(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-05
(45)【発行日】2024-08-14
(54)【発明の名称】プリント回路基板及びこれを含むバッテリモジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 50/20 20210101AFI20240806BHJP
H05K 3/46 20060101ALI20240806BHJP
【FI】
H01M50/20
H05K3/46 N
H05K3/46 Q
H05K3/46 Z
(21)【出願番号】P 2019014995
(22)【出願日】2019-01-31
【審査請求日】2021-11-04
【審判番号】
【審判請求日】2023-06-26
(31)【優先権主張番号】10-2018-0081645
(32)【優先日】2018-07-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】594023722
【氏名又は名称】サムソン エレクトロ-メカニックス カンパニーリミテッド.
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人RYUKA国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ファン、ジュン-オー
(72)【発明者】
【氏名】シン、ジェ-ホ
【合議体】
【審判長】高野 洋
【審判官】寺谷 大亮
【審判官】衣鳩 文彦
(56)【参考文献】
【文献】特公昭50-35229(JP,B2)
【文献】特表2013-532901(JP,A)
【文献】特開2007-273654(JP,A)
【文献】特開2011-249410(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M50/20-50/298
H05K 3/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極を含むバッテリセルと、
前記バッテリセルに結合するプリント回路基板と、を含み、
前記プリント回路基板は、
絶縁層と、
前記絶縁層の内側に位置し、端部が前記絶縁層の一側面よりも突出する金属層と、を含み、
前記絶縁層の一側面よりも突出した前記金属層の端部は、前記バッテリセルの電極に電気的に接続するバッテリモジュール。
【請求項2】
前記絶縁層の一側面よりも突出した前記金属層の端部及び前記バッテリセルの電極は、ソルダリングされる請求項1に記載のバッテリモジュール。
【請求項3】
前記絶縁層は、
前記金属層の両面に積層される第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に積層される第2絶縁層と、を含む請求項1または2に記載のバッテリモジュール。
【請求項4】
前記金属層及び前記第1絶縁層には、前記金属層及び前記第1絶縁層を上下に一括貫通するキャビティが形成される請求項3に記載のバッテリモジュール。
【請求項5】
前記プリント回路基板は、前記キャビティ内に挿入される電子部品をさらに含む請求項4に記載のバッテリモジュール。
【請求項6】
前記プリント回路基板は、
前記第1絶縁層の外側表面に形成される第1回路と、
前記第2絶縁層の外側表面に形成される第2回路と、をさらに含み、
前記電子部品と前記第2回路とを電気的に接続するビアをさらに含む請求項5に記載のバッテリモジュール。
【請求項7】
前記金属層には、前記金属層が二つの領域に分離されるように、前記金属層を平面方向に横切るキャビティが形成される請求項1から6のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【請求項8】
前記金属層の一面には、前記金属層の厚さより小さい厚さを有する金属箔が形成された請求項1から7のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【請求項9】
前記金属箔は、前記絶縁層の一側面よりも突出する金属層の端部には形成されない請求項8に記載のバッテリモジュール。
【請求項10】
前記プリント回路基板は、
前記第1絶縁層の外側表面に形成される第1回路と、
前記第2絶縁層の外側表面に形成される第2回路と、をさらに含む請求項3に記載のバッテリモジュール。
【請求項11】
前記第2回路の外側表面には粗度が形成された請求項10に記載のバッテリモジュール。
【請求項12】
前記金属層の一面には前記金属層の厚さより小さい厚さを有する金属箔が形成され、
前記金属箔と前記第2回路とを接続するビアが形成された請求項11に記載のバッテリモジュール。
【請求項13】
前記プリント回路基板は、
前記絶縁層の上下面を貫通する貫通ビアをさらに含み、
前記金属層には、前記貫通ビアが通過するためのキャビティが形成された請求項1から12のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【請求項14】
前記プリント回路基板は、
前記絶縁層の両面に積層されるソルダーレジストをさらに含む請求項1から13のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【請求項15】
前記絶縁層の一側面よりも突出する前記金属層の端部は、一対である請求項1から14のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【請求項16】
前記金属層は、ニッケルを含む金属で形成された請求項1から15のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント回路基板(printed circuit board)及びこれを含むバッテリモジュール(battery module)に関する。
【背景技術】
【0002】
モバイル機器に関する技術開発及び需要の増加により二次電池(Rechargeable battery)の需要も急激に増加しており、二次電池は充電が不可能である一次電池とは異なって充電及び放電が可能である電池であって、各種モバイル機器はもちろん様々な電子製品のエネルギー源として広く用いられている。
【0003】
二次電池には各種可燃性物質が内蔵されているため、過充電、過電流、その他の物理的外部衝撃等により発熱、爆発等の危険性があるので、安全性に大きな短所を有している。このため、この二次電池には、過充電、過電流等の異常状態を効果的に制御できる安全素子が結合できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、金属タップの信頼性が向上されたプリント回路基板及びこれを含むバッテリモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によれば、絶縁層と、上記絶縁層の内側に位置し、端部が上記絶縁層の一側面よりも突出する金属層と、を含むプリント回路基板が提供される。
【0007】
本発明の他の側面によれば、電極を含むバッテリセルと、上記バッテリセルに結合するプリント回路基板と、を含み、上記プリント回路基板は、絶縁層と、上記絶縁層の内側に位置し、端部が上記絶縁層の一側面よりも突出する金属層と、を含み、上記絶縁層の一側面よりも突出した上記金属層の端部は、上記バッテリセルの電極に電気的に接続するバッテリモジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
【
図2】
図1を他の側面から見た形状を示す図である。
【
図3】本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
【
図4】本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
【
図5】本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
【
図6】本発明の実施例に係るプリント回路基板の製造方法を示す図である。
【
図7】本発明の実施例に係るプリント回路基板の製造方法を示す図である。
【
図8】本発明の実施例に係るプリント回路基板の製造方法を示す図である。
【
図9】本発明の実施例に係るバッテリモジュールを示す図である。
【
図10】本発明の実施例に係るバッテリモジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明に係るプリント回路基板及びこれを含むバッテリモジュールの実施例を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明を省略する。
【0010】
また、以下で使用する「第1」、「第2」等の用語は、同一または対応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎず、同一または対応する構成要素が第1、第2等の用語により限定されることはない。
【0011】
また、「結合」とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間に物理的に直接接触する場合のみを意味するものではなく、他の構成が各構成要素の間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触している場合まで包括する概念として使用される。
プリント回路基板
【0012】
図1は、本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
図2は、
図1を他の側面から見た形状を示す図である。特に、
図2の(a)は、
図1の一側面を主に示した図であり、
図2の(b)は、
図1を上側から見たものを示した図であり、
図2の(c)は、
図2の(b)においての金属層のみを示した図である。
【0013】
図1及び
図2を参照すると、本発明の実施例に係るプリント回路基板は、絶縁層と、絶縁層の内側に位置する金属層200と、を含み、金属層200の端部は、絶縁層の一側面よりも突出する。ここで、絶縁層の一側面よりも突出した金属層200の端部を「金属タップ210」と称する。
【0014】
絶縁層は、第1絶縁層110と第2絶縁層120とを含むことができる。第1絶縁層110は金属層200の両面に積層され、第2絶縁層120は第1絶縁層110に積層される。
【0015】
この絶縁層(第1絶縁層110及び第2絶縁層120のそれぞれ)は、樹脂等の絶縁物質で組成される層であって、絶縁層の樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の様々な素材を用いることができる。具体的には、絶縁層の樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、BT樹脂等が挙げられる。ここで、エポキシ樹脂には、例えば、ナフタレン系エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、クレゾールノボラック系エポキシ樹脂、ゴム変性型エポキシ樹脂、環型脂肪族系エポキシ樹脂、シリコン系エポキシ樹脂、窒素系エポキシ樹脂、リン系エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0016】
絶縁層は、上記樹脂にガラスクロス(glass cloth)等の繊維補強材が含まれたもの、例えば、プリプレグ(Prepreg;PPG)であり得る。また、絶縁層は、上記樹脂にシリカ(SiO2)等の無機フィラー(filler)が充填されたビルドアップフィルム(build up film)であって、例えば、ABF(Ajinomoto Build-up Film)であり得る。無機フィラーには、シリカ(SiO2)、硫酸バリウム(BaSO4)、アルミナ(Al2O3)のうちのいずれか1種、または2種以上を組み合わせて用いることができる。無機充填剤としては、その他にも炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、フライアッシュ、天然シリカ、合成シリカ、カオリン、クレー、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、タルク、マイカー、ハイドロタルサイト、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、焼成タルク、ウォラストナイト、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられるが、その物質に制限はない。
【0017】
第1絶縁層110と第2絶縁層120とは同種の素材で形成できるが、これに限定されず、第1絶縁層110と第2絶縁層120とは互いに異なる素材で形成することもできる。
【0018】
金属層200は、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の金属で形成された板状の構造物である。金属層200は、絶縁層の内側に位置し、具体的には、金属層200の上下面に第1絶縁層110が積層され、第1絶縁層110に第2絶縁層120が積層されて、金属層200の上下に絶縁層110、120が積層されたサンドイッチ構造となる。
【0019】
金属層200は、絶縁層内に広い面積で形成され、金属の熱伝導率が高いことから、金属層200は平面方向への放熱機能を向上させることができる。
【0020】
図1及び
図2に示すように、金属層200の端部は、絶縁層の一側面よりも突出する。絶縁層の一側面よりも突出した金属層200の端部は、「金属タップ210」となる。図面には、金属タップ210の部分の長さが金属タップではない部分の長さよりも短く示されているが、実際には金属タップ210の部分の長さがより長いことも可能である。
【0021】
金属層200の一面には、金属箔220が備えられることができる。金属箔220の厚さは、金属層200の厚さより小さい。また、金属層200を形成する金属と金属箔220を形成する金属とは、互いに異なることが可能である、例えば、金属層200はニッケルで形成され、金属箔220は銅で形成されることができる。
【0022】
金属層200の一面に形成される金属箔220は、金属タップ210の部分を含み金属層200の全面に形成されることができる。この場合、金属タップ210と共に金属箔220も絶縁層の一側面よりも突出する。
【0023】
金属層200には、金属層200の上下面を貫通するキャビティC1、C2、C3を形成することができる。このキャビティC1、C2、C3は、金属層200と上記金属層200の上下面に積層された第1絶縁層110とを貫通することができる。すなわち、キャビティC1、C2、C3は、金属層200及び第1絶縁層110を上下に一括貫通する。
【0024】
一部のキャビティC1、C2には、電子部品E1、E2を挿入でき、他の一部のキャビティC3には、貫通ビア430が通過できる。電子部品E1、E2は、下側にかたよってキャビティC1、C2に挿入できる。この場合、電子部品E1、E2の各下面がキャビティC1、C2の下面に位置することができる。電子部品E1、E2の大きさ(厚さ)は、互いに異なることが可能である。
【0025】
電子部品E1、E2の大きさは、キャビティC1、C2の大きさより小さいことが可能である。キャビティC1、C2内に電子部品E1、E2が挿入された後に、キャビティC1、C2の空く空間には第2絶縁層120が充填されることができる。
【0026】
図2に示すように、金属層200は、二つの領域に分離できる。すなわち、金属層200は、二つの単位金属層200a、200bで構成されることができ、二つの単位金属層200a、200bは、互いに絶縁される。それぞれの単位金属層200a、200bは、それぞれの金属タップ210a、210bを有し、この場合、
図2の(a)に示すように、一対の金属タップ210a、210bは絶縁層の一側面よりも突出する。一対の金属タップ210a、210bは、互いに離隔している。
【0027】
二つの単位金属層200a、200bの間には、キャビティC4が形成されることにより二つの単位金属層200a、200bが互いに離隔して、電気的に絶縁されることができる(
図2の(c)には、C4以外の他のキャビティC1からC3は、図示していない)。すなわち、キャビティC4は、金属層200を平面方向に横切って形成されながら、金属層200の上下面を貫通する。
【0028】
再び
図1を参照すると、第1絶縁層110の外側表面には第1回路310が形成され、第2絶縁層120の外側表面には第2回路320が形成されることができる。第1回路310及び第2回路320は、パターン化された伝導体である。一方、第1回路310及び第2回路320は、電気信号を伝達することができる。また、第1回路310及び第2回路320は、グラウンド機能を果たすことができる。
【0029】
第1回路310及び第2回路320は、電気伝導特性を考慮して銅(Cu)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)等の金属またはこれらの合金で形成することができる。
【0030】
プリント回路基板は、ビアをさらに含むことができる。具体的に、第1ビア410は、電子部品E1、E2と第2回路320とを接続する。第2ビア420は、金属層200と第2回路320とを接続する。第3ビアは、第2絶縁層120の両外側にそれぞれ位置する第2回路320を互いに接続する。以外にも、プリント回路基板には、第1回路310と第2回路320とを接続するビア、第1絶縁層110の両外側にそれぞれ位置する第1回路310を互いに接続するビアをさらに形成することができる。
【0031】
第1ビア410は、電子部品E1、E2の電極と第2回路320とを接続するために第2絶縁層120を貫通する。第1ビア410は、電子部品E1、E2の電極の下面と接触することができる。
【0032】
第2ビア420は、金属層200の金属箔220と接触するために、第1絶縁層110と第2絶縁層120とを貫通することができる。金属箔220は、金属層200の下面に形成され、第2ビア420は、金属層200の下側に位置する第1絶縁層110及び第2絶縁層120を貫通することができる。
【0033】
上述の説明によれば、第1ビア410と第2ビア420とは金属層200を基準にして同一側に位置することができる。すなわち、
図1に示されたように、第1ビア410及び第2ビア420は、金属層200の下側に位置することができる。
【0034】
但し、
図1を参照して上述した説明とは異なって、第1ビア410及び第2ビア420は金属層200の上側に位置することができ、この場合、第1ビア410は電子部品E1、E2の電極の上面と接触することができ、金属箔220は金属層200の上面に形成できる。
【0035】
貫通ビア430は、絶縁層の上下面を貫通することができる。金属層200には貫通ビア430が通過するためのキャビティC3が形成される。すなわち、貫通ビア430は、第1絶縁層110、第2絶縁層120及び金属層200を貫通する。
【0036】
キャビティC3は、金属層200及び第1絶縁層110を貫通することができる。キャビティC3内に第2絶縁層120が流入可能であり、貫通ビア430は、第1絶縁層110に積層された第2絶縁層120だけではなく、キャビティC3内に流入された第2絶縁層120も貫通することができる。
【0037】
貫通ビア430は、貫通ホールの内側壁をメッキして形成することができる。貫通ビア430は、
図1とは異なって、貫通ホールの内部全体がメッキされた形態であり得る。
【0038】
プリント回路基板は、ソルダーレジスト500をさらに含むことができる。ソルダーレジスト500は、絶縁層の両面に積層され、具体的に、ソルダーレジスト500は、第2絶縁層120に積層され第2回路320を保護することができる。一方、ソルダーレジスト500は、第2回路320の少なくとも一部を露出させる開口が備えられることができる。露出された第2回路320は、外部接続用パッドとして機能することができる。
【0039】
図3は、本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
図3を参照すると、第2回路320の外側表面に粗度を形成できる。すなわち、第2回路320の外側表面は凹凸を有することができる。この粗度(凹凸)は、プリント回路基板の放熱機能を向上させることができる。
【0040】
粗度を有する第2回路320は、電気信号を伝達するか、グラウンド機能をすることができる。例えば、第2回路320のうち、電気信号を伝達する部分及びグラウンド機能をする部分すべてに粗度が形成できる。また、第2回路320のうち、グラウンド機能をする部分にのみ粗度を形成することもできる。
【0041】
また、粗度を有する第2回路320は、IC周辺等熱発生が集中する地点(hot spot)近所に配置することができる。
【0042】
図4及び
図5は、本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。
図4を参照すると、金属箔220が、絶縁層の一側面よりも突出した金属層200の端部(金属タップ210)には形成されないことが可能である。また、
図5を参照すると、金属箔220は、金属層200の両面に形成され、両面に形成された金属箔220は、絶縁層の一側面よりも突出することができる。金属箔220の電気伝導性等を考慮して、
図4、
図5に示されたもの以外の様々な形態の金属箔220を構成できる。
プリント回路基板の製造方法
【0043】
図6から
図8は、本発明の実施例に係るプリント回路基板の製造方法を示す図である。
【0044】
図6の(a)を参照すると、一面に金属箔220が備えられた金属層200が提供される。
【0045】
図6の(b)を参照すると、金属層200の両面に第1絶縁層110が積層され、第1絶縁層110の外側表面には金属材質の層Mが形成されることができる。
図6の(b)には、第1絶縁層110と金属材質の層Mとが分離された状態に示されているが、片面CCL(copper clad laminate)のように、第1絶縁層110と金属材質の層Mとは一体に形成されることができる。
【0046】
図6の(c)を参照すると、金属材質の層Mから第1回路310が形成される。第1回路310は、SAP、MASP、tenting等の様々な方法により形成可能である。 一方、第1回路310は、キャビティが形成される部分には形成されない。
【0047】
図7の(a)を参照すると、金属層200及び第1絶縁層110を上下に一括貫通するキャビティC1、C2、C3が形成される。また、金属層200を平面方向に横切るキャビティC4も形成される。また、金属タップ210のためのキャビティC5も形成される。 キャビティC1からC5の形成は、様々なドリルにより形成可能である。
【0048】
図7の(a)段階を経た金属層200の形状は、
図7の(a)の上側に示されている。 金属層200は、二つの単位金属層200a、200bに分離され、単位金属層200a、200bはそれぞれ1つずつ金属タップ210a、210bを有するので、金属層200は一対の金属タップ210a、210bを有することになる。
【0049】
図7の(b)を参照すると、一部のキャビティC1、C2内に電子部品E1、E2が挿入される。電子部品E1、E2を挿入するとき、第1絶縁層110の下面(第1回路310の下面)にテープ(tape)を臨時付着することができ、電子部品E1、E2を上記テープ上に載置することができる。この場合、電子部品E1、E2の一面は同一平面上に位置することができる。
【0050】
図7の(c)を参照すると、第2絶縁層120が積層される。第2絶縁層120も金属材質の層Mを備えることができる。第2絶縁層120は、金属層200及び第1絶縁層110を上下に一括貫通するキャビティC1、C2、C3内に充填(流入)されることができる。また、第2絶縁層120は、金属層200を横切るキャビティC4及び金属タップ210の形成のためのキャビティC5内にも充填(流入)されることができる。
【0051】
図8の(a)を参照すると、金属材質の層Mから第2回路320が形成される。第2回路320は、SAP、MASP、tenting等の様々な方法により形成可能である。また、第2回路320の外側表面に粗度が形成される。すなわち、第2回路320の外側表面は、凹凸を有することができる。第2回路320の外側表面の凹凸はエッチングで形成可能である。
【0052】
第2回路320の形成と共に第1ビア410、第2ビア420、及び貫通ビア430が形成される。第1ビア410は、電子部品E1、E2の電極に接続されるように、第2絶縁層120を貫通するビアホールの内部をメッキして形成することができる。第2ビア420は、金属箔220に接続されるように、第1絶縁層110及び第2絶縁層120を貫通するビアホールの内部をメッキして形成することができる。貫通ビア430は、キャビティC3を通過し、キャビティC3に流入された第2絶縁層120を貫通することができる。
【0053】
図8の(b)を参照すると、第2絶縁層120にソルダーレジスト500が積層される。 必要によって、ソルダーレジスト500に開口を形成して第2回路320の一部を露出できる。
【0054】
図8の(c)を参照すると、第1絶縁層110及び第2絶縁層120を一部除去して金属タップ210を露出させる。第1絶縁層110及び第2絶縁層120の除去は、ブラスト(blast)またはレーザ(laser)により行われることができる。
【0055】
以後に、必要によって、露出された金属箔220をエッチングで除去することができる。金属層200と金属箔220とが互いに異なる金属で形成される場合、エッチングで金属箔220のみを選択的に除去することができる。
バッテリモジュール
【0056】
図1から
図5を参照して説明したプリント回路基板は、バッテリセルに結合する保護回路モジュール(Protection Circuit Module、PCM)基板であり得る。このPCM基板は、バッテリセルの渦充電、過電流等の異常状態を防止できる素子を含むことができる。
【0057】
一方、バッテリモジュールは、プリント回路基板を介してメインボードに接続することができる。ここで、プリント回路基板とメインボードとの間にコネクター基板が付加的に結合するか、プリント回路基板の一部がコネクター用基板の役割を果たすことができる。
【0058】
図9及び
図10は、本発明の実施例に係るバッテリモジュールを示す図である。
【0059】
図9を参照すると、バッテリモジュールは、電極11を含むバッテリセル10と、バッテリセル10に結合するPCM用プリント回路基板20と、を含む。プリント回路基板20は、
図1から
図5を参照して説明したように、様々な形態に形成することができる。金属タップ210は、バッテリセル10の電極11に電気的に接続される。露出された金属タップ210は、バッテリセル10の電極11にソルダーSにより接合できる。
【0060】
バッテリセル10の電極11は、陽電極及び陰電極を含み、一対の金属タップ210は、陽電極及び陰電極のそれぞれに対応して接合する。
【0061】
一方、
図10を参照すると、金属タップ210は、曲がることができ、プリント回路基板20は、電極を包む形態となることができる。
【0062】
以上、本発明の実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加等により本発明を様々に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれるものといえよう。
【符号の説明】
【0063】
110 第1絶縁層
120 第2絶縁層
200 金属層
210 金属タップ
220 金属箔
310 第1回路
320 第2回路
410 第1ビア
420 第2ビア
430 貫通ビア
500 ソルダーレジスト
C1、C2、C3、C4、C5 キャビティ
E1、E2 電子部品
10 バッテリセル
11 電極
20 プリント回路基板
S ソルダー