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KR20060043601A - 일체형 용접 플레이트를 갖는 표면 마운트가능한 ｐｐｔｃ장치 - Google Patents

일체형 용접 플레이트를 갖는 표면 마운트가능한 ｐｐｔｃ장치 Download PDF

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KR20060043601A
KR20060043601A KR1020050020916A KR20050020916A KR20060043601A KR 20060043601 A KR20060043601 A KR 20060043601A KR 1020050020916 A KR1020050020916 A KR 1020050020916A KR 20050020916 A KR20050020916 A KR 20050020916A KR 20060043601 A KR20060043601 A KR 20060043601A
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KR
South Korea
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electrode layer
battery
welding
strap
welding plate
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KR1020050020916A
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English (en)
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KR101256658B1 (ko
Inventor
대니얼 에이. 챈들러
매튜 피. 갤러
Original Assignee
타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

표면 마운트 회로 보호 장치 (10)는 제1 및 제2 주표면 및 이들 사이의 두께를 갖는 층상 PTC 저항 요소(12)를 포함한다. 제1 주표면과 실질적으로 함께 연장되는 제1 전극층은 인쇄 회로 기판에 납땜되기에 적합한 제1 금속 물질로 형성된다. 제2 주표면에 형성된 제2 전극 층은 용접 플레이트(18)을 형성하거나 정의하는 구조를 포함한다. 금속 용접 플레이트는 장치에 대하여 결과적으로 현저한 손상을 일으키지 않고 스트랩 인터커넥트(34)의 저항 마이크로 스팟용접을 견딜 수 있는 열 질량 및 두께를 갖는다. 상기 장치는 바람직하게는 배터리 스트랩 인터커넥트에 의해 배터리/전지에 연결된 배터리 보호 회로를 형성하는 인쇄 회로 기판 어셈블리 (20)에 표면 마운트되며, 이때, 배터리 스트랩 인터커넥트 중 하나가 장치의 용접 풀레이트에 마이크로 스팟용접되는 것이 바람직하다.
스팟 용접, 표면 마운트, 스트랩 인터커넥트

Description

일체형 용접 플레이트를 갖는 표면 마운트가능한 ＰＰＴＣ 장치{SURFACE MOUNTABLE PPTC DEVICE WITH INTEGRAL WELD PLATE}
도 1은 본 발명의 회로 보호 장치의 측면 입면도의 확대도이다.
도 2는 본 발명의 회로 보호 장치의 택일적인 실시태양의 측면 입면도 및 종방향 단면의 확대도이다.
도 3은 도 1의 회로 보호 장치를 포함하는 배터리 보호 회로 어셈블리의 측면 입면도의 확대도이다.
도 4A는 스팟용접 작업 동안에 배터리 스트랩의 위치의 허용성을 나타내는 도 1의 회로 보호 장치를 포함하는 도 3의 배터리 보호 회로 어셈블리의 확대된 상부 평면도이고, 도 4B는 도 4A와 유사한 도면으로, 용접 플레이트에 슬롯팅된 인터커넥트 스트랩을 저항 마이크로 스팟용접하는 것을 도시한다.
도 5는 스팟용접에 의해 배터리의 양극 및 음극 말단에 연결된 연합된 배터리 스트랩을 갖춘 후의 도 4의 배터리 보호 회로 어셈블리를 보여주는 확대된 측면 입면도이다.
도 6은 리튬 중합체 전지의 전지 말단이 용합 플레이트에 저항 마이크로 스팟용접되어 있는 용접 플레이트를 포함하는 배터리 보호 회로의 확대된 평면도이다.
본 발명은 전기 회로 구성 성분에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명은 전도체 스트랩 인터커넥트, 예를 들면 배터리 팩에 적합한 인터커넥트가 예를 들면 저항 용접딜 수 있는 용접 플레이트를 포함하는 표면 마운트가능한 중합체 포지티브 온도 계수(PPTC) 장치에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판에 표면-마운트된, 인쇄 회로 기판 및 PPTC 장치를 포함하는 전기전지 또는 배터리 보호 회로를 제공하는 것이 공지되어 있다. PPTC 장치를 포함하는 인쇄 회로 기판 상에 형성된 전기 회로는 전기전지 또는 배터리로부터 및(또는) 이로 향하는 전류 유동을 안전한 한계 내로 조절하는 기능을 한다. 이러한 종래의 배열에서, 전지 또는 배터리로부터 나오는 인터커넥트 스트랩은 납땝에 의해서 PPTC 장치의 박편(foil) 전극에 전형적으로 연결된다. 상기 종래의 접근의 한 예는 국제 공개 제W099/60637호(K.K.Raychem)에 개시되어 있다. 다른 예는 공동 양도된 미국특허출원 제09/923,598호(2003년 2월 6일 자로 특허공개 제US2003/0026053호로서 공개됨)에 나타나있다. 이들 간행물의 개시 내용은 본원에 참고로서 명시적으로 포함된다.
상기 인용된 간행물에 개시된 바와 같은 종래의 접근의 한 가지 단점은 배터리로부터의 인터커넥트 스트랩이 PPTC 장치의 박편 전극에 납땜되어 있다는 것이다. 그러나, 어떤 경우에는, 인터커넥트 스트랩이 다시 인쇄 회로 기판에 연결 되 어 있다. 그러한 장치에서는, PPTC 장치가 가열되어 예를들면 재유동 기법에 의해 인쇄회로 기판에 납땜될때 이들 배터리/전지 인터커넥트 스트랩이 위치가 이동되거나 떨어지는 경향이 있었다. 재유동 작업 동안에 배터리/전지 인터커넥트 스트랩을 제 자리에 유지시키기 위해서는, 고온 접착물질을 이용하거나, 스트랩을 제자리에 유지시키기 위한 고온 중합체성 상부몰드(overmold) 구조를 제공하는 것이 필요한 것으로 알려져 있다.
배터리/전지 인터커넥트 스트랩 또는 배터리/전지 전극을 PPTC 장치에 직접 용접할 수 있다면 바람직하겠지만, PPTC 장치 사용자에 의해 실행되는 저항 스팟 용접 기법은 금속을 용융시킴으로써 스트랩을 하부에 위치하는 장치의 전극층에 융합시키기에 충분한 국부적 가열을 생성해야 한다. 지금까지는, 1500℃ 내지 1600 ℃ 수준인 효과적인 용접에 요구되는 고온이 PPTC 물질의 비가역적인 손상을 일으키거나, 또는 물리적 성질 및 전기적 특성의 파괴를 일으켜왔다. 따라서, 배터리/전지 건극이 용접에 의해 이에 부착될 수 있는 포면 마운트 가능한 PPTC 장치에 대해 해결되지 않은 요구가 지금까지 남아있었다.
발명의 요약
본 발명자들은 연합된 PPTC 장치를 보호하고 추후에 배터리와 함께 사용하는 동안에도 그 의도하는 기능성을 유지하기 위하여, 용접 부위의 바로 반대에 위치하는 PPTC 물질을 손상시키지 않고 스팟 용접 조건을 견디기에 충분한 열 질량을 갖 는 용접 플레이트를 갖는 PPTC 장치를 제공함으로써 배터리 전극 스트랩의 저항 스팟용접이 수행될 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 한계 및 단점을 극복할 수 있는 방식으로 인터커넥트 스트랩이 저항 용접될 수 있는, 일체형으로 형성되거나, 또는 별도로 형성되고 부착된 용접 플레이트를 갖는 표면 마운트가능한 PPTC 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, PPTC 장치를 인쇄회로 기판 어셈블리에 납땜 재유동 부착하는 동안에 움직이지 않는 신뢰성있는 전기적 및 기계적 연결이 제공되는 방식으로 나중에 사용자에 의해 인터커넥트 스트랩이 용접될 수 있는 표면 마운트가능한 PPTC 장치를 제공함으로써, 인쇄 회로 기판 및 전지/배터리를 포함하는 전자 회로 내로의 어셈블리를 위한 별도 구성 성분으로서 PPTC 장치의 제조 및 공급을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, PPTC 장치를 형성하는 중합체 물질을 변화시키거나, 손상시키거나 파괴시키지 않고, 인터커넥트 스트랩이 기계적으로 부착되고, 특히 저항 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있는 표면 마운트가능한 PPTC 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 원칙 및 양태에 따라, 표면 마운트 회로 보호 장치는 제1 및 제2 주표면 및 이들 사이의 두께를 갖는 층상 PTC 저항 요소를 포함한다. 제1 전극 층은 제1 주표면에 형성되고, 실질적으로 이와 함께 연장한다. 제1 전극 층은 장치의 표면 마운트를 달성시키기 위해 인쇄 회로 기판에 납땜되기에 적합한 종류의 제 1 금속 물질로 형성된다. 보호 장치는 또한 제2 주표면에 형성되어 실질적으로 이와 함께 연장되는 제2 전극 층을 포함한다. 제2 전극 층은 용접 플레이트를 형성하거나 정의하는 구조를 포함한다. 용접판은 실질적으로 순수한 니켈과 같은 금속 물질로 형성되고, 현저한 결과적인 손상을 장치에 가하지 않고 인터커넥트 스트랩의 마이크로 스팟 용접을 견딜 수 있는 열 질량을 갖는다. 바람직한 예에서, 제2 전극 층은 금속 박편 층으로서 형성되고, 용접 플레이트는 제2 전극 층과 별도로 형성되어 전도성 물질, 예컨대 납땜의 부착층에 의해 부착된다. 바람직한 예에서, 용접 플레이트는 융기된 중앙 탁상(mesa) 영역을 포함하며, 장치는 외부 가장자리를 둘러싸고 융기된 탁상 영역을 노출시키는 개구를 정의하는 예를 들면 경화된 에폭시와 같은 절연성 박스를 가진다. 다른 예에서, 용접 플레이트의 두께는 최소 0.100 mm이고, 0.100 mm 내지 0.300 mm의 범위이며, 가장 바람직한 두께는 대략 0.250 mm이다.
본 발명의 관련 태양에서, 회로 보호 장치는 인쇄 회로 기판 어셈블리의 표면 마운트된 구성 성분이다. 이러한 예에서, 인쇄 회로 기판 어셈블리는 배터리 보호 회로를 형성하며, 배터리 인터커넥트 스트랩에 의해 배터리 또는 전지에 마운트되고 전기적으로 연결되며, 이때, 두 배터리 인터커넥트 스트랩 중 하나는 회로 보호 장치의 용접 플레이트에 마이크로 스팟 용접된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 이점, 양태 및 특징은 하기 도면과 관련하여 제시되는 바람직한 실시태양의 상세한 설명을 고려하면 보다 완전히 이해되고 인식될 것이다.
본 발명의 회로 보호 장치는 PTC 물질, 예컨대, 전도성 중합체 조성물로 구성된 층상 저항 요소를 포함한다. 그러한 전도성 중합체 조성물은 중합체성 구성 성분, 및 그 안에 분산된 금속 또는 카본 블랙과 같은 입자성 전도성 충진제를 포함한다. 전도성 중합체 조성물은 미국 특허 4,237,441(van Konynenburg 등), 4,304,987 (van Konynenburg), 4,514,620 (Cheng 등), 4,534,889 (van Konynenburg 등), 4,545,926(Fouts 등), 4,724,417 (Au 등), 4,774,024 (Deep 등), 4,935,156 (van Konynenburg 등), 5,049,850 (Evans 등), 5,378,407 (Chandler 등), 5,451,919 (Chu 등), 5,582,770 (Chu 등), 5,747,147 (Wartenberg 등), 5,801,612 (Chandler 등), 6,130,597 (Toth 등), 6,358,438 (Isozaki 등) 및 6,362,721 (Chen 등)에 기술되어 있다. 이들 특허 각각의 개시 내용은 본원에 참고로서 인용된다. 전도성 중합체 조성물은 PTC 거동을 나타내는 세라믹 조성물 보다 낮은 저항 및 보다 용이한 제조성 때분에 바람직하다.
"PTC 거동"이라는 표현은, 비교적 작은 온도 범위에 걸쳐 온도를 증가시키는 경우 급격한 저항 증가를 나타내는 조성물을 의미한다. 용어 "PTC"는 R14값이 적어도 2.5 이고(이거나) R1OO 값이 적어도 10인 조성물 또는 장치를 의미하는데 사용되며, 조성물 또는 장치의 R30 값이 적어도 6인 것이 바람직하다. 여기서, R14는 14℃ 범위의 마지막과 처음의 저항비를 나타내고, R100는 100℃ 범위의 마지막과 처음의 저항비를 나타내며, R30는 30℃ 범위의 마지막과 처음의 저항비를 나타낸다.
PTC 저항 요소는 두께 t를 갖는데, 이는 특정한 용도 및 전도성 중합체 조성물의 저항에 따라 달라진다. 일반적으로 두께 t는 0.051 내지 2.5 mm (0.002 내지 0.100 인치), 바람직하게는 0.08 내지 2.0 mm (0.003 내지 0.080 인치), 특히 0.13 내지 0.51 mm (0.005 내지 0.020 인치), 예를 들면 0.13 mm 또는 0.25 mm (0.005 인치 또는 0.010 인치)이다.
본 발명의 장치는 가장 바람직하게는 두개의 주 표면 또는 면을 갖는 실질적으로 평평한, 직사각 박스 형상을 갖는다. 이들 장치는 주면에 고정되거나 주요면에 정의된 제1 및 제2 층상 전극을 포함한다. 전극은 바람직하게는 금속 박편 전극이다. 제1 전극은 제1주면에 형성되거나 고정되고, 제2 전극은 제2주면에 형성되거나 고정됨으로써, 층상 구조를 형성한다. 특히 적합한 박편 전극은 미세하게 거친 표면, 예를들면 전착되어 있는, 바람직하게는 전착된 니켈 또는 구리인 표면을 하나 이상 갖는다. 적절한 전극은 미국 특허 4,689,475 (Matthiesen), 4,800,253 (Kleiner 등), 5,874,885 (Chandler 등), 및 6,570,483 (Chandler 등)에 기술되어 있으며, 이들 각각의 개시내용은 본원에 참고로 인용된다. 전극은 압축-몰딩, 닙-라미네이션, 또는 기타 임의의 적절한 기법에 의해 저항 요소에 부착될 수 있다. 전극은 저항 요소에 직접적으로 고정되거나 또는 접착제 또는 타이(tie) 층에 의해 부착될 수 있다. 어떤 장치에 대해서는, 제1 및 제2 층상 전극이, 예를들면 도금, 스퍼터링 또는 화학 침착에 의해 PTC 저항 요소 상으로 금속을 직접적으로 침착시켜 형성된 금속 층을 포함하는 것이 바람직하다.
전형적으로는 니켈로 형성된 적합한 크기의 용접 플레이트는 예를들면 재유 동 기법에 의해 제1 및 제2 층상 전극 중 하나에 납땜된다. 용접 플레이트는 종래의 저항 마이크로-스팟용접 작업으로부터 생기는 강한 가열을 충분하고 효과적으로 흡수하여 층상 PPTC 장치를 비가역적인 손상 또는 파괴로부터 보호할 수 있는 부피 및 두께, tw를 갖는다. 이하에서 매우 상세하게 설명할 현재로서 바람직한 한 예에서, 용접 플레이트의 두께는 0.250 mm이고, 인터커넥트 스트랩의 두께는 0.125 mm이어서, 용접 플레이트와 스트랩사이의 두께비가 대략 2-대-1인 효율성을 나타낸다. 한편, 용접 플레이트는 배터리 전지로부터 PPTC 장치로 열의 급속한 이동을 촉진하여, 그 과전류 보호 기능을 보조하기에 실용적일 정도로 충분히 얇게 제조되고, 인터커넥트 스트랩은 더 얇아서, 예컨대, 0.250 mm 이상 정도의 수준일 수 있다. 이와 같은 후자의 경우, 인터커넥트 스트랩은 마이크로 스팟용접 전류가 향하는 종방향 슬릿 또는 슬롯을 정의하여 용융 전류를 하부의 용접 플레이트에 집중시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 층상 전극 중 다른 하나는 인쇄 회로 기판 또는 기재에 직접 납땜되도록 적합하게 되어 있어서, PPTC 요소에 해가되거나 이를 파괴시키지 않고 종래의 장치 및 기법을 사용하여 배터리 시스템 사용자, 조립자 또는 통합자에 의해 배터리 스트랩이 용접될 수 있는 용접가능한 배터리 보호 표면 마운트 장치 (SMD)를 실현하게 된다. 본 발명의 장치는 하나 이상의 별개 전지를 함유하는 배터리 팩 또는 배터리에 부착시키는 경우에 특히 유용하다. 배터리 인터커넥트 스트랩은 배터리 또는 전지의 말단으로부터 연장되어 보호 장치의 용접판에 용접에 의해 연 결될 수 있다. 별법으로는, 본 발명의 원칙에 따라 배터리의 말단 전극은 이로부터 연장되어 보호 회로의 용접 플레이트에 저항 용접을 위한 효과적인 인터커넥트를 형성할 수 있다. 어떠한 형태의 배터리 화학에 기본한 배터리도 사용될 수 있으며, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 금속 하이드리드 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 중합체 (Li-중합체) 배터리, 및 1차 리튬 배터리를 포함한다. 본 발명의 장치를 채용한 배터리 보호 회로는 광범위한 형상 및 형태, 예컨대, 미국 특허 제6,518,731호(Thomas 등)에 예시된 바와 같은 형태의 션트 조정기(shunt regulator) 회로를 가질 수 있으며, 상기 개시내용은 본원에 참고로서 인용된다.
본 발명의 장치는 가장 바람직하게는 인터커넥트 스트랩 형태의 전기 리드를 수용하며, 다른 형태의 PTC 회로 보호 장치도 본 발명의 이익을 받을 수 있다. 장치로부터 열 발산을 제어하기 위하여 예를들면 강철, 놋쇠, 또는 구리와 같은 금속 말단을 저항 용접 방식으로 칩에 부착시킨 장치가 예를 들어 사용될 수 있다. 그러한 장치는 미국 특허 제5,089,801 및 5,436,609호 (모두 Chan 등)에 개시되어 있으며, 이의 개시 내용은 본원에 참고로 인용된다. 따라서, 본원에 사용된 바와 같이, 표현 "인터커넥트 스트랩" 또는 "탭(tab)"은 비교적 얇은, 시트-형태의 금속 커넥터의 넓은 범위를 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
도 1을 참조하면, 표면-마운트가능한 전기적 보호 장치 (10)은 층상 PPTC 플라크를 포함한다. PPTC 플라크는 두께 t를 갖는 PPTC 물질의 층 (12), 실질적으로 함께 연장되고 층(12)의 하부 주면에 결합된 하부 박편 전극 (14) 및 실질적으로 함께 연장되고 층(12)의 상부 주면에 결합된 상부 박편 전극 (16)을 포함한다. 용 접 플레이트 (18)은 바람직하게는 적합한 재유동 오븐 내에서 솔더의 얇은 층(도 1에는 도시되어 있지 않음)의 재유동에 의해 상부 박편 전극 (16)에 연결되어 있다. 용접 플레이트 (18)은 예를 들어 거의 순수한 니켈, 예컨대, 니켈 200 합금 또는 니켈 201 합금 (99% 니켈 및 1% 이하의 구리, 탄소, 망간, 철, 황 및 규소, 및 가능하게는 다른 원소 또는 불순물을 포함하는 합금)으로 형성되는 것이 바람직하다. 별법으로는, 용접 플레이트는 0.1 내지 5 ㎛ 니켈 도금을 갖는 니켈-도금된 스테인레스 스틸, 예컨대 합금 304 또는 316으로 형성될 수 있다. 예를 들면 각 면에 2 ㎛ 두께의 니켈 도금을 갖는 스테인레스 스틸 합금 304가 바람직하다. 납땜 및 저항 용접에 모두 적합하고, 적합한 두께, tw를 갖는 다른 철 합금, 또는 구리 합금도 용접 플레이트 (18)에 사용될 수 있다.
용접 플레이트 (18)은, 외측 주면에 인터커넥트 스트랩을 용접시키는 것과 관련한 열 에너지를 흡수하기에 필요한 것으로 알려진 충분한 열 질량을 제공하도록 선택되는 미리 결정된 최소 두께, tw를 갖는다. 용접 플레이트 (18)의 두께가 0.100 내지 0.300 mm 범위이고, 가장 바람직하게는 대략 0.250 mm이고, 전형적으로는 또한 니켈로 제조된 슬롯팅되지 않은 인터커넥트 스트랩의 두께가 실질적으로 약 0.125 mm 내지 0.150 mm 이하가 아닌 경우에 만족스러운 결과를 실현한다. 완성된 보호 장치 (10)은 도 1에 도시된 별개의 전기적 구성 성분으로서 사용자에게 제공될 수 있거나, 또는 도 3에 나타낸 바와 같이 기재, 예컨대, 인쇄 회로 기판 상의 다른 회로 요소와 결합된 후, 보호 회로를 갖는 배터리 팩의 사용자, 통합자 또는 조립자에게 제공된다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 인터커넥트 스트랩은 저항 용접 전류를 용접 플레이트를 통하여 그리고 그렇게 하는 동안에, 인터커넥트 스트랩과 용접 플레이트 사이에 스팟용접 접촉점을 통하여 흐르도록 하는 구조적인 개구 또는 특징부를 정의한다. 이러한 구조적 개구 또는 특징부는 통상적으로는 인터커넥트 스트랩 중의 슬릿 또는 슬롯의 형태를 가지지만, 예컨대 신장된 구멍 또는 타원형 등의 임의의 효과적인 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 문맥내에서, 상기 구조적 개구 또는 특징부는 용접 에너지 및 용접 온도를 현저하기 증가시키지 않고 보다 두꺼운 인터커넥트 스트랩이 용접 플레이트에 효과적으로 저항 마이크로 스팟용접될 수 있도록 하고, 따라서, 예를 들면 0.250mm의 두께를 갖는 스트랩과 같이 0.125 mm 보다 큰 인터커넥트 두께를 갖는 바람직한 용접 플레이트를 사용할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 택일적인 실시태양을 도시한다. 거기에서, 표면 마운트가능한 회로 보호 장치 (10A)는 도 1에 나타낸 장치 (10)과 본질적으로 동일한 구조적 요소 및 배열을 갖는다. 또한, 장치 (10A)는 장치 (10A)의 가장자리를 둘러싸서 용접 파편 또는 다른 잠재적인 손상을 입힐 수 있는 오염물로부터 이를 보호하는 예컨대 성형되고 경화된 에폭시로 형성된 절연물질의 주변부 박스 (19)를 갖는다. 용접 플레이트 (18A)는 용접을 위한 덮이지 않은 상승된 중앙 탁상 영역을 가지며, 임의의 적합한 금속 형상화 기법, 예컨대 스탬핑, 단조(forging), 스웨이징(swaging), 압인가공(coining) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 용접 플레이트 (18A)의 전체 열 질량은 박편 층 (14A) 및 (16) 및 PPTC 층 (12)을 손상시키지 않 고 배터리 스트랩 인터커넥트를 용접할 수 있기에 충분하다. 상기 예에서, 하부 박편 (14A)는 둘러싸는 에폭시 박스(19)의 가장자리에 최소한 다다르도록 PPTC 층 (12)의 가장자리를 지나서 연장되어 예를 들면 재유동 납땜 기법을 사용한 표면 마운트를 촉진시키는 것이 바람직하다. 중앙 탁상 영역이 도 2에서 상승된 영역으로서 나타나 있지만, 어떤 실시태양에서는 배터리 스트랩 인터커넥트의 형태에 따라 상기 영역은 상승될 필요가 없고 절연 물질로 덮이지만 않으면 된다.
도 3은 인쇄 회로 기판 (22)의 적절한 크기의 연결 패드에 마운트된 도 1의 표면 마운트 보호 장치 (10)를 포함하는 회로 기판(board) 어셈블리 (20)를 나타낸다. 기타 전기적 구성 성분 예컨대 전계 효과(field effect) 트랜지스터, 다이오드 조절기, 저항기, 집적 회로 등도 회로 기판 어셈블리 (20)의 일부가 된다. 표면 마운트 구성 성분 (24 및 26)은 도 3에 나타나 있고, 리드가 형성된(leaded) 구성 성분 (28 및 30)은 예를 들면 도 4에서 윤곽선 형태로 나타내었다. 회로 어셈블리 (20)은 또한 제2 배터리 인터커넥트 스트랩이 용접될 수 있도록 기판(22)에 고정된 금속 용접 플레이트 (32)를 포함하여, 배터리 또는 전지와 회로 어셈블리 (20) 사이에서 전기 회로가 완성되도록 할 수 있다. 제2 용접 플레이트 (32)는 용접 플레이트 (18)와 동일하거나 유사한 두께, tw, 및 성질을 가질 수 있다.
도 4A는 본 발명의 실시에 의해 실현될 수 있는 하나의 특정한 이점을 도시한다. 거기서, 인터커넥트 스트랩 (34)는 스팟-용접 노드 (35)에서 장치 (10)의 용접 플레이트 (18)에 저항 스팟용접되는 것으로 나타나 있다. 스트랩 (34)는 장치 (10) 또는 회로 어셈블리 (20)과 정확하게 정렬되어있을 필요는 없으며, 따라 서, 이는 스트랩 (34A)의 점선으로 표시한 윤곽선 위치에 의해 도시되는 바와 같이 약간의 각도를 가지고 용접될 수도 있고, 스트랩 (34B)의 점선으로 표시한 윤곽선 위치에 의해 도시되는 바와 같이 회로 어셈블리 (20)의 종축에 대해 직각으로 용접될 수도 있다.
도 4B는 종방향 슬릿을 정의하는 인터커넥트 스트랩 (34C)을 나타낸다. 두 개의 저항 마이크로 스팟-용접 노드 (35)는 슬릿이 형성된 스트랩 (34C)의 대향면을 통하여 용접 플레이트 (18)로 통과한다. 슬릿은 미리 결정된 작은 너비를 가지며, 본 발명의 원리에 따라 보다 얇은 인터커넥트 스트랩의 용접에 요구되는 에너지보다 실질적으로 크지 않은 저항 용접 에너지로 인터커넥트 스트랩, 예컨대 스트랩 (34C)를 효과적으로 용접할 수 있도록 한다.
도 5는 배터리 인터커넥트 스트랩 (34 및 42)에 의해 배터리/전지 (36)로 연결된 회로 어셈블리 (20)를 나타낸다. 스트랩 (34)는 스팟용접 (37)에서 배터리의 케이스에 스팟용접되고, 스팟용접 (35)에서 용접 플레이트 (18)에 스팟용접된다. 제2 스트랩 (42)는 스팟용접 (43)에서 플레이트(32)에 용접되고, 스팟용접 (41)에서 배터리 말단 (40)에 용접된다. 스트랩 (34 및 40)은 회로 어셈블리 (20) 및 배터리 (36) 사이의 완성된 회로연결만을 제공하는 것이 아니라, 스트랩 (34)는 배터리 (36)에서 생성된 열을 PPTC 층 (12)로 직접 전달함으로써, 그 보호 기능을 향상시킬 수 있다.
배터리 팩 어셈블리 (47)을 도시하는 도 6은 스팟용접 (43 및 35)에 의해 플레이트 (32) 및 용접 플레이트 (18)에 각각 연결된 저항 마이크로 스팟용접 전지 말단 또는 탭 (44A 및 44B)에 의해 Li-중합체 전지 (45)에 연결된 회로 보호 모듈 (20)을 나타낸다. 전지 말단 (44A 및 44B)은 봉합 영역(46)을 통하여 전지 구조 (45)를 빠져나간다.
용접은 종래의 저항 마이크로 스팟용접 장비 및 기법을 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 마이크로 스팟용접 장치의 현재로서 바람직한 한 가지 예는 듀얼 팁(dual tip) 용접 헤드 모델 VB-S + ZH-32를 지닌 모델 MSW-412 마이크로 스팟용접기 파워 서플라이이다. 용접 헤드 힘은 힘 압력 모니터 모델 HCP-20에 의해 모니터한 결과 2kgf 였다. 파워 서플라이 모델 MSW-412, 용접 헤드 모델 VB-S +ZH-32, 및 압력 모니터 모델 HCP-20은 세이와 매뉴팩츄어링 사(Seiwa Manufacturing Co., Ltd.) (일본 도쿄 181-0013, 시모렌자쿠 미타카-시티, 미타카 하이-테크 센터 빌딩 8-7-3)로부터 입수할 수 있다.
0.125 mm 및 0.250 mm의 용접 플레이트 두께를 갖는 장치 (10)에서 보호장치에 손상을 입히지 않거나 거의 손상을 입히지 않은 성공적인 결과가 수행되었다. 인터커넥트 두께는 0.125 mm 및 0.100 mm 였다. 상기 기술된 마이크로 스팟용접 장치를 사용하고, 용접 팁 및 스트랩-용접 플레이트 사이의 접촉에 의해 촉발되는 용접 프로파일은 대략 다음과 같은 사각형 파형이었다: 1 msec 동안 O.OA, 1.5 msec 동안 l.5A, 9 msec 동안 O.OA 및 2.3 msec 동안 2.4A. 결과적인 용접 힘은 90°박리 테스트를 사용하여 결정되었다. 장치의 전기적 특성의 효과는 용접 전(R전) 및 후(R후)의 저항을 비교하여 측정하였다. 하기 표는 결과를 나타낸다.
용접 플레이트 두께 Tw(mm) 인터코넥트 두께 (mm) R전(ohm) R후(ohm) 용접 강도 (kgf) 관찰
0.125 0.125 0.0059 0.0060 2.1 약간의 손상, 약간의 납땜 볼
0.125 0.100 0.0060 0.0057 0.7 약간의 손상, 약간의 납땜 볼
0.250 0.125 0.00499 0.00505 >3.5 원래 그대로, 손상 납땜 볼 없음
0.250 0.100 0.00456 0.00466 >3.5 원래 그대로, 손상 납땜 볼 없음
0.125 mm 미만의 용접 플레이트 두께에서, 용접 실험은 보호 장치에 대한 현저한 손상을 나타내었다. 주로 용접 플레이트 (18) 및 상부 박편 층 (16) 사이의 남땜 층으로부터 튀어나온 납땜 볼에 의한 것이다. 기계적 용접 강도는 90°박리 시험 및 힘 게이지를 사용하여 측정되었다. 상기 나타낸 데이터의 우측 컬럼에 보고된 물리적인 관찰로부터, 용접 플레이트 두께 tw가 0.250 mm인 용접 플레이트 조합이 우수한 결과를 제공하는 반면, 점진적으로 보다 얇은 용접 플레이트 두께는 동일한 마이크로 스팟용접 조건 하에서 덜 만족스러운 결과를 나타내었다. 0.100 mm 내지 0.300 mm 범위의 용접 플레이트 두께가 본 발명을 수행하는데 현재로서 바람직하다. 현재로서는 직접 전류 마이크로 스팟용접이 바람직하지만, 예를 들면 레이저 용접과 같은 다른 용접 기법이 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 단일 2-스팟용접이 바람직하지만, 다중 2-스팟용접 또는 다른 수의 용접 스팟을 사용하는 용접도 상기 기술한 기법에 따라 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양을 이와 같이 기술하여 본 발명의 목적이 완전히 성취되었음이 이제 인정될 것이며, 당업자들은 본 발명의 구조상 많은 변화 및 광범위하게 상이한 실시태양 및 적용이 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고서도 시사된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본원의 개시 및 기술 내용은 순수하게 예시적인 것이며 어떠한 의미로도 한정적인 것으로 의도된 것은 아니다.
본 발명에 따르면 종래 기술의 한계 및 단점을 극복할 수 있는 방식으로 인터커넥트 스트랩이 저항 용접될 수 있는, 일체형으로 형성된, 또는 별도로 형성되고 부착된 용접 플레이트를 갖는 표면 마운트가능한 PPTC 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. (a) 제1 및 제2 주표면 및 이들 사이의 두께를 갖는 층상 PTC 저항 요소;
    (b) 제1 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되며 장치의 표면 마운팅을 실행하기 위하여 인쇄 회로 기판에 납땜되기에 적합한 종류의 제1 금속 물질을 포함하는 제1 전극 층;
    (c) 제2 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되는 제2 전극 층; 및
    (d) 제2 전극 층으로부터 연장되며, 장치에 대하여 결과적으로 현저한 손상이 없이 스트랩 인터커넥트 수단의 저항 마이크로 스팟용접을 견딜 수 있는 열 질량을 갖는 금속물질의 용접 플레이트 수단을 포함하는 표면 마운트 회로 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제2 전극 층이 박편 층으로서 형성되고, 용접 플레이트 수단이 제2 전극 층과 별도로 형성되어, 전기 전도성 물질의 부착층에 의해 이에 부착되며, 바람직하게는 부착층이 솔더를 포함하는 것인 표면 마운트 회로 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서, 용접 플레이트가 니켈 또는 니켈-도금된 스테인레스 스틸을 포함하는 것인 표면 마운트 회로 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서, 용접 플레이트 수단이 상승된 중앙 탁상 영역을 포함하고, 상기 장치의 외부 가장자리를 둘러싸고 중앙 탁상 영역을 노출시키는 개구를 정의하는 절연 박스를 추가로 포함하는 표면 마운트 회로 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서, 용접 플레이트 수단이 0.100 mm의 최소 두께를 가지며, 바람직하게는 용접 플레이트 수단이 0.100 mm 내지 0.300 mm의 두께를 갖는 표면 마운트 회로 보호 장치.
  6. 제1항에 있어서, 장치가 표면 마운트 되어 있고, 전기적으로 연결된 인쇄 회로 기판 어셈블리를 추가로 포함하는 표면 마운트 회로 보호 장치.
  7. 제6항에 있어서, 인쇄 회로 기판 어셈블리가 배터리 보호 회로 모듈을 형성하고, 배터리 스트랩 인터커넥트에 의해서 배터리 또는 전지에 마운트 되거나 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 스트랩 인터커넥트 중 하나가 용접 플레이트 수단에 마이크로 스팟용접되는 것인 표면 마운트 회로 보호 장치.
  8. (a) 제1 및 제2 주표면 및 이들 사이의 두께를 갖는 층상 PTC 저항 요소;
    (b) 제1 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되며, 장치를 납땜에 의해 인쇄 회로 기판에 표면 마운트가능하게 하는 제1 금속 박편 층을 포함하는 제 1 전극 층;
    (c) 제2 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되며, 제2 금속 박편 층을 포함하는 제2 전극 층; 및
    (d) 제2 금속 박편층에 고정되며, 장치에 대하여 결과적으로 현저한 손상이 없이 스트랩 인터커넥트 수단의 마이크로 스팟용접을 견디게 충분한 부피, 두께 및 열 질량을 갖는 금속물질의 용접 플레이트를 포함하는 표면 마운트 회로 보호 장치.
  9. (a) 제1 및 제2 주표면 및 이들 사이의 두께를 갖는 층상 PTC 저항 요소;
    (b) 제1 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되며, 장치를 납땜에 의해 인쇄 회로에 표면 마운트가능하게 하는 제1 금속 박편 층을 포함하는 제1 전극 층;
    (c) 제2 주표면에 형성되고, 이와 실질적으로 함께 연장되며, 제2 금속 박편 층을 포함하는 제2 전극 층; 및
    (d) 제2 금속 박편층에 고정되며, 장치에 대하여 결과적으로 현저한 손상이 없이 스트랩 인터커넥트 수단의 마이크로 스팟용접을 견디기에 충분한 부피, 두께 및 열 질량을 갖는 금속물질의 용접 플레이트를 포함하는 표면 마운트 회로 보호 장치를 포함하는 인쇄 회로 기판에 부착되는 다수의 전기적 구성 요소를 포함하는, 인쇄회로 기판을 포함하는 배터리 보호 회로 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 하기 조건이 적용되는 제1 및 제2 말단 탭을 갖는 하나 이상의 전기 화학적 리튬 중합체 전지를 포함하는 배터리 보호 회로 어셈블리:
    (a) 용접 플레이트에 마이크로 스팟용접된 스트랩 인터커넥트 수단을 포함하는 제1 탭, 및
    (b) 인쇄 회로 기판의 회로에 연결된 제2 탭.
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