KR20220065462A - Ceramic protect device having internal heating member and secondary battery charging apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 세라믹 보호 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 내장 발열 부재를 포함하는 세라믹 보호 소자 및 이를 포함하는 이차전지 충전장치에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a ceramic protection device, and more particularly, to a ceramic protection device including a built-in heating member and a secondary battery charging device including the same.
보호 소자는 이차전지에 과전류 및 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 기능을 수행한다. 상기 보호 소자는, 기판 상에 발열체, 절연층, 전극 및 저융점 금속 퓨즈 부재가 차례로 적층된 적층 구조체로 구성된다. 상기 보호 소자에 과전압이 인가되는 경우에, 발열체가 발열하고, 이에 따라 저융점 금속 퓨즈 부재가 용단된다.The protection element functions to prevent overcurrent and overvoltage from being applied to the secondary battery. The protection element is constituted by a laminate structure in which a heating element, an insulating layer, an electrode, and a low-melting-point metal fuse member are sequentially stacked on a substrate. When an overvoltage is applied to the protection element, the heating element generates heat, and accordingly, the low-melting-point metal fuse member is melted.
종래의 보호 소자는 소성된 세라믹 기판상에 발열체, 절연층, 및 전극을 순차적으로 형성하기 위하여, 인쇄 공정과 소성 공정을 반복하여야 하므로 제조 단계가 증가되는 한계가 있다. 또한, 소성된 세라믹 기판이 주로 알루미늄 산화물 계열의 높은 열전도를 나타내는 물질로서, 과전압이 인가되어 발열체에서 발생한 열이 하측 방향인 기판 방향으로 전도되어 열손실되므로, 발열체 상측에 위치하는 저융점 금속 퓨즈 부재의 용단에 시간이 걸리는 한계가 있다.In order to sequentially form a heating element, an insulating layer, and an electrode on a fired ceramic substrate, the conventional protection device has to repeat the printing process and the firing process, so there is a limitation in that the manufacturing steps are increased. In addition, the fired ceramic substrate is mainly an aluminum oxide-based material that exhibits high thermal conductivity, and when an overvoltage is applied, heat generated from the heating element is conducted in the downward direction of the substrate to lose heat. There is a limit that takes time to decide.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 동시 소성을 통하여 단순화된 공정으로 형성할 수 있고, 짧은 퓨즈 용단시간을 가지는 내장 발열 부재를 포함하는 세라믹 보호 소자 및 이를 포함하는 이차전지 충전장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a ceramic protection element including a built-in heating member that can be formed through a simplified process through simultaneous firing and has a short fuse melting time, and a secondary battery charging device including the same will do
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 의하면, 동시 소성을 통하여 단순화된 공정으로 형성할 수 있고, 짧은 퓨즈 용단시간을 가지는 내장 발열 부재를 포함하는 세라믹 보호 소자 및 이를 포함하는 이차전지 충전장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a ceramic protection device including a built-in heating member that can be formed through a simplified process through simultaneous firing and has a short fuse cutting time, and a secondary battery charging device including the same.
본 발명의 일실시예에 의하면, 동시 소성에 의하여 서로 일체화되는 제1 세라믹 시트 및 제2 세라믹 시트를 포함하여 구성된 세라믹 기판; 상기 세라믹 기판 상에 위치한 퓨즈 부재; 상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 상기 퓨즈 부재를 용단하는 내장 발열 부재; 및 상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a ceramic substrate comprising: a first ceramic sheet and a second ceramic sheet integrated with each other by simultaneous firing; a fuse member positioned on the ceramic substrate; a built-in heating member embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and configured to generate heat when a current is applied to cut the fuse member; and a built-in conductive via embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and electrically connecting the fuse member and the built-in heating member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 전도 비아는, 상기 퓨즈 부재와 접촉하여, 상기 내장 발열 부재에서 발생한 열을 상기 퓨즈 부재에 직접적으로 전달할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in conductive via may be in contact with the fuse member to directly transfer heat generated in the built-in heating member to the fuse member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 전도 비아는, 상기 제1 세라믹 시트를 관통하여 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in conductive via may be positioned to penetrate through the first ceramic sheet.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 제2 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 외부와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a built-in connection via embedded in the ceramic substrate, formed through the second ceramic sheet, and electrically connecting the outside and the built-in heating member; may further include.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 전도 비아는 제1 측에 위치하고, 상기 내장 연결 비아는 상기 내장 발열 부재를 기준으로 상기 제1 측에 대향하는 제2 측에 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in conductive via may be positioned on a first side, and the built-in connection via may be positioned on a second side opposite to the first side with respect to the built-in heating member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 연결 비아는, 상기 내장 발열 부재와 중첩되지 않도록 상기 내장 발열 부재로부터 이격되어 위치할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in connection via may be spaced apart from the built-in heating member so as not to overlap the built-in heating member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제2 세라믹 시트의 상측에 위치하고, 상기 내장 연결 비아와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 연결 패드;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a built-in connection pad positioned above the second ceramic sheet and electrically connecting the built-in connection via and the built-in heating member; may further include.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제2 세라믹 시트의 하측에 위치하고, 상기 내장 연결 비아와 전기적으로 연결되어 상기 내장 연결 비아를 외부와 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아용 하부 단자;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is located below the second ceramic sheet, is electrically connected to the built-in connection via a lower terminal for a built-in connection via electrically connecting the built-in connection via to the outside; further comprising can
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 발열 부재는 상기 제1 세라믹 시트 및 제2 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in heating member may be formed by being simultaneously fired together with the first ceramic sheet and the second ceramic sheet.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 세라믹 기판 상에 상기 퓨즈 부재와 접촉하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 내장 발열 부재의 사이에 개재되도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재가 용단될 때에 상기 퓨즈 부재를 수용하는 퓨즈 수용 부재;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a fuse is placed on the ceramic substrate to be in contact with the fuse member, to be interposed between the fuse member and the built-in heating member, and to accommodate the fuse member when the fuse member is blown by fusion. It may further include a receiving member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 전도 비아는, 상기 퓨즈 수용 부재와 접촉하여, 상기 내장 발열 부재에서 발생한 열을 상기 퓨즈 부재에 직접적으로 전달할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in conductive via may be in contact with the fuse accommodating member to directly transfer heat generated in the built-in heat generating member to the fuse member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 퓨즈 수용 부재는 상기 제1 세라믹 시트 및 제2 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fuse accommodating member may be formed by being simultaneously fired together with the first ceramic sheet and the second ceramic sheet.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 세라믹 기판은 1 W/mK 내지 5 W/mK 범위의 열전도도를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ceramic substrate may have a thermal conductivity in the range of 1 W/mK to 5 W/mK.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 세라믹 보호 소자는, 동시 소성에 의하여 서로 일체화되는 제3 내지 제6 세라믹 시트들을 포함하여 구성된 세라믹 기판; 상기 세라믹 기판 상에 위치한 퓨즈 부재; 상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 상기 퓨즈 부재의 양측에 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 상기 퓨즈 부재를 용단하는 제1 내장 발열 부재 및 제2 내장 발열 부재; 및 상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 제1 내장 발열 부재 및 상기 제2 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ceramic protection device may include: a ceramic substrate including third to sixth ceramic sheets integrated with each other by simultaneous firing; a fuse member positioned on the ceramic substrate; a first built-in heat generating member and a second built-in heat generating member embedded in the ceramic substrate, positioned on both sides of the fuse member to overlap the fuse member, and configured to generate heat when a current is applied to cut the fuse member; and a built-in conductive via embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and electrically connecting the fuse member, the first built-in heating member, and the second built-in heat generating member.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 내장 전도 비아는 상기 제3 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 퓨즈 부재의 중앙부에 위치하고, 상기 제1 내장 발열 부재와 상기 제2 내장 발열 부재는 상기 내장 전도 비아를 기준으로 양측에 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the built-in conductive via is formed through the third ceramic sheet and is located in a central portion of the fuse member, and the first built-in heating member and the second built-in heat generating member are the built-in conductive vias. It may be disposed on both sides of the via.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제4 세라믹 시트 상에 위치하고, 상기 내장 전도 비아의 하측에 접촉하고, 상기 제1 내장 발열 부재와 상기 제2 내장 발열 부재에 전기적으로 연결된 제1 내장 연결 패드;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a first built-in connection pad positioned on the fourth ceramic sheet, in contact with a lower side of the built-in conductive via, and electrically connected to the first built-in heating member and the second built-in heating member ; may be further included.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제4 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제1 내장 발열 부재가 상기 내장 전도 비아에 연결된 영역과 반대 영역에서, 상기 제1 내장 발열 부재와 연결된 제1 내장 연결 비아; 및 상기 제4 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제2 내장 발열 부재가 상기 내장 전도 비아에 연결된 영역과 반대 영역에서, 상기 제2 내장 발열 부재와 연결된 제2 내장 연결 비아;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first internal heating member is formed through the fourth ceramic sheet and connected to the first internal heating member in a region opposite to the region where the first internal heating member is connected to the internal conductive via. connecting vias; and a second built-in connection via formed through the fourth ceramic sheet and connected to the second built-in heating member in a region opposite to the region where the second built-in heating member is connected to the built-in conductive via. there is.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제5 세라믹 시트 상에 형성되고, 상기 제1 내장 연결 비아 및 상기 제2 내장 연결 비아와 전기적으로 연결된 제2 내장 연결 패드; 및 상기 제5 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제2 내장 연결 패드와 전기적으로 연결된 제3 내장 연결 비아;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a second built-in connection pad formed on the fifth ceramic sheet and electrically connected to the first built-in connection via and the second built-in connection via; and a third built-in connection via formed through the fifth ceramic sheet and electrically connected to the second built-in connection pad.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제6 세라믹 시트 상에 형성되고, 상기 제3 내장 연결 비아와 전기적으로 연결된 제3 내장 연결 패드; 상기 제6 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제3 내장 연결 패드와 전기적으로 연결된 제4 내장 연결 비아; 및 상기 제6 세라믹 시트의 하측에 위치하고, 상기 제4 내장 연결 비아와 전기적으로 연결되어 상기 제4 내장 연결 비아를 외부와 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아용 하부 단자;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a third built-in connection pad formed on the sixth ceramic sheet and electrically connected to the third built-in connection via; a fourth built-in connection via formed through the sixth ceramic sheet and electrically connected to the third built-in connection pad; and a lower terminal for a built-in connection via positioned below the sixth ceramic sheet and electrically connected to the fourth built-in connection via to electrically connect the fourth built-in connection via to the outside.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 이차전지 충전장치는, 전원에 연결되어 충전되는 이차전지부; 상기 이차전지부에 인가되는 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부에 전기적으로 연결되고, 상기 전압 감지부의 제어 신호를 전달 받아 전기 경로를 개폐하는 스위치부; 및 상기 이차전지부와 상기 전원에 직렬로 연결된 퓨즈 요소; 및 상기 이차전지부와 상기 전원에 병렬로 연결되고, 상기 스위치부에 직렬로 연결되어 상기 스위치부가 턴-온되면 발열되어 상기 퓨즈 요소를 용단하는 발열 요소;를 포함하는 퓨즈부; 를 포함하고, 상기 퓨즈부는 상술한 상기 세라믹 보호 소자로 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the secondary battery charging device includes: a secondary battery unit connected to a power source to be charged; a voltage sensing unit sensing a voltage applied to the secondary battery unit; a switch unit electrically connected to the voltage sensing unit and configured to open and close an electrical path by receiving a control signal from the voltage sensing unit; and a fuse element connected in series to the secondary battery unit and the power source. and a heating element connected in parallel to the secondary battery unit and the power source and connected in series to the switch unit to generate heat when the switch unit is turned on and cut the fuse element by melting; a fuse unit including a; and the fuse unit may be formed of the above-described ceramic protection element.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 세라믹 보호 소자는 이차전지의 충전 중에 과전류 또는 과전압이 인가되는 경우에, 용단되어 이차전지를 보호할 수 있는 장치로서, 내장 발열 부재, 퓨즈 부재, 단자들을 기판을 구성하는 그린 시트들에 스크린 인쇄한 후 상기 그린 시트들과 동시 소성하여 형성하므로, 제조 공정 시간을 단순화할 수 있고 비용과 시간을 절약할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, a ceramic protection element is a device capable of protecting a secondary battery by melting when an overcurrent or overvoltage is applied during charging of the secondary battery, and includes a built-in heating member, a fuse member, and terminals on a substrate Since it is formed by screen-printing on the green sheets constituting the green sheets and simultaneously firing the green sheets, the manufacturing process time can be simplified and cost and time can be saved.
또한, 퓨즈를 용단하는 발열 부재가 기판 내에 내장되고, 소성된 그린 시트가 퓨즈 부재와 발열 부재를 절연하는 절연층의 기능을 수행하므로, 별개의 절연층을 형성하는 공정을 생략할 수 있고, 치밀하고 신뢰성있는 절연층을 제공할 수 있다.In addition, since the heat generating member that blows the fuse is embedded in the substrate, and the fired green sheet functions as an insulating layer to insulate the fuse member and the heat generating member, the process of forming a separate insulating layer can be omitted and dense and to provide a reliable insulating layer.
또한, 기판을 낮은 열전도도를 가지는 그린 시트를 이용하여 형성함으로써, 발열 부재로부터 발생한 열의 방사를 감소시켜, 더 많은 열을 퓨즈 용단에 사용할 수 있으므로 퓨즈의 용단 시간을 단축시킬 수 있으므로, 이차전지를 더욱 신뢰성 있게 보호할 수 있다. In addition, by forming the substrate using a green sheet having low thermal conductivity, the emission of heat generated from the heat generating member is reduced, so that more heat can be used for fusing the fuse, thereby shortening the fusing time of the fuse. more reliable protection.
또한, 퓨즈와 접촉하여 형성된 퓨즈 수용 부재는 퓨즈의 용단 시간을 단축함과 동시에 전원 차단 시간을 단축할 수 있으므로, 이차전지를 더욱 신뢰성 있게 보호할 수 있다. In addition, since the fuse accommodating member formed in contact with the fuse can shorten the time for cutting the fuse and cut off the power at the same time, it is possible to more reliably protect the secondary battery.
또한, 퓨즈 부재와 중첩되도록 내장 발열 부재를 배치하여, 상기 퓨즈 부재로의 열전달을 효과적으로 달성할 수 있다.In addition, by disposing the built-in heat generating member to overlap the fuse member, heat transfer to the fuse member can be effectively achieved.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자가 설치된 이차전지 충전장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의 외관 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자를 선 III-III를 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의; 배면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 세라믹 보호 소자에서 과전류 인가시 전류 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의 단면도이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 도 8의 세라믹 보호 소자에서 과전류 인가시 전류 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의 열전달을 설명하기 위한 비교예의 열전달 시뮬레이션 결과들이다.1 is a circuit diagram of a secondary battery charging device in which a ceramic protection element is installed according to an embodiment of the present invention.
2 is an external perspective view of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
4 is a top view of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
5 is a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention; It is a rear view.
6 is a schematic diagram illustrating a current flow when an overcurrent is applied in the ceramic protection device of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram illustrating a current flow when an overcurrent is applied in the ceramic protection device of FIG. 8 according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are heat transfer simulation results of a comparative example for explaining heat transfer of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In this specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
본 명세서에서 "전기적으로 연결"의 의미는 직접적으로 접촉하거나 또는 다른 구성요소를 통하여 간접적으로 접촉하여 전기를 통하게 하는 연결을 의미하는 것이다.As used herein, the term “electrically connected” means a connection that allows electricity to pass through direct contact or indirect contact through other components.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(100)가 설치된 이차전지 충전장치(1)의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a secondary
도 1을 참조하면, 이차전지 충전장치(1)는 이차전지부(10), 전압감지부(20), 스위치부(30), 및 보호소자부(40)를 포함한다. 이차전지 충전장치(1)는 전원(50)에 연결될 수 있고, 전원(50)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the secondary
이차전지부(10)는 전원(50)에 전기적으로 연결될 수 있고, 전원(50)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 이차전지부(10)는 다양한 이차전지를 포함할 수 있고, 예를 들어 리튬(Li) 전지를 포함할 수 있다.The
전압감지부(20)는 이차전지부(10)와 전원(50)의 전기적 연결에 대하여 병렬로 연결될 수 있고, 이차전지부(10)에 인가되는 전압을 감지할 수 있다. 병렬 연결되어 있으므로, 전압감지부(20)에 감지되는 전압은 이차전지부(10)에 인가되는 전압과 동일하다. 전압감지부(20)에서 감지된 전압이 허용 전압을 초과하는 과전압인 경우에는, 스위치부(30)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 전압감지부(20)는 집적 회로(IC)로 구성될 수 있다.The
스위치부(30)는 전압감지부(20)에 전기적으로 연결될 수 있고, 전압감지부(20)로부터 상기 제어 신호를 전달받아 보호소자부(40)로의 전기 경로를 개폐하는 스위치 기능을 수행할 수 있다. 스위치부(30)는 트랜지스터, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)로 구성될 수 있다.The
보호소자부(40)는 이차전지 충전장치(1)에 과전류 및/또는 과전압이 인가되면, 이를 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 보호소자부(40)는 퓨즈 요소(42)와 발열 요소(44)를 포함할 수 있다. 퓨즈 요소(42)는 이차전지부(10)와 전원(50)에 대하여 직렬로 연결될 수 있다. 발열 요소(44)는 이차전지부(10)와 전원(50)에 대하여 병렬로 연결될 수 있다. 발열 요소(44)는 스위치부(30)에 직렬로 연결될 수 있고, 스위치부(30)가 턴-온되면 발열되어 퓨즈 요소(42)를 용단할 수 있다. 보호소자부(40)는 하기에 설명하는 세라믹 보호 소자(100)에 상응할 수 있다.When an overcurrent and/or an overvoltage is applied to the secondary
이하에서는, 이차전지 충전장치(1)의 동작 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation method of the secondary
전원(50)으로부터 이차전지 충전장치(1)에 인가되는 전류 및 전압이 이차전지 충전장치(1)가 허용하는 허용 전류 및/또는 허용 전압 이내인 경우에는, 전원(50)으로부터 전력을 제공받아 이차전지부(10)가 충전될 수 있다. When the current and voltage applied from the
반면, 전원(50)으로부터 이차전지 충전장치(1)에 인가되는 전류 및 전압이 이차전지 충전장치(1)가 허용하는 허용 전류 및/또는 허용 전압을 초과하는 과전류 및/또는 과전압인 경우에는, 전원(50)으로부터 이차전지부(10)로의 충전이 중단될 수 있다.On the other hand, if the current and voltage applied from the
전원(50)으로부터 이차전지 충전장치(1)에 인가되는 전류가 과전류인 경우에는, 보호소자부(40)의 퓨즈 요소(42)가 상기 과전류로 인하여 용단(溶斷)되고, 이에 따라 전원(50)과 이차전지부(10)의 전기적 연결이 차단된다. 여기에서, 발열 요소(44)를 통하는 전기적 경로는 스위치부(30)에 의하여 차단되어 있음에 유의한다.When the current applied from the
전원(50)으로부터 이차전지 충전장치(1)에 인가되는 전압이 과전압인 경우에는, 보호소자부(40)의 퓨즈 요소(42)는 전류에 의하여 용단되지는 않는다. 아 경우에는, 전압감지부(20)에 의하여 상기 과전압이 감지되고, 전압감지부(20)는 스위치부(30)로 제어 신호를 전달하고, 이에 따라 스위치부(30)가 턴-온(turn on)된다. 스위치부(30)가 트랜지스터인 경우에는, 전압감지부(20)는 상기 트랜지스터의 게이트 단자에 게이트 전압을 인가하게 된다. 스위치부(30)가 턴-온되면, 발열 요소(44)에 전류가 흐르게 되어 열이 발생되고, 이에 따라 상기 발생된 열에 의하여 퓨즈 요소(42)가 용단된다. 따라서, 전원(50)과 이차전지부(10)의 전기적 연결이 차단된다.When the voltage applied from the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(100)의 외관 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(100)를 선 III-III를 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(100)의 상면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(100)의; 배면도이다.2 is an external perspective view of a
도 2 내지 도 5를 참조하면, 세라믹 보호 소자(100)는, 세라믹 기판(110), 퓨즈 부재(120), 내장 발열 부재(130), 및 내장 전도 비아(150)를 포함한다. 세라믹 보호 소자(100)는 퓨즈 수용 부재(140)를 더 포함할 수 있다.2 to 5 , the
구체적으로, 세라믹 보호 소자(100)는, 동시 소성에 의하여 서로 일체화되는 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)를 포함하여 구성된 세라믹 기판(110); 세라믹 기판(110) 상에 위치한 퓨즈 부재(120); 세라믹 기판(110) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(120)와 중첩하도록 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 상기 퓨즈 부재를 용단하는 내장 발열 부재(130); 및 세라믹 기판(110) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(120)와 중첩하도록 위치하고, 퓨즈 부재(120)와 내장 발열 부재(130)를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아(150);를 포함한다.Specifically, the
세라믹 기판(110)은 동시 소성에 의하여 서로 일체화되는 복수의 세라믹 시트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판(110)은 순차적으로 적층된 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)를 포함할 수 있다. 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)는 세라믹 그린 시트(green sheet)로 구성될 수 있고, 동시 소성에 의하여 서로 일체화 될 수 있다. 또한, 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)는 자신의 상측, 하측, 또는 양측에 형성되는 구성 요소들과 함께 동시 소성될 수 있다. 따라서, 세라믹 보호 소자(100)는 저온 동시 소성 세라믹(low temperature co-fired ceramic, LTCC)으로 지칭될 수 있다. 상술한 바와 같은 동시 소성은 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.The
도 2에서는 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)의 두께들이 거의 동일하게 도시되었으나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 두께가 가능하다. 또한, 세라믹 기판(110)이 두 개 초과의 이상의 세라믹 시트로 구성되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In FIG. 2 , the thicknesses of the first
세라믹 기판(110)은, 즉 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)는, 알루미늄 산화물에 비하여 매우 낮은 열전도도를 가질 수 있고, 예를 들어 1 W/mK 내지 5 W/mK 범위의 열전도도를 가질 수 있다. 세라믹 기판(110)은, 예를 들어 결정성 보로실리케이트 물질을 포함할 수 있다. 세라믹 기판(110)은, 예를 들어 SiO2, Ba2O3, Al2O3, CaO, MgO, SrO, Li2O, ZnO, TiO2, 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
퓨즈 부재(120)는 세라믹 기판(110)의 상면(119) 상에 위치할 수 있다. 퓨즈 부재(120)는 도 1의 이차전지부(10)와 전원(50)을 전기적으로 연결할 수 있고, 허용 전류 및/또는 허용 전압 이상에서 용단되어 이차전지부(10)와 전원(50)을 단락할 수 있다. 퓨즈 부재(120)는 저융점 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 납(Pb), 주석(Sn), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 퓨즈 부재(120)는 200℃ 내지 500℃ 범위의 융점을 가지는 물질을 포함할 수 있다.The
퓨즈 부재(120)는 제1 퓨즈용 상부 단자(121) 및 제2 퓨즈용 상부 단자(122)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 퓨즈용 상부 단자(121) 및 제2 퓨즈용 상부 단자(122)는 도 1의 전원(50)으로부터 전력 또는 전류를 퓨즈 부재(120)에 공급할 수 있다. 퓨즈 부재(120)의 치수는 세라믹 보호 소자(100)의 허용 전류 및 허용 전압에 따라 변화할 수 있다. 퓨즈 부재(120)의 길이는 제1 퓨즈용 상부 단자(121) 및 제2 퓨즈용 상부 단자(122) 사이의 거리에 의하여 한정되므로, 퓨즈 부재(120)의 폭과 높이를 조절하여 세라믹 보호 소자(100)의 정격 수치를 변화시킬 수 있다.The
제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)는 세라믹 기판(110)의 상면(119) 상에 서로 이격되어 위치할 수 있다. 제1 퓨즈용 하부 단자(123)와 제2 퓨즈용 하부 단자(124)는 세라믹 기판(110)의 하면(118) 상에 서로 이격되어 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)는 세라믹 기판(110)의 제1 세라믹 시트(111)의 상면(119) 상에 서로 이격되어 위치할 수 있다. 제1 퓨즈용 하부 단자(123)와 제2 퓨즈용 하부 단자(124)는 제2 세라믹 시트(112)의 세라믹 기판(110)의 하면(118) 상에 서로 이격되어 위치할 수 있다. The
제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제1 퓨즈용 하부 단자(123)는 제1 관통 도전 비아(125)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 퓨즈용 상부 단자(122)와 제2 퓨즈용 하부 단자(124)는 제2 관통 도전 비아(126)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.The
제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)는 세라믹 기판(110)를 관통하여 형성되고, 구체적으로 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)를 관통하여 형성되고, 도전성 물질로 충진되어 전기적 신호의 경로를 제공할 수 있다. 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)는 도 1의 전원(50)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 퓨즈 부재(120)는 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)를 각각 통하여 제1 퓨즈용 하부 단자(123)와 제2 퓨즈용 하부 단자(124)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 퓨즈용 상부 단자(121), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 및 제2 퓨즈용 하부 단자(124)는 도 1의 전원(50)과 전기적으로 연결될 수 있다.The first through conductive via 125 and the second through conductive via 126 are formed to penetrate the
제1 퓨즈용 상부 단자(121), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제2 퓨즈용 하부 단자(124), 제1 관통 도전 비아(125), 및 제2 관통 도전 비아(126)은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The
제1 퓨즈용 상부 단자(121) 및 제2 퓨즈용 상부 단자(122)는 세라믹 기판(110)의 제1 세라믹 시트(111)의 상면(119)에 페이스트(paste)를 이용한 스크린 인쇄 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 퓨즈 부재(120)는 스크린 인쇄 방법을 이용하거나 또는 납땜 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 퓨즈용 하부 단자(123) 및 제2 퓨즈용 하부 단자(124)는 세라믹 기판(110)의 제2 세라믹 시트(112)의 하면(118)에 스크린 인쇄 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 관통 도전 비아(125) 및 제2 관통 도전 비아(126)은 세라믹 기판(110)을, 제1 세라믹 시트(111) 및 제2 세라믹 시트(112)를 관통시켜 관통홀을 형성한 후 상기 관통홀에 도전물을 충진하여 형성될 수 있다.The
제1 퓨즈용 상부 단자(121), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제2 퓨즈용 하부 단자(124), 제1 관통 도전 비아(125), 제2 관통 도전 비아(126)은 퓨즈 부재(120)와 외부 장치(미도시)의 전기적 연결을 제공하기 위하여 예시적으로 구성된 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제2 퓨즈용 하부 단자(124), 제1 관통 도전 비아(125), 및 제2 관통 도전 비아(126) 중 적어도 일부가 생략되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The
내장 발열 부재(130)는 세라믹 기판(110)의 내부에 내장될 수 있고, 상기 복수의 세라믹 시트들 사이에 개재될 수 있다. 내장 발열 부재(130)는 제1 세라믹 시트(111)를 사이에 두고 퓨즈 부재(120)와 중첩(overlap)되도록 위치할 수 있다. 여기에서, "중첩"의 의미는 세라믹 기판(110)의 상측에서 하측으로 볼 때, 퓨즈 부재(120)의 적어도 일부 영역과 내장 발열 부재(130)의 적어도 일부 영역이 겹쳐진 상태를 의미한다. 내장 발열 부재(130)는 스크린 인쇄 방법을 이용하거나 납땜 방식을 이용하여 형성될 수 있다. 내장 발열 부재(130)는 상기 복수의 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성될 수 있다.The built-in
내장 발열 부재(130)는 도 1의 전원(50)과 스위치부(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 내장 발열 부재(130)는 도 1의 이차전지 충전장치(1)에 허용 전압 이상의 과전압이 인가될 때 발열될 수 있고, 이러한 발열에 의하여 퓨즈 부재(120)를 용단시킬 수 있다. 내장 발열 부재(130)는 1 내지 5Ω/□ 범위의 면저항을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내장 발열 부재(130)는 약 2.5Ω/□ 를 가지는 RuO2를 포함할 수 있다.The built-in
퓨즈 수용 부재(140)는 세라믹 기판(110)의 상면(119) 상에 퓨즈 부재(120)와 접촉하여 위치할 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 제1 퓨즈용 상부 단자(121) 및 제2 퓨즈용 상부 단자(122)로부터 전기적으로 절연되도록 이격되어 위치할 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 제1 세라믹 시트(111)의 상측에 스크린 인쇄 방법을 이용하거나 납땜 방식을 이용하여 형성될 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 상기 복수의 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성될 수 있다. 도 2에서는 퓨즈 수용 부재(140)가 퓨즈 부재(120)의 하측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 퓨즈 수용 부재(140)가 퓨즈 부재(120)의 상측에 위치하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The
퓨즈 수용 부재(140)는 퓨즈 부재(120)가 용단될 때에, 퓨즈 부재(120)를 수용할 수 있다. 퓨즈 부재(120)가 용단되면, 제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)는 서로 단선된다. 퓨즈 수용 부재(140)가 퓨즈 부재(120)를 수용하는 것은, 예를 들어 퓨즈 부재(120)의 구성 물질과 퓨즈 수용 부재(140)의 구성 물질이 용체화(또는 합금화)됨에 따라 구현될 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 퓨즈 부재(120)를 수용하기 용이한 물질을 포함할 수 있고, 퓨즈 부재(120)의 구성 물질과 젖음성(wetability)이 높은 물질을 포함할 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는, 예를 들어 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 퓨즈 부재(120)와 평행하게 배치되거나 또는 소정의 각도를 가지고 교차될 수 있고, 예를 들어 직각으로 교차될 수 있다. 퓨즈 수용 부재(140)는 납조(solder bath)로 지칭될 수 있다. 또한, 퓨즈 수용 부재(140)는 선택적이며, 생략될 수 있다.The
내장 전도 비아(150)는 세라믹 기판(110) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(120)와 중첩하도록 위치할 수 있다. 여기에서, "중첩"의 의미는 세라믹 기판(110)의 상측에서 하측으로 볼 때, 퓨즈 부재(120)의 적어도 일부 영역과 내장 전도 비아(150)의 적어도 일부 영역이 겹쳐진 상태를 의미한다. 내장 전도 비아(150)는 퓨즈 부재(120)과 내장 발열 부재(130)를 전기적으로 연결할 수 있다. 내장 전도 비아(150)는 제1 세라믹 시트(111)를 관통하여 형성될 수 있다.The embedded conductive via 150 may be embedded in the
내장 전도 비아(150)는 퓨즈 수용 부재(140)와 접촉할 수 있다. 또는, 내장 전도 비아(150)는 퓨즈 부재(120)와 접촉할 수 있다. 이러한 연결에 의하여, 내장 전도 비아(150)는 내장 발열 부재(130)와 퓨즈 부재(120)를 전기적으로 연결함과 동시에, 내장 발열 부재(130)에서 발생한 열을 퓨즈 부재(120)에 직접적으로 전달하거나, 또는 퓨즈 수용 부재(140)를 통하여 퓨즈 부재(120)에 직접적으로 전달할 수 있다. 즉, 내장 전도 비아(150)는 전기전도와 열전도를 동시에 수행할 수 있다. 이러한 내장 전도 비아(150)에 의한 열전달 효율에 대하여는 하기에 시뮬레이션 결과를 이용하여 상세하게 설명하기로 한다.The built-in conductive via 150 may contact the
세라믹 보호 소자(100)는 내장 연결 비아(160), 내장 연결 패드(170), 및 내장 연결 비아용 하부 단자(129)를 더 포함할 수 있고, 내장 발열 부재(130)는 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.The
내장 연결 비아(160)는 세라믹 기판(110) 내에 내장되고, 제2 세라믹 시트(112)를 관통하여 형성될 수 있다. 내장 연결 비아(160)는 외부와 내장 발열 부재(130)를 전기적으로 연결할 수 있다. 내장 연결 비아(160)는 내장 발열 부재(130)와 중첩되지 않도록 내장 발열 부재(130)로부터 이격되어 위치할 수 있다. The built-in connection via 160 may be embedded in the
내장 전도 비아(150)와 내장 연결 비아(160)는 서로 대향하여 위치할 수 있다. 구체적으로, 내장 전도 비아(150)는 제1 측에 위치하고, 내장 연결 비아(160)는 내장 발열 부재(130)를 기준으로 상기 제1 측에 대향하는 제2 측에 위치할 수 있다. 또한, 내장 발열 부재(130)의 상측에 내장 전도 비아(150)가 위치하고, 내장 발열 부재(130)의 하측에 내장 연결 비아(160)가 위치할 수 있다.The built-in conductive via 150 and the built-in connection via 160 may be positioned to face each other. Specifically, the built-in conductive via 150 may be positioned on the first side, and the built-in connection via 160 may be positioned on a second side opposite to the first side with respect to the built-in
내장 발열 부재(130)에서 발생한 열을 상측으로 효율적인 열전달을 구현하기 위하여, 내장 전도 비아(150)는 내장 발열 부재(130)와 직접적으로 접촉하도록 위치할 수 있다. 반면, 내장 발열 부재(130)에서 발생한 열을 하측으로 가능한 전달되지 않도록, 내장 연결 비아(160)는 내장 발열 부재(130)로부터 이격되어 위치할 수 있다. In order to efficiently transfer heat generated by the built-in
내장 연결 패드(170)는 세라믹 기판(110) 내에 내장되고, 제2 세라믹 시트(112)의 상측에 위치하고, 내장 연결 비아(160)와 내장 발열 부재(130)를 전기적으로 연결할 수 있다. 내장 연결 패드(170)는 는 스크린 인쇄 방법을 이용하여 형성될 수 있다.The built-in
내장 연결 비아용 하부 단자(129)는, 세라믹 기판(110)의 하면(118)에 위치하고, 제2 세라믹 시트(112)의 하측에 위치하고, 내장 연결 비아(160)와 전기적으로 연결되어 내장 연결 비아(160)를 외부와, 예를 들어 도 1의 전원(50)과 전기적으로 연결할 수 있다. 내장 연결 비아용 하부 단자(129)는 제1 퓨즈용 하부 단자(123)와 제2 퓨즈용 하부 단자(124)와 전기적으로 단락될 수 있다. 내장 연결 비아용 하부 단자(129)는 스크린 인쇄 방법을 이용하여 형성될 수 있다.The
내장 전도 비아(150), 내장 연결 비아(160), 내장 연결 패드(170), 및 내장 연결 비아용 하부 단자(129)는 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The built-in conductive via 150, the built-in connection via 160, the built-in
이하에서는, 세라믹 보호 소자(100)의 전류 경로에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a current path of the
먼저, 세라믹 보호 소자(100)에 과전류가 흐르는 경우에는, 퓨즈 부재(120)가 상기 과전류에 의하여 용단된다. 이 경우에는, 내장 발열 부재(130)에 전류가 흐르지 않아 열을 발생하지 않는다. 과전류 시의 전류 경로는 다음과 같다. 도 1의 전원(50)으로부터 인가된 과전류는, 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제1 관통 도전 비아(125), 제1 퓨즈용 상부 단자(121), 퓨즈 부재(120), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제2 관통 도전 비아(126), 및 제2 퓨즈용 하부 단자(124)를 통하는 전류 경로로 흐르게 된다.First, when an overcurrent flows through the
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 세라믹 보호 소자(100)에서 과전류 인가시 전류 흐름을 나타내는 개략도이다.6 is a schematic diagram illustrating a current flow when an overcurrent is applied in the
도 6을 참조하면, 과전압 인가 시 세라믹 보호 소자(100)에서의 전류 흐름을 화살표로 나타나있다. 구체적으로, 세라믹 보호 소자(100)에 과전압이 인가되는 경우에는, 내장 발열 부재(130)에 전류가 흐르게 되어 열을 발생하고, 상기 열에 의하여 퓨즈 부재(120)가 용단된다. 과전압 시의 전류 경로는 다음과 같다. 도 1의 스위치부(30)가 과전압에 의하여 턴온되고, 이에 따라 도 1의 전원(50)으로부터 내장 발열 부재(130)로 전류가 흐르게 된다.Referring to FIG. 6 , the current flow in the
상기 전류는, 내장 연결 비아용 하부 단자(129), 내장 연결 비아(160), 내장 연결 패드(170), 내장 발열 부재(130), 내장 전도 비아(150), 퓨즈 수용 부재(140), 퓨즈 부재(120), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제2 관통 도전 비아(126), 및 제2 퓨즈용 하부 단자(124)를 통하는 전류 경로로 흐르게 된다.The current includes a
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 세라믹 보호 소자(100)를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the
도 7을 참조하면, 세라믹 보호 소자(100)를 제조하는 방법은 세라믹 시트 준비 단계(S110), 스크린 인쇄 단계(S120), 내장 비아 형성 단계(S130), 세라믹 시트 적층 단계(S140), 관통 비아 형성 단계(S150) 및 동시 소성 단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 7 , the method of manufacturing the
세라믹 시트 준비 단계(S110)에서는, 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)를 준비한다. 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)는 그린 시트일 수 있다. 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)는 각각 하나의 시트이거나, 또는 복수의 시트들이 적층된 적층 시트일 수 있다.In the ceramic sheet preparation step S110 , the first
스크린 인쇄 단계(S120)에서는 하기의 구성 요소들을 스크린 인쇄를 이용하여 형성한다.In the screen printing step (S120), the following components are formed using screen printing.
제1 세라믹 시트(111)의 상면에, 서로 이격되어 위치하는 제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)를 형성한다. 또한, 제1 세라믹 시트(111)의 상면에, 제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)로부터 이격된 퓨즈 수용 부재(140)를 형성한다. 또한, 제1 세라믹 시트(111)의 상면에, 제1 퓨즈용 상부 단자(121)와 제2 퓨즈용 상부 단자(122)와 접촉하고 퓨즈 수용 부재(140)와 접촉하는 퓨즈 부재(120)를 형성한다.An
또한, 제2 세라믹 시트(112)의 상면에, 내장 연결 패드(170)를 형성한다. 제2 세라믹 시트(112)의 상면에, 내장 발열 부재(130)를 내장 연결 패드(170)와 접촉하도록 형성한다.In addition, a built-in
또한, 제2 세라믹 시트(112)의 하면에 서로 이격되어 위치하는 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제2 퓨즈용 하부 단자(124), 및 내장 연결 비아용 하부 단자(129)를 형성한다.In addition, a
내장 비아 형성 단계(S130)에서는 내장된 비아들을 형성한다.In the embedded via forming step S130 , embedded vias are formed.
제1 세라믹 시트(111) 내에, 내장 전도 비아(150)를 형성한다. 제1 세라믹 시트(111)에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀을 도전물로 충전하여 내장 전도 비아(150)를 형성할 수 있다.In the first
또한, 제2 세라믹 시트(112) 내에 내장 연결 비아(160)를 형성한다. 내장 연결 비아(160)는 제2 세라믹 시트(112)에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀을 도전물로 충전하여 형성할 수 있다.In addition, a built-in connection via 160 is formed in the second
세라믹 시트 적층 단계(S140)에서는, 제2 세라믹 시트(112) 상에 제1 세라믹 시트(111)를 정렬하여 위치시킨다. 내장 연결 비아(160)에 접촉하도록 내장 연결 비아용 하부 단자(129)와 내장 연결 패드(170)를 정렬한다. 내장 전도 비아(150)에 의하여 접촉하도록 내장 발열 부재(130)와 퓨즈 수용 부재(140)를 정렬한다.In the ceramic sheet lamination step ( S140 ), the first
관통 비아 형성 단계(S150)에서는, 적층된 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)를 관통하는 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)을 형성한다. 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)를 관통하는 관통홀을 형성하고 상기 관통홀을 도전물로 충전하여 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)를 형성할 수 있다. 관통 비아 형성 단계(S150)는 선택적이며, 생략될 수 있다.In the through-via forming step S150 , the first through-conductive via 125 and the second through-conductive via 126 passing through the stacked first and second
동시 소성 단계(S160)에서는, 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)를 동시 소성하여 세라믹 보호 소자(100)를 형성한다. 상술한 바와 같은 다양한 구성 요소들은 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)와 동시 소성될 수 있고, 또한 치밀화될 수 있다. 상기 동시 소성은 700℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 제1 세라믹 시트(111)와 제2 세라믹 시트(112)는 일체화된 세라믹 기판(110)으로 구성될 수 있다.In the simultaneous firing step S160 , the
선택적으로, 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)를 관통 비아 형성 단계(S150)를 수행하지 않고 하기의 방법으로 형성할 수 있다.Optionally, the first through-conductive via 125 and the second through-conductive via 126 may be formed by the following method without performing the through-via forming step S150 .
먼저, 내장 비아 형성 단계(S130)에서 제1 관통 도전 비아(125)와 제2 관통 도전 비아(126)을 동시에 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 세라믹 시트(111)에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀을 도전물로 충전하여 제1 관통 도전 비아(125)의 상부 영역과 제2 관통 도전 비아(126)의 상부 영역을 형성한다. 이어서, 제2 세라믹 시트(112)에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀을 도전물로 충전하여 제1 관통 도전 비아(125)의 하부 영역과 제2 관통 도전 비아(126)의 하부 영역을 형성한다.First, the first through-conductive via 125 and the second through-conductive via 126 may be simultaneously formed in the embedded via forming step ( S130 ). Specifically, a through-hole is formed in the first
세라믹 시트 적층 단계(S140)에서, 제1 관통 도전 비아(125)의 상부 영역과 제1 관통 도전 비아(125)의 하부 영역을 정렬하고, 제2 관통 도전 비아(126)의 상부 영역과 제2 관통 도전 비아(126)의 하부 영역을 정렬한다.In the ceramic sheet stacking step S140 , the upper region of the first through-conductive via 125 and the lower region of the first through-conductive via 125 are aligned, and the upper region of the second through-conductive via 126 and the second Align the lower region of the through conductive via 126 .
이러한 경우에는, 관통 비아 형성 단계(S150)를 생략하고, 동시 소성 단계(S160)를 수행할 수 있다.In this case, the through-via forming step ( S150 ) may be omitted and the simultaneous firing step ( S160 ) may be performed.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자(200)의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a
이하에서는, 상술한도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예와 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, descriptions of components overlapping with the embodiments described with reference to FIGS. 2 to 5 will be omitted.
도 8을 참조하면, 세라믹 보호 소자(200)는, 세라믹 기판(210), 퓨즈 부재(220), 내장 발열 부재(230), 및 퓨즈 수용 부재(240)를 포함한다.Referring to FIG. 8 , the
구체적으로, 세라믹 보호 소자(200)는, 동시 소성에 의하여 서로 일체화되는 제3 내지 제6 세라믹 시트들(213, 214, 215, 216)을 포함하여 구성된 세라믹 기판(210); 세라믹 기판(210) 상에 위치한 퓨즈 부재(220); 세라믹 기판(210) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(220)와 중첩하도록 퓨즈 부재(220)의 양 측에 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 퓨즈 부재(220)를 용단하는 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232); 및 세라믹 기판(210) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(220)와 중첩하도록 위치하고, 퓨즈 부재(220)와 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아(250);를 포함하고, 내장 전도 비아(250)는 퓨즈 부재(220)의 중앙부에 위치하고, 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)는 내장 전도 비아(250)를 기준으로 양측에 배치된다.Specifically, the
세라믹 기판(210)은 순차적으로 적층된 제3 세라믹 시트(213), 제4 세라믹 시트(214), 제5 세라믹 시트(215), 및 제6 세라믹 시트(216)를 포함할 수 있다. 제3 세라믹 시트(213), 제4 세라믹 시트(214), 제5 세라믹 시트(215), 및 제6 세라믹 시트(216)는 세라믹 그린 시트(green sheet)로 구성될 수 있고, 동시 소성에 의하여 서로 일체화 될 수 있다. 제3 세라믹 시트(213), 제4 세라믹 시트(214), 제5 세라믹 시트(215), 및 제6 세라믹 시트(216)는 자신의 상측, 하측, 또는 양측에 형성되는 구성 요소들과 함께 동시 소성될 수 있다.The
도 8에서는 제3 세라믹 시트(213), 제4 세라믹 시트(214), 제5 세라믹 시트(215), 및 제6 세라믹 시트(216)의 두께들이 거의 동일하게 도시되었으나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 두께가 가능하다.In FIG. 8 , the thicknesses of the third
퓨즈 부재(220)는 세라믹 기판(210) 상에 위치할 수 있고, 제3 세라믹 시트(213)의 상측에 위치할 수 있다. 퓨즈 부재(220)는 도 2의 퓨즈 부재(120)에 상응할 수 있다. 또한, 세라믹 보호 소자(200)는 도 2 내지 도 5에 도시된 제1 퓨즈용 상부 단자(121), 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제1 퓨즈용 하부 단자(123), 제2 퓨즈용 하부 단자(124), 제1 관통 도전 비아(125), 및 제2 관통 도전 비아(126)를 포함할 수 있다.The
제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)는 세라믹 기판(210)의 내부에 내장될 수 있고, 상기 복수의 세라믹 시트들 사이에 개재될 수 있다. 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)는 제4 세라믹 시트(214)의 상측에 위치할 수 있다. 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)는 퓨즈 부재(220)와 중첩하도록 퓨즈 부재(220)의 양 측에 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 퓨즈 부재(220)를 용단할 수 있다. 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)의 재질, 전기적 연결, 및 제조 방법은 도 2의 내장 발열 부재(130)에 상응한다.The first
퓨즈 수용 부재(240)는 세라믹 기판(210) 상에 위치할 수 있고, 제3 세라믹 시트(213)의 상측에 위치할 수 있다. 퓨즈 수용 부재(240)는 도 2의 퓨즈 수용 부재(140)에 상응할 수 있다.The
내장 전도 비아(250)는 세라믹 기판(210) 내에 내장되고, 퓨즈 부재(220)와 중첩하도록 위치할 수 있다. 내장 전도 비아(250)는 제3 세라믹 시트(213)를 관통하여 형성될 수 있다. 내장 전도 비아(250)는 제4 세라믹 시트(214)의 상측에 위치할 수 있다.The embedded conductive via 250 may be embedded in the
내장 전도 비아(250)는 퓨즈 부재(220)와 제1 내장 발열 부재(231)를 전기적으로 연결할 수 있고, 퓨즈 부재(220)와 제2 내장 발열 부재(232)를 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 내장 전도 비아(250)는 퓨즈 수용 부재(240)와 접촉할 수 있다. 또는, 내장 전도 비아(250)는 퓨즈 부재(220)와 접촉할 수 있다. The built-in conductive via 250 may electrically connect the
내장 전도 비아(250)는 퓨즈 부재(220)의 중앙부에 위치할 수 있다. 여기에서 "중앙부"는 정확하게 중간을 의미하는 것은 아니고, 대략적으로 중앙 영역을 의미한다. 또한, 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)는 내장 전도 비아(250)를 기준으로 양측에 배치될 수 있다. 내장 전도 비아(250)가 퓨즈 부재(220)의 중앙부에 배치됨에 따라, 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)에서 발생한 열을 퓨즈 부재(220)에 중앙부로부터 전달하게 됨으로써, 퓨즈 부재(220)에 열을 상대적으로 균일하게 전달시킬 수 있다.The built-in conductive via 250 may be located in a central portion of the
내장 전도 비아(250)는 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)에 직접적으로 접촉할 수 있다. 또는, 내장 전도 비아(250)는 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)에 간접적으로 접촉할 수 있다.The built-in conductive via 250 may directly contact the first built-in
세라믹 보호 소자(200)는 제1 내장 연결 패드(271)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상술한 간접적 접촉을 위하여, 세라믹 보호 소자(200)는 내장 전도 비아(250)의 하측에 접촉하고, 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)에 측방향으로 전기적으로 연결된 제1 내장 연결 패드(271)을 더 포함할 수 있다. 제1 내장 연결 패드(271)는 제4 세라믹 시트(214) 상에 위치할 수 있다.The
세라믹 보호 소자(200)는 제1 내장 연결 비아(261) 및 제2 내장 연결 비아(262)를 더 포함할 수 있다.The
제1 내장 연결 비아(261)는 제4 세라믹 시트(214)를 관통하여 형성되고, 제1 내장 발열 부재(231)가 내장 전도 비아(250)에 연결된 영역과 반대 영역에서, 제1 내장 발열 부재(231) 연결될 수 있다. 제2 내장 연결 비아(262)는 제4 세라믹 시트(214)를 관통하여 형성되고, 제2 내장 발열 부재(232)가 내장 전도 비아(250)에 연결된 영역과 반대 영역에서, 제2 내장 발열 부재(232)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 내장 연결 비아(261)와 제2 내장 연결 비아(262)는 세라믹 보호 소자(200)의 양 단부 영역에 각각 배치될 수 있다. 제1 내장 연결 비아(261)와 제1 내장 발열 부재(231)는 제1 내장 연결 패드(271)를 통하여 연결될 수 있다. 또한, 제2 내장 연결 비아(262)와 제2 내장 발열 부재(232)는 제2 내장 연결 패드(272)를 통하여 연결될 수 있다. The first built-in connection via 261 is formed through the fourth
여기에서, 제1 내장 연결 패드(271)는 제4 세라믹 시트(214) 상에 전기적 연결을 위하여 형성된 패드를 통칭하는 것으로서, 합체된 구조를 가지거나 아일랜드형으로 분리된 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 내장 연결 패드(271)는 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)를 전기적으로 연결하는 패드, 제1 내장 발열 부재(231)와 제1 내장 연결 비아(261)를 전기적으로 연결하는 패드, 및 제2 내장 발열 부재(232)와 제2 내장 연결 비아(262)를 전기적으로 연결하는 패드를 통칭하는 것으로서, 이들은 합체된 구조를 가지거나 분리된 구조를 가질 수 있다.Here, the first built-in
세라믹 보호 소자(200)는 제2 내장 연결 패드(272) 및 제3 내장 연결 비아(263)를 더 포함할 수 있다.The
제2 내장 연결 패드(272)는 제5 세라믹 시트(215) 상에 형성되고, 제1 내장 연결 비아(261) 및 제2 내장 연결 비아(262)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 내장 연결 비아(263)는 제5 세라믹 시트(215)를 관통하여 형성되고, 제2 내장 연결 패드(272)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 내장 연결 비아(263)는 제2 내장 연결 패드(272)의 중앙부에서 제2 내장 연결 패드(272)와 연결될 수 있다.The second built-in
세라믹 보호 소자(200)는 제3 내장 연결 패드(273), 제4 내장 연결 비아(264), 및 내장 연결 비아용 하부 단자(229)를 더 포함할 수 있다.The
제3 내장 연결 패드(273)는 제6 세라믹 시트(216) 상에 형성되고, 제3 내장 연결 비아(263)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 내장 연결 비아(264)는 제6 세라믹 시트(216)를 관통하여 형성되고, 제3 내장 연결 패드(273)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 내장 연결 비아(264)는 세라믹 기판(210)의 제6 세라믹 시트(216)의 일측에만 배치될 수 있다. 내장 연결 비아용 하부 단자(229)는 제6 세라믹 시트(216)의 하측에 위치하고, 제4 내장 연결 비아(264)와 전기적으로 연결되어 제4 내장 연결 비아(264)를 외부와 전기적으로 연결할 수 있다. 내장 연결 비아용 하부 단자(229)는 도 3의 내장 연결 비아용 하부 단자(129)에 상응할 수 있다.The third embedded
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 도 8의 세라믹 보호 소자(200)에서 과전류 인가시 전류 흐름을 나타내는 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating a current flow when an overcurrent is applied in the
도 9를 참조하면, 과전압 인가 시 세라믹 보호 소자(200)에서의 전류 흐름을 화살표로 나타나있다. 구체적으로, 세라믹 보호 소자(200)에 과전압이 인가되는 경우에는, 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)에 전류가 흐르게 되어 열을 발생하고, 상기 열에 의하여 퓨즈 부재(220)가 용단된다. 과전압 시의 전류 경로는 다음과 같다. 도 1의 스위치부(30)가 과전압에 의하여 턴온되고, 이에 따라 도 1의 전원(50)으로부터 제1 내장 발열 부재(231) 및 제2 내장 발열 부재(232)로 전류가 흐르게 된다.Referring to FIG. 9 , the current flow in the
상기 전류는, 내장 연결 비아용 하부 단자(229), 제3 내장 연결 패드(273), 제3 내장 연결 비아(263), 및 제2 내장 연결 패드(272)의 전류 경로로 흐르게 된다.The current flows through the current path of the
제2 내장 연결 패드(272)에서는 전류가 양쪽으로 나누어지는 전류 경로로 흐르게 된다. 즉, 전류는, 제1 내장 연결 비아(261), 제1 내장 연결 패드(271), 제1 내장 발열 부재(231), 및 제1 내장 연결 패드(271)을 통하여 내장 전도 비아(250)에 도달하는 제1 경로와, 제2 내장 연결 비아(262), 제1 내장 연결 패드(271), 제2 내장 발열 부재(232), 및 제1 내장 연결 패드(271)을 통하여 내장 전도 비아(250)에 도달하는 제2 경로를 통하여 흐르게 된다. 내장 전도 비아(150)에 도달한 전류는 퓨즈 수용 부재(240) 및 퓨즈 부재(220)를 거친 후에, 도 2에 도시된 제2 퓨즈용 상부 단자(122), 제2 관통 도전 비아(126), 및 제2 퓨즈용 하부 단자(124)를 통하는 전류 경로로 흐르게 된다.In the second built-in
제1 내장 발열 부재(231)의 전류 경로의 방향과 제2 내장 발열 부재(232)의 전류 경로의 방향은 서로 반대가 된다. 제1 내장 발열 부재(231)와 제2 내장 발열 부재(232)의 재질이나 치수가 유사한 경우에는 발생되는 열량이 거의 동일하게 되므로, 퓨즈 부재(220)를 양쪽에서 균일하고 대칭적으로 가열할 수 있다.The direction of the current path of the first
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 보호 소자의 열전달을 설명하기 위한 비교예의 열전달 시뮬레이션 결과이다.10 and 11 are heat transfer simulation results of a comparative example for explaining heat transfer of a ceramic protection device according to an embodiment of the present invention.
도 10 및 도 11에서, 내장 발열 부재를 기준으로 절단한 단면, 세라믹 보호 소자의 전체 구조의 상면 및 측면에서의 열전달 시뮬레이션 결과가 나타나있다. 도 10은 도 2의 세라믹 보호 소자(100)에 대한 열전달 시뮬레이션 결과이고, 도 11은 도 3의 세라믹 보호 소자(200)에 대한 열전달 시뮬레이션 결과이다. 10 and 11, a cross section cut with respect to the built-in heat generating member, and heat transfer simulation results in the top and side surfaces of the entire structure of the ceramic protection device are shown. FIG. 10 is a heat transfer simulation result for the
도 10을 참조하면, 비교예의 경우에는, 흑색 점선으로 표시된 내장 전도 비아가 퓨즈 부재와 중첩되지 않고 우측에 치우쳐 배치되어 있다. 상기 내장 전도 비아가 배치된 우측이 더 높은 열 상태를 나타내고 있고, 이에 따라 불균일한 열 분포를 보이고 있다. 이러한 불균일은 상기 내장 전도 비아의 배치에 기인한 것으로 분석된다.Referring to FIG. 10 , in the case of the comparative example, the built-in conductive via indicated by the black dotted line does not overlap the fuse member and is disposed to be biased to the right. The right side where the built-in conductive via is disposed shows a higher thermal state, and thus shows a non-uniform thermal distribution. This non-uniformity is analyzed to be due to the arrangement of the embedded conductive via.
상기 내장 전도 비아는 전기 전도의 기능을 수행하지만, 이와 동시에 열전도의 기능을 수행하게 된다. 따라서, 비교예의 경우에는 내장 발열 부재에서 발생한 열이 상기 내장 전도 비아로 이동한 후에, 상기 내장 전도 비아가 상기 퓨즈 부재의 하측에 중첩되어 배치되지 않으므로, 상기 열은 상기 퓨즈 부재에 전도되지 않고, 측 방향의 외부로 전도되는 원하지 않는 열 분산 현상을 나타낸다. 이에 따러, 상기 퓨즈 부재로 이동할 열의 손실일 발생하게 되고, 열 분포의 불균일이 야기되고, 상기 퓨즈 부재로의 열 집중이 저하된다. 따라서, 상기 퓨즈 부재의 용단이 어려워지거나 더 많은 전력을 요구할 수 있다. 더 나아가, 금속과 세라믹의 열팽창계수 차이에 의하여 발생하는 열응력을 증가시키게 되어, 세라믹 보호 소자를 파괴시킬 수 있다.The built-in conductive via performs a function of electrical conduction, but at the same time performs a function of heat conduction. Therefore, in the case of the comparative example, after the heat generated in the built-in heating member moves to the built-in conductive via, the built-in conductive via is not disposed to overlap the lower side of the fuse member, so that the heat is not conducted to the fuse member, It exhibits unwanted heat dissipation that is conducted outward in the lateral direction. Accordingly, a loss of heat to be transferred to the fuse member is generated, and heat distribution is not uniform, and heat concentration to the fuse member is reduced. Accordingly, melting of the fuse member may be difficult or more power may be required. Furthermore, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the metal and the ceramic is increased, and thus the ceramic protection element may be destroyed.
실시예의 경우에는, 흑색 점선으로 표시된 내장 전도 비아가 퓨즈 부재와 중첩되어 우측에 배치되어 있다. 상기 내장 전도 비아가 상기 퓨즈 부재의 하측에 중첩되어 배치됨으로써, 비교예에서 발생하는 열 분산 현상을 방지할 수 있다. 즉, 상기 내장 전도 비아에 전달된 열이 상기 퓨즈 부재로 효율적으로 전달되어, 열 분포의 균일성이 증가되고, 상기 퓨즈 부재로의 열 집중이 증가된다. 따라서, 상기 실시예의 상기 내장 전도 비아의 배치에 따라서, 상기 퓨즈 부재의 신속하고 효과적인 용단이 가능하게 된다.In the case of the embodiment, a built-in conductive via indicated by a black dotted line overlaps the fuse member and is disposed on the right side. Since the built-in conductive via is disposed to overlap a lower side of the fuse member, a heat dissipation phenomenon occurring in the comparative example may be prevented. That is, heat transferred to the built-in conductive via is efficiently transferred to the fuse member, so that uniformity of heat distribution is increased, and heat concentration to the fuse member is increased. Accordingly, according to the arrangement of the built-in conductive via in the embodiment, it is possible to quickly and effectively blow the fuse member.
도 11을 참조하면, 비교예에서는, 흑색 점선으로 표시된 내장 전도 비아가 퓨즈 부재와 중첩되지 않고 우측에 치우쳐 배치되어 있다. 상기 비교예는 도 10을 참조하여 설명한 바와 같다.Referring to FIG. 11 , in the comparative example, the built-in conductive via indicated by the black dotted line does not overlap the fuse member and is disposed to be biased to the right. The comparative example is as described with reference to FIG. 10 .
실시예에서는 흑색 점선으로 표시된 내장 전도 비아가 퓨즈 부재와 중첩되어 중앙에 배치되어 있다. 또한, 내장 발열 부재가 양쪽으로 나누어져 배치되어 있다. 상기 내장 전도 비아가 상기 퓨즈 부재의 하측에 중첩되어 배치됨으로써, 비교예에서 발생하는 열 분산 현상을 방지할 수 있다. 상기 내장 전도 비아에 전달된 열이 상기 퓨즈 부재로 효율적으로 전달되어, 열 분포의 균일성이 증가되고, 상기 퓨즈 부재로의 열 집중이 증가된다. 또한, 내장 발열 부재가 양쪽으로 나누어져 배치됨에 따라 상기 퓨즈 부재의 중앙부로의 열 집중이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 실시예의 상기 내장 전도 비아의 배치에 따라서, 상기 퓨즈 부재의 신속하고 효과적인 용단이 가능하게 된다.In the embodiment, the embedded conductive via indicated by the black dotted line overlaps the fuse member and is disposed in the center. Moreover, the built-in heat generating member is divided and arrange|positioned on both sides. Since the built-in conductive via is disposed to overlap a lower side of the fuse member, a heat dissipation phenomenon occurring in the comparative example may be prevented. Heat transferred to the built-in conductive via is efficiently transferred to the fuse member, so that uniformity of heat distribution is increased, and heat concentration to the fuse member is increased. In addition, as the built-in heat generating member is divided into both sides, the concentration of heat to the central portion of the fuse member may be increased. Accordingly, according to the arrangement of the built-in conductive via in the embodiment, it is possible to quickly and effectively blow the fuse member.
또한, 상기 내장 발열 부재를 양쪽으로 나누어 배치함으로써, 상기 내장 발열 부재의 최고 온도를 저하시켜 원하지 않는 온도 상승을 방지할 수 있다. In addition, by disposing the built-in heat generating member divided into both sides, it is possible to reduce the maximum temperature of the built-in heat generating member to prevent an unwanted temperature rise.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.
1: 이차전지 충전장치, 10: 이차전지부,
20: 전압 감지부, 30: 스위치부,
40: 퓨즈부, 42: 퓨즈 요소,
44: 발열 요소, 50: 전원,
100: 세라믹 보호 소자, 110: 세라믹 기판,
111: 제1 세라믹 시트, 112: 제2 세라믹 시트,
118: 하면, 119: 상면,
120: 퓨즈 부재,
121: 제1 퓨즈용 상부 단자, 122: 제2 퓨즈용 상부 단자,
123: 제1 퓨즈용 하부 단자, 124: 제2 퓨즈용 하부 단자,
125: 제1 관통 도전 비아, 126: 제2 관통 도전 비아,
129: 내장 연결 비아용 하부 단자,
130: 내장 발열 부재, 140: 퓨즈 수용 부재,
150: 내장 전도 비아,
160: 내장 연결 비아, 170: 내장 연결 패드,
200: 세라믹 보호 소자, 210: 세라믹 기판,
213: 제3 세라믹 시트, 214: 제4 세라믹 시트,
215: 제5 세라믹 시트, 216: 제4 세라믹 시트,
220: 퓨즈 부재, 229: 내장 연결 비아용 하부 단자,
231: 제1 내장 발열 부재, 232: 제2 내장 발열 부재,
240: 퓨즈 수용 부재, 250: 내장 전도 비아,
261: 제1 내장 연결 비아, 262: 제2 내장 연결 비아,
263: 제3 내장 연결 비아, 264: 제4 내장 연결 비아,
271: 제1 내장 연결 패드, 272: 제2 내장 연결 패드,
273: 제3 내장 연결 패드,1: secondary battery charging device, 10: secondary battery unit,
20: voltage sensing unit, 30: switch unit,
40: fuse unit, 42: fuse element;
44: heating element, 50: power,
100: ceramic protection element, 110: ceramic substrate,
111: a first ceramic sheet, 112: a second ceramic sheet;
118: lower surface, 119: upper surface,
120: no fuse;
121: an upper terminal for a first fuse, 122: an upper terminal for a second fuse;
123: a lower terminal for the first fuse, 124: a lower terminal for the second fuse,
125: first through conductive via, 126: second through conductive via;
129: lower terminal for built-in connection via;
130: a built-in heating member, 140: a fuse receiving member,
150: built-in conducting via;
160: built-in connection via, 170: built-in connection pad;
200: ceramic protection element, 210: ceramic substrate,
213: a third ceramic sheet, 214: a fourth ceramic sheet;
215: a fifth ceramic sheet, 216: a fourth ceramic sheet;
220: no fuse, 229: lower terminal for built-in connection via;
231: a first internal heating member, 232: a second internal heating member,
240: fuse receiving member, 250: built-in conductive via;
261: first embedded connection via, 262: second embedded connection via;
263: a third internal connection via, 264: a fourth internal connection via;
271: a first built-in connecting pad, 272: a second built-in connecting pad;
273: a third built-in connection pad;
Claims (20)
상기 세라믹 기판 상에 위치한 퓨즈 부재;
상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 상기 퓨즈 부재를 용단하는 내장 발열 부재; 및
상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아;를 포함하는,
세라믹 보호 소자.a ceramic substrate comprising a first ceramic sheet and a second ceramic sheet integrated with each other by simultaneous firing;
a fuse member positioned on the ceramic substrate;
a built-in heating member embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and generating heat when a current is applied to cut the fuse member; and
a built-in conductive via embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and electrically connecting the fuse member and the built-in heating member;
Ceramic protection element.
상기 내장 전도 비아는, 상기 퓨즈 부재와 접촉하여, 상기 내장 발열 부재에서 발생한 열을 상기 퓨즈 부재에 직접적으로 전달하는,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
The built-in conductive via is in contact with the fuse member to directly transfer heat generated in the built-in heat generating member to the fuse member,
Ceramic protection element.
상기 내장 전도 비아는, 상기 제1 세라믹 시트를 관통하여 위치하는,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
The built-in conductive via is positioned through the first ceramic sheet,
Ceramic protection element.
상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 제2 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 외부와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
A built-in connection via embedded in the ceramic substrate, formed through the second ceramic sheet, and electrically connecting the outside and the built-in heating member;
Ceramic protection element.
상기 내장 전도 비아는 제1 측에 위치하고,
상기 내장 연결 비아는 상기 내장 발열 부재를 기준으로 상기 제1 측에 대향하는 제2 측에 위치하는,
세라믹 보호 소자.5. The method of claim 4,
the built-in conductive via is located on the first side;
The built-in connection via is located on a second side opposite to the first side with respect to the built-in heating member,
Ceramic protection element.
상기 내장 연결 비아는, 상기 내장 발열 부재와 중첩되지 않도록 상기 내장 발열 부재로부터 이격되어 위치하는,
세라믹 보호 소자.5. The method of claim 4,
The built-in connection via is positioned spaced apart from the built-in heating member so as not to overlap the built-in heating member,
Ceramic protection element.
상기 제2 세라믹 시트의 상측에 위치하고, 상기 내장 연결 비아와 상기 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 연결 패드;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.5. The method of claim 4,
A built-in connection pad positioned above the second ceramic sheet and electrically connecting the built-in connection via and the built-in heating member;
Ceramic protection element.
상기 제2 세라믹 시트의 하측에 위치하고, 상기 내장 연결 비아와 전기적으로 연결되어 상기 내장 연결 비아를 외부와 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아용 하부 단자;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.5. The method of claim 4,
A lower terminal for a built-in connection via positioned below the second ceramic sheet and electrically connected to the built-in connection via to electrically connect the built-in connection via to the outside;
Ceramic protection element.
상기 내장 발열 부재는 상기 제1 세라믹 시트 및 제2 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성된,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
The built-in heating member is formed by simultaneous firing with the first ceramic sheet and the second ceramic sheet,
Ceramic protection element.
상기 세라믹 기판 상에 상기 퓨즈 부재와 접촉하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 내장 발열 부재의 사이에 개재되도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재가 용단될 때에 상기 퓨즈 부재를 수용하는 퓨즈 수용 부재;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
a fuse accommodating member on the ceramic substrate in contact with the fuse member, positioned to be interposed between the fuse member and the built-in heating member, and accommodating the fuse member when the fuse member is blown by fusion;
Ceramic protection element.
상기 내장 전도 비아는, 상기 퓨즈 수용 부재와 접촉하여, 상기 내장 발열 부재에서 발생한 열을 상기 퓨즈 부재에 직접적으로 전달하는,
세라믹 보호 소자.11. The method of claim 10,
the built-in conductive via is in contact with the fuse accommodating member to directly transfer heat generated in the built-in heat generating member to the fuse member;
Ceramic protection element.
상기 퓨즈 수용 부재는 상기 제1 세라믹 시트 및 제2 세라믹 시트와 함께 동시 소성되어 형성되는,
세라믹 보호 소자.11. The method of claim 10,
The fuse accommodating member is formed by simultaneous firing together with the first ceramic sheet and the second ceramic sheet,
Ceramic protection element.
상기 세라믹 기판은 1 W/mK 내지 5 W/mK 범위의 열전도도를 가지는,
세라믹 보호 소자.The method of claim 1,
The ceramic substrate has a thermal conductivity in the range of 1 W / mK to 5 W / mK,
Ceramic protection element.
상기 세라믹 기판 상에 위치한 퓨즈 부재;
상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 상기 퓨즈 부재의 양측에 위치하고, 전류가 인가될 때 발열되어 상기 퓨즈 부재를 용단하는 제1 내장 발열 부재 및 제2 내장 발열 부재; 및
상기 세라믹 기판 내에 내장되고, 상기 퓨즈 부재와 중첩하도록 위치하고, 상기 퓨즈 부재와 상기 제1 내장 발열 부재 및 상기 제2 내장 발열 부재를 전기적으로 연결하는 내장 전도 비아;를 포함하는,
세라믹 보호 소자.a ceramic substrate comprising third to sixth ceramic sheets integrated with each other by simultaneous firing;
a fuse member positioned on the ceramic substrate;
a first built-in heat generating member and a second built-in heat generating member embedded in the ceramic substrate, positioned on both sides of the fuse member to overlap the fuse member, and configured to generate heat when a current is applied to cut the fuse member; and
a built-in conductive via embedded in the ceramic substrate, positioned to overlap the fuse member, and electrically connecting the fuse member, the first built-in heating member, and the second built-in heat generating member;
Ceramic protection element.
상기 내장 전도 비아는 상기 제3 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 퓨즈 부재의 중앙부에 위치하고,
상기 제1 내장 발열 부재와 상기 제2 내장 발열 부재는 상기 내장 전도 비아를 기준으로 양측에 배치되는,
세라믹 보호 소자.15. The method of claim 14,
the built-in conductive via is formed through the third ceramic sheet and is located in a central portion of the fuse member;
The first built-in heating member and the second built-in heating member are disposed on both sides with respect to the built-in conductive via,
Ceramic protection element.
상기 제4 세라믹 시트 상에 위치하고, 상기 내장 전도 비아의 하측에 접촉하고, 상기 제1 내장 발열 부재와 상기 제2 내장 발열 부재에 전기적으로 연결된 제1 내장 연결 패드;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.15. The method of claim 14,
a first built-in connection pad positioned on the fourth ceramic sheet, in contact with a lower side of the built-in conductive via, and electrically connected to the first built-in heating member and the second built-in heating member;
Ceramic protection element.
상기 제4 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제1 내장 발열 부재가 상기 내장 전도 비아에 연결된 영역과 반대 영역에서, 상기 제1 내장 발열 부재와 연결된 제1 내장 연결 비아; 및
상기 제4 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제2 내장 발열 부재가 상기 내장 전도 비아에 연결된 영역과 반대 영역에서, 상기 제2 내장 발열 부재와 연결된 제2 내장 연결 비아;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.15. The method of claim 14,
a first built-in connection via formed through the fourth ceramic sheet and connected to the first built-in heating member in an area opposite to a region where the first built-in heating member is connected to the built-in conductive via; and
a second built-in connection via formed through the fourth ceramic sheet and connected to the second built-in heating member in a region opposite to the region where the second built-in heating member is connected to the built-in conductive via
Ceramic protection element.
상기 제5 세라믹 시트 상에 형성되고, 상기 제1 내장 연결 비아 및 상기 제2 내장 연결 비아와 전기적으로 연결된 제2 내장 연결 패드; 및
상기 제5 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제2 내장 연결 패드와 전기적으로 연결된 제3 내장 연결 비아;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.18. The method of claim 17,
a second built-in connection pad formed on the fifth ceramic sheet and electrically connected to the first built-in connection via and the second built-in connection via; and
A third built-in connection via formed through the fifth ceramic sheet and electrically connected to the second built-in connection pad; further comprising
Ceramic protection element.
상기 제6 세라믹 시트 상에 형성되고, 상기 제3 내장 연결 비아와 전기적으로 연결된 제3 내장 연결 패드;
상기 제6 세라믹 시트를 관통하여 형성되고, 상기 제3 내장 연결 패드와 전기적으로 연결된 제4 내장 연결 비아; 및
상기 제6 세라믹 시트의 하측에 위치하고, 상기 제4 내장 연결 비아와 전기적으로 연결되어 상기 제4 내장 연결 비아를 외부와 전기적으로 연결하는 내장 연결 비아용 하부 단자;를 더 포함하는,
세라믹 보호 소자.18. The method of claim 17,
a third embedded connection pad formed on the sixth ceramic sheet and electrically connected to the third embedded connection via;
a fourth built-in connection via formed through the sixth ceramic sheet and electrically connected to the third built-in connection pad; and
A lower terminal for a built-in connection via positioned below the sixth ceramic sheet and electrically connected to the fourth built-in connection via to electrically connect the fourth built-in connection via to the outside; further comprising:
Ceramic protection element.
상기 이차전지부에 인가되는 전압을 감지하는 전압 감지부;
상기 전압 감지부에 전기적으로 연결되고, 상기 전압 감지부의 제어 신호를 전달 받아 전기 경로를 개폐하는 스위치부;
상기 이차전지부와 상기 전원에 직렬로 연결된 퓨즈 요소; 및 상기 이차전지부와 상기 전원에 병렬로 연결되고, 상기 스위치부에 직렬로 연결되어 상기 스위치부가 턴-온되면 발열되어 상기 퓨즈 요소를 용단하는 발열 요소;를 포함하는 퓨즈부;
를 포함하고,
상기 퓨즈부는 청구항 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 상기 세라믹 보호 소자로 이루어진,
이차전지 충전장치.a secondary battery unit connected to a power source to be charged;
a voltage sensing unit sensing a voltage applied to the secondary battery unit;
a switch unit electrically connected to the voltage sensing unit and configured to open and close an electrical path by receiving a control signal from the voltage sensing unit;
a fuse element connected in series to the secondary battery unit and the power source; and a heating element connected in parallel to the secondary battery unit and the power source and connected in series to the switch unit to generate heat when the switch unit is turned on to cut the fuse element.
including,
The fuse unit is made of the ceramic protection element of any one of claims 1 to 19,
Secondary battery charging device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200152014A KR102482276B1 (en) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Ceramic protect device having internal heating member and secondary battery charging apparatus having the same |
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| KR101529829B1 (en) * | 2014-10-01 | 2015-06-29 | 스마트전자 주식회사 | The complex protection device of blocking the abnormal state of current and voltage |
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