되며, 복수의 외부연결단자들을 구성하는, 외부연결단자용 리드(52)를 포함한다. 외부연결단자용 리드(52)의 일측면은 외부에 노출되어 복수의 외부연결단자들을 구성하며, 일측면의 반대면인 타측면 상에 인쇄회로기판(60)이 실장될 수 있다. 나아가, 리드프레임(50)은 PTC 구조체(350)가 실장될 수 있는 PTC 실장용 리드(53)와 본딩 와이어(370)의 일단이 본딩될 수 있는 본딩용 리드(54)를 더 포함할 수 있다.
PTC(Positive Temperature Coefficient) 구조체(350)는 도전성 입자를 결정성 고분자에 분산시켜 형성한 PTC 소자를 포함한다. 소정의 온도 이하에서 PTC 소자는 전류가 흐르는 통로가 되지만, 과전류 발생으로 인해 소정의 온도 이상이 되면 결정성 고분자가 팽창되어 결정성 고분자에 분산되어 있는 도전성 입자 사이의 연결이 분리되면서 저항이 급격하게 증가된다. 따라서 PTC 소자를 통한 전류의 흐름이 차단되거나 전류의 흐름이 감소된다. 이와 같이 PTC 소자에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있으므로, PTC 소자는 배터리의 파열을 방지하는 안전장치의 역할을 수행한다. 그리고 다시 소정의 온도 이하로 냉각되면 PTC 소자에서 결정성 고분자가 수축하여 도전성 입자 사이의 연결이 복원되므로 전류의 흐름이 원활하게 이루어진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 도 2에 도시된 구조체(300a)에 추가적으로 적어도 하나 이상의 봉지재를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나 이상의 봉지재는 서로 이격된 제 1 봉지재(250a) 및 제 2 봉지재(250b)를 포함한다.
제 1 봉지재(250a)는 프로텍션 IC(120), 전계효과 트랜지스터(110) 및 수동소자(130)를 밀봉한다. 제 1 봉지재(250a)는 인쇄회로기판(60) 상에 형성된 도전 패드(62, 64)가 노출되도록 구성될 수 있다. 도전 패드(62, 64)는 후술할 NFC 안테나의 단자와 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 봉지재(250b)는 PTC 구조체(350) 및 본딩 와이어(370)를 밀봉한다. 기판 상의 내부소자를 밀봉하는 봉지재는 외부 환경으로부터 내부소자를 화학적, 물리적 또는 구조적으로 보호할 수 있으며, 내부소자가 기판 상에 견고하게 고정되도록 한다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제 2 내부연결단자용 리드(57)를 중심으로 기판의 일측(예를 들어, 도 3a 내지 도 3c의 좌측)에는 프로텍션 IC(120), 전계효과 트랜지스터(110), PTC 구조체(350) 등이 실장될 수 있으며, 제 2 내부연결단자용 리드(57)를 중심으로 기판의 타측(예를 들어, 도 3a 내지 도 3c의 우측)에 더미 리드(58, 59)와 더미 봉지재(260a, 260b) 등의 더미 구조체(dummy structure)가 형성될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(미도시)는, 제 2 내부연결단자용 리드(57)를 중심으로 타측에 형성된 상기 더미 구조체를 배제하고 제 2 내부연결단자용 리드(57)를 중심으로 일측에 형성된 구조체로만 구성될 수 있다. 이 경우, 제 1 내부연결단자용 리드(51) 및 제 2 내부연결단자용 리드(57)는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 양쪽 가장자리부분에 배치된다.
본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(미도시)에서는, 제 1 봉지재(250a) 및 제 2 봉지재(250b)는 서로 이격되어 배치되는 것이 아니라 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 결합 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 배터리 캔(400) 내에 내장된 배터리 베어셀의 상부면과 상부케이스(500) 사이에 상술한 배터리 보호회로 패키지(300)가 삽입되어 배터리 팩(900)을 구성하게 된다.
배터리 베어셀은 전극 조립체와 캡 조립체를 포함하여 구성된다. 전극 조립체는 양극 집전체에 양극 활물질을 도포해서 형성된 양극판; 음극 집전체에 음극 활물질을 도포해서 형성된 음극판; 및 양극판과 음극판 사이에 개재되어 두 극판의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터;로 이루어질 수 있다. 전극 조립체에는 양극판에 부착된 양극탭과 음극판에 부착된 음극탭이 인출되어 있다.
캡 조립체는 음극단자(410), 캡 플레이트(430) 등을 포함한다. 캡 플레이트(430)는 양극단자의 역할을 할 수 있다. 음극단자(410)는 음극셀 또는 전극셀로 명명될 수도 있다. 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 절연시키기 위하여 절연성 물질이 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 베어셀의 전극단자는 음극단자(410)와 캡 플레이트(430)를 포함할 수 있다.
배터리 베어셀의 전극단자는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 플레이트(430) 내의 중앙에 배치되는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 포함하며, 제 1 내부연결단자용 리드(51)는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)와 접합하여 전기적으로 연결되고, 제 2 내부연결단자용 리드(57)는 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)과 접합하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이 경우, 실질적인 배터리 보호회로 소자는 제 1 극성(예를 들어, 양극)의 플레이트(430)의 일단에서 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)까지의 영역 내에 배치될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제 2 극성(예를 들어, 음극)의 전극셀(410)을 기준으로 상단 부분의 편측 영역만을 사용하여 배터리 보호회로 소자가 배치되므로, 배터리의 소형화 또는 고용량화에 유리할 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호회로 패키지(300)의 상술한 더미 구조체를 배제하고 더미 구조체의 영역에 배터리 베어셀을 추가적으로 확장하는 경우, 배터리의 용량을 증대시킬 수 있다.
배터리 보호회로 패키지(300)과 배터리 베어셀 사이에 홀더(450)가 개재되어 배치될 수 있다. 홀더(450)는 배터리 보호회로 패키지(300)를 배터리 베어셀의 상면에 정확하게 얼라인하여 실장할 수 있는 가이드 역할을 하며, 나아가, 배터리 보호회로 패키지(300)가 배터리 베어셀의 상면 상에 견고하게 고정될 수 있도록 고정부 역할을 할 수 있다.
상부케이스(500)는 플라스틱 및/또는 금속 재질로 구성되며, 배터리 보호회로 패키지(300)의 외부연결단자(52)가 노출될 수 있도록 대응되는 부분에 관통홀(550)이 형성되어 있다.
NFC 안테나(700)는 필름 형태로 배터리 베어셀의 측면에 걸쳐 배치될 수 있다. NFC는 RFID 기술을 활용한 스마트카드식 비접촉 무선 통신 기술로, 스마트카드에 비하여 양방향성을 갖고, 저장 메모리 공간이 상대적으로 크며, 적용 가능한 서비스의 폭이 넒은 특징이 있다. 이에 따라 최근 상용화되고 있는 스마트폰, 태블릿PC 등과 같은 전자 기기들에는 이 기술이 채택되어 출시되고 있는 상황이다. NFC 안테나(700)의 단부(710, 720)는 배터리 보호회로 패키지(300)의 도전성 패드(62, 64)와, 예를 들어, 솔더링 공정에 의하여, 접합될 수 있다.
상술한 배터리 베어셀의 구조체에 홀더(450), 배터리 보호회로 패키지(300), 상부케이스(500), 하부케이스(600), NFC 안테나(700)를 결합한 이후에, 라벨(800)을 이용하여 라벨링 공정을 수행함으로써 최종적인 배터리 팩(900)이 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에 의하면, PTC 구조체(350)의 소형화가 가능하므로 패키지의 소형화를 유도할 수 있으며, 본딩 와이어(370)를 적용함으로써 리드프레임(50)의 형상을 단순화할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있는바, 이하에서 비교예를 도입하여 이러한 차별점을 상술한다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부(300b)에서는, PTC 구조체(350)는 본딩 와이어에 의하지 않고 금속 탭(340)에 의하여 리드프레임(50)에 전기적으로 연결된다. 금속 탭(340)은, 예를 들어, 니켈 탭(Ni Tab)일 수 있다. 도 2와 도 7에 도시된 패키지의 일부를 비교하면, PTC 구조체(350)와 리드프레임(50) 간의 전기적 연결 구성이 서로 상이함을 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 단면도 및 평면도이다. 도 8b 및 도 9b에 도시된 리드프레임(50)은 트리밍 공정을 수행하기 이전의 구성을 가진다.
도 8a 내지 도 9b를 참조하면, PTC 구조체(350)는 PTC 소자(310), PTC 소자(310)의 하면에 부착된 제 1 금속층(320), PTC 소자(310)의 상면에 부착된 제 2 금속층(330)을 포함한다. 제 1 금속층(320)은 리드프레임(50)을 구성하는 복수개의 리드들 중의 어느 하나의 리드(53)와 접합된다.
제 2 금속층(330)은 전기적 연결부재(370, 340)를 통하여 상기 리드(53)와 이격된 다른 어느 하나의 리드와 전기적으로 연결된다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, PTC 구조체(350)를 구성하는 제 2 금속층(330)은 본딩 와이어(370)를 통하여 상기 리드(53)와 이격된 다른 어느 하나의 리드(54)와 전기적으로 연결된다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, PTC 구조체(350)를 구성하는 제 2 금속층(330)은 금속 탭(340)를 통하여 상기 리드(53)와 이격된 다른 어느 하나의 리드(55)와 전기적으로 연결된다. 금속 탭(340)은 제 2 금속층(330)과 연결되어 신장된다. 제 2 금속층(330)과 리드(55) 간의 단차가 있으므로 금속 탭(340)은 적어도 일부분에서 절곡될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이고, 도 11은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성을 도해하는 도면들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, PTC 구조체(350)와 리드프레임(50) 간의 전기적 연결을 본딩 와이어로 구현하는 경우(도 10)가 PTC 구조체(350)와 리드프레임(50) 간의 전기적 연결을 금속 탭(340)으로 구현하는 경우(도 11) 보다 리드프레임의 구조가 단순하다. 예를 들어, 도 11에서는 추가적인 리드(55)의 도입으로 인하여 리드프레임의 구조가 복잡하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이고, 도 13은 본 발명의 비교예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부 구성인 PTC 구조체를 도해하는 도면들이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, PTC 구조체(350)와 리드프레임(50) 간의 전기적 연결을 본딩 와이어로 구현하는 경우(도 12)가 PTC 구조체(350)와 리드프레임(50) 간의 전기적 연결을 금속 탭(340)으로 구현하는 경우(도 13) 보다 패키지의 크기가 작아진다. 예를 들어, 도 13에서의 PTC 구조체(350)의 길이(W2)는 3.85mm임에 반하여, 도 12에서의 PTC 구조체(350)의 길이(W1)는 약 27% 정도 감소된 2.8mm이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에 의하면, PTC 구조체(350)의 소형화가 가능하므로 패키지의 소형화를 유도할 수 있으며, 본딩 와이어(370)를 적용함으로써 리드프레임(50)의 형상을 단순화할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 나아가, PTC 구조체를 제조하기 위한 자체 공정이 감소되어 제조 단가가 감소되는 유리한 효과도 기대할 수 있다.
한편, 상술한 배터리 보호회로 패키지를 구성하는 기판은 리드프레임(50) 및 인쇄회로기판(60)으로 구성되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 배터리 보호회로 패키지를 구성하는 기판이 리드프레임(50)만으로 구성되는 실시예에서도 적용될 수 있는바, 이하에서 이를 설명한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지의 일부를 도해하는 사시도이고, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 도해하는 사시도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지를 구비하는 배터리 팩의 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 리드프레임(50)과 리드프레임(50) 상에 실장된 배터리 보호회로 구성소자를 포함한다. 상기 배터리 보호회로 구성소자는 전계효과 트랜지스터칩과 프로텍션IC를 포함하는 적층칩(100a)이나 플립칩(100b)을 포함한다. 또한, 상기 배터리 보호회로 구성소자는 저항, 배리스터 및 커패시터를 포함하는 수동소자(130)를 포함한다. 나아가, 상기 배터리 보호회로 구성소자는 상술한 PTC 구조체(350)를 포함한다.
리드프레임(50)은 니켈로 이루어지거나 구리판에 니켈 도금한 것으로 이루어질 수 있다. 리드프레임(50)은 제 1 내부연결단자영역(A1)을 구성하는 제 1 내부연결단자용 리드(50a), PTC 구조체 영역(A2) 및 소자 및 칩 영역(A3)을 구성하는 적어도 하나 이상의 소자실장용 리드(50b, 50c), 외부연결단자영역(A4)을 구성하는 외부연결단자용 리드(50d), 및 제 2 내부연결단자영역(A5)을 구성하는 제 2 내부연결단자용 리드(50e)를 포함한다. PTC 구조체 영역(A2), 소자 및 칩 영역(A3) 및 외부연결단자영역(A4)은 제 1 내부연결단자영역(A1)과 제 2 내부연결단자영역(A5) 사이에서 배치되되, 배치순서는 다양하게 변경가능하다.
리드프레임(50)의 상면은 배터리 보호회로 구성소자(100a, 100b, 130, 350)가 실장되는 면이며, 리드프레임(50)의 하면은 상면의 반대면일 수 있다. 리드프레임(50)의 상기 하면에서 외부연결단자영역(A4)에 해당하는 부분은 전부 또는 일부가 도금될 수 있는데, 도금물질은 금, 은, 니켈, 주석 및 크롬 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
제 1 내부연결단자영역(A1) 및 제 2 내부단자영역(A5)은 패키지의 양쪽가장자리부분에 각각 구비되며, 배터리 셀의 전극과 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 배터리 셀의 음의 전극과 접합되며, 제 2 내부연결단자용 리드(B+)는 배터리 셀의 양의 전극과 접합될 수 있으나, 접합되는 극성의 종류는 반대로 구성될 수도 있다.
PTC 구조체 영역(A2)에서 PTC 구조체(350) 및 본딩 와이어(370)가 배치된다. PTC 구조체(350) 및 본딩 와이어(370)의 구성 및 효과 등은 앞에서 이미 설명하였으므로 여기에서는 중복된 설명을 생략한다.
소자 및 칩 영역(A3)에서는 상기 배터리 보호회로 구성소자를 구성하는 복수의 수동소자들(130; 예를 들어, 도 1에 도시된 R1, R2, R3, C1, C2, V1), 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b)이 배치된다. 소자 및 칩 영역(A3)은 배터리 보호회로를 구성하는 프로텍션(protection) IC 및 듀얼 전계효과 트랜지스터칩이 배치될 수 있는 영역으로, 예를 들어, 도 3a에 도시된 적층칩(100a)이 장착되기 위한 다이패드가 배치될 수 있다. 상기 다이패드는 적층칩(100a)을 구성하는 듀얼 전계효과 트랜지스터 소자(110)의 공통드레인 단자와 전기적으로 연결될 수 있으며, 후속공정의 패키징시 노출되도록 하여 외부연결단자로써 기능함과 동시에 방열특성을 개선하도록 할 수 있다.
외부연결단자영역(A4)은 제 2 내부연결단자영역(A5)에 인접되며, 복수의 외부연결단자들로서 기능하는 복수의 외부연결단자용 리드들인 제 1 내지 제 3 외부연결단자용 리드(P+, TH, P-)가 배치된다. 제 1 내지 제 3 외부연결단자용 리드(P+, TH, P-)의 배치순서는 다양하게 달라질 수 있다. 제 2 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 외부연결단자용 리드(P+)에서 연장되어 구성되거나, 제 1 외부연결단자용 리드(P+)가 제 2 내부연결단자용 리드(B+)에서 연장되어 구성될 수 있다. 물론, 제 2 내부연결단자용 리드(B+)는 제 1 외부연결단자용 리드(P+)와 이격되어 배치될 수도 있다.
PTC 구조체 영역(A2), 소자 및 칩 영역(A3) 및 외부연결단자영역(A4)에서 리드프레임(50)은 서로 이격된 복수의 리드들로 구성될 수 있다. 배터리 보호회로 구성소자(100a, 100b, 130, 350)들 중의 적어도 어느 하나는 상기 이격된 복수의 리드들 중의 적어도 일부를 연결하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 수동소자(130)는 상기 서로 이격된 리드 상에 걸쳐서 실장되어 배치될 수 있다. 나아가, 제 2 전기적 연결부재(220)가 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결할 수 있다. 제 2 전기적 연결부재(220)는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 배터리 보호회로 구성소자(100a, 100b, 130, 350)를 밀봉하고, 리드프레임(50)의 일부인 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+)의 적어도 일부를 노출시키는, 봉지재(250)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에서는 리드프레임(50) 상에 실장된 PTC 구조체(350)가 봉지재(250)에 의하여 밀봉되므로 봉지재(250) 내에 내장된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)는 이격된 복수의 실장용 리드들을 가지는 리드프레임(50)을 가지지만, 본딩 와이어나 본딩 리본과 같은 제 2 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 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 일 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에서는, 프로텍션 IC칩 및 전계효과 트랜지스터칩(예를 들어, 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 및 전계효과 트랜지스터칩(예를 들어, 프로텍션 IC와 전계효과 트랜지스터를 포함하는 적층칩(100a) 또는 플립칩(100b))을 실장할 때에는 별도의 봉지재로 밀봉하지 않은 상태에서 실장한 이후에, 후속의 봉지재(250)에 의하여 프로텍션 IC칩 및 전계효과 트랜지스터칩을 밀봉하므로, 배터리 보호회로 패키지(300)를 구현함에 있어서 봉지재를 형성하는 공정을 한 번만 수행할 수 있다. 이에 반하여, 프로텍션 IC칩 및 전계효과 트랜지스터칩(예를 들어, 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.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)가 배터리 셀과 접합하는 예시적인 구성을 간략하게 설명한다. 다만, 이러한 예시적인 구성에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되지 않는다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에서 내부연결단자용 리드가 폴딩되는 양태를 도해하는 사시도이다. 내부연결단자용 리드(50a, 50e)는 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및/또는 제 2 내부연결단자용 리드(B+)로 구성된다. 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+) 각각은 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+) 내에 위치하는 소정의 가상축을 중심으로 폴딩(folding)될 수 있다. 예를 들면, 내부연결단자용 리드(50a)의 제 1 부분(50a-1)과 내부연결단자용 리드(50a)의 제 2 부분(50a-2)은 서로 대면 또는 대향할 수 있도록 내부연결단자용 리드(50a) 내에 위치하는 소정의 가상축(예를 들어, X축과 나란한 방향의 가상축)을 중심으로 폴딩(folding)될 수 있다. 한편, 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+) 각각이 폴딩될 수 있도록, 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+)는 각각 폴딩축 상에 형성된 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+) 내에 형성된 슬릿을 이용하여 제 1 내부연결단자용 리드(B-) 및 제 2 내부연결단자용 리드(B+)를 절곡하여 폴딩하는 공정을 용이하게 구현할 수 있다.
도 16을 참조하면, 배터리 팩(1800)은 상술한 배터리 보호회로 패키지(300), 배터리 보호회로 패키지(300)에 접합되어 전기적으로 연결되는 연성인쇄회로기판(FPCB, 1400),연성인쇄회로기판(1400)에 접합되어 전기적으로 연결되는 커넥터부(1500)를 포함할 수 있다. 배터리 보호회로 패키지(300)의 리드프레임(50), 구체적으로 배터리 보호회로 패키지(300)의 제 1 내지 제 3 외부연결단자용 리드(P+, TH, P-)와 연성인쇄회로기판(1400)의 일단이 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 연성인쇄회로기판(1400)의 타단에는 커넥터부(1500)와 접합될 수 있는 도전성 패드부가 형성된다. 커넥터부(1500)는 커넥터 소켓(1520)과 커넥터 배선(1540)을 포함한다. 커넥터 소켓(1520)은 충전시에는 충전기에 연결되고, 방전시에는 배터리 전원에 의하여 동작되는 전자기기(예, 휴대단말기 등)와 연결될 수 있는 구조체가 삽입될 수 있다. 커넥터 배선(1540)은 연성인쇄회로기판(1400)으로부터 커넥터 소켓(1520)까지 전기적 연결을 위한 배선이다.
한 쌍의 전극탭(1720a, 1720b)이 돌출된 배터리 셀(1700)이 제공된다. 배터리 셀(1700)은, 예를 들어, 2차 전지로 사용되는 배터리 셀이며, 최근 들어 각광받고 있는 리튬 폴리머 배터리 셀일 수 있다. 2차 전지의 배터리 셀(1700)은 전지부와 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스를 포함하여 구성될 수 있다. 양극탭(1720a) 및 음극탭(1720b)으로 이루어진 한 쌍의 전극탭은 배터리 셀(1700)을 구성하는 상기 전지부의 일측면에서 돌출되어 구성되며, 상기 전극판과 전기적으로 연결되어 있다. 한 쌍의 전극탭이 돌출되는 배터리 셀(1700)의 일측면과 이와 연결되는 배터리 셀(1700)의 하부면의 적어도 일부 상에 테라스(teras) 테이프(1740)를 부착할 수 있다. 테라스 테이프(1740)는 양면 테이프일 수 있다. 앞에서 상술한 배터리 보호회로 패키지(300)의 내부연결단자용 리드를 한 쌍의 전극탭과 정렬하도록 배치한다. 먼저, 내부연결단자용 리드의 제 1 부분(50a-1, 50e-1)을 한 쌍의 전극탭(1720)의 하부면에 접하도록 배치한 후에 내부연결단자용 리드의 제 2 부분(50a-2, 50e-2)을 제 1 부분(50a-1, 50e-1)과 대향하도록 배터리 셀(1700) 방향으로 절곡하여 내부연결단자용 리드를 폴딩한다. 따라서, 한 쌍의 전극탭(1720)의 일부가 폴딩된 내부연결단자용 리드의 제 1 부분(50a-1, 50e-1) 및 제 2 부분(50a-2, 50e-2) 사이에 개재된다. 한 쌍의 전극탭(1720)과 접촉되는 내부연결단자용 리드의 제 1 부분(50a-1, 50e-1) 및 제 2 부분(50a-2, 50e-2)은 접촉면을 따라 레이저 용접, 저항용접, 납땜(soldering), 도전성 접착제, 및 도전성 테이프로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식을 이용하여 접합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 보호회로 패키지(300)에서도, PTC 구조체(350)의 소형화가 가능하므로 패키지의 소형화를 유도할 수 있으며, 본딩 와이어(370)를 적용함으로써 리드프레임(50)의 형상을 단순화할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
한편, PTC 구조체가 배터리 보호회로 패키지의 외부에 배치되는 경우에는 PTC 구조체와 배터리 보호회로 패키지를 접합하는 공정이 추가적으로 필요하며, 접합 공정의 불량에 따른 구조체의 강도 저하가 수반될 수 있음에 반하여, 본 발명의 실시예들(도 4 및 도 15a 참조)에서는 PTC 구조체(350)가 배터리 보호회로 패키지(300)의 봉지재(250)에 의하여 밀봉되는 구조를 가지므로 어셈블리의 구조적 강도가 양호하다는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
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.
50 : 리드프레임
300 : 배터리 보호회로 패키지
340 : 금속 탭
350 : PTC 구조체
370 : 본딩 와이어
300 : 배터리 보호회로 패키지
340 : 금속 탭
350 : PTC 구조체
370 : 본딩 와이어
Claims (7)
- 일측이 배터리 베어셀의 전극단자와 전기적으로 연결되고 타측이 충전기 또는 전자기기에 전기적으로 연결되는, 배터리 보호회로 패키지로서,
리드프레임을 포함하는 기판;
상기 기판 상에 실장된 프로텍션 IC, 적어도 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(FET) 및 적어도 하나 이상의 수동소자;
상기 기판 상에 실장된 PTC 구조체;
상기 PTC 구조체와 상기 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및
상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 구조체 및 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 적어도 하나 이상의 봉지재;
를 구비하는, 배터리 보호회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 봉지재는 서로 이격된 제 1 봉지재 및 제 2 봉지재를 포함하고,
상기 제 1 봉지재는 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 수동소자를 밀봉하며,
상기 제 2 봉지재는 상기 PTC 구조체 및 상기 본딩 와이어를 밀봉하는,
배터리 보호회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 봉지재는 상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 구조체 및 상기 본딩 와이어를 일체로 밀봉하는 단일 봉지재인, 배터리 보호회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 이격된 복수의 리드들을 구비하는 리드프레임만으로 구성되며,
상기 전계효과 트랜지스터, 상기 프로텍션 IC, 상기 수동소자 및 상기 복수의 리드들로 이루어진 군에서 선택된 어느 두 개를 전기적으로 연결하는 전기적 연결부재;를 더 포함함으로써 별도의 인쇄회로기판을 사용하지 않고 배터리 보호회로를 구성하는,
배터리 보호회로 패키지. - 제 4 항에 있어서,
상기 전계효과 트랜지스터 및/또는 상기 프로텍션 IC는, 상기 리드프레임 상에 별도의 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 패키지. - 제 4 항에 있어서,
상기 리드프레임은,
양쪽가장자리부분에 각각 배치되며, 상기 베터리 베어셀의 전극단자와 직접 연결되는, 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 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터, 상기 수동소자, 상기 PTC 구조체가 실장될 수 있는, 소자실장용 리드;
를 포함하는, 배터리 보호회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 상기 리드프레임 상에 배치된 인쇄회로기판을 더 포함하고,
상기 프로텍션 IC, 상기 전계효과 트랜지스터 및 상기 수동소자는 상기 인쇄회로기판 상에 실장된,
배터리 보호회로 패키지.
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2014
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