印刷电路板及包括该印刷电路板的电池模块的制作方法

本发明涉及一种印刷电路板及包括该印刷电路板的电池模块。

背景技术：

随着针对移动设备的技术开发和需求的增减，可充电电池(rechargeablebattery)的需求也急剧增加，并且可充电电池与无法进行充电的一次电池不同，是可充电及放电的电池，因此被广泛使用为各种移动设备的能源，这自不必说，还被广泛使用为多样的电子产品的能源。

可充电电池中内置有各种可燃性物质，因此存在因过充电、过电流、其他物理性外部冲击等而导致发热、爆炸等风险，从而在安全性方面存在较大的缺点。因此，这种可充电电池可以结合有能够有效地控制过充电、过电流等非正常状态的安全元件。

[现有技术文献]

[专利文献]

日本公开专利公报2014-007059(公开：2014.01.16)

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高了金属片(tap)的可靠性的印刷电路板及包括该印刷电路板的电池模块。

根据本发明的一方面，提供一种印刷电路板，其中，包括：绝缘材料，配备有朝向侧表面开放的腔室；金属片，以比所述绝缘材料的所述侧表面更突出的方式插入于所述腔室；绝缘层，以使所述金属片的端部暴露的方式层叠于所述绝缘材料上；以及外层电路，形成于所述绝缘层上。

根据本发明的另一方面，提供一种电池模块，其中，包括：包含电极的电池单元；以及印刷电路板，结合于所述电池单元，其中，所述印刷电路板包括：绝缘材料，配备有朝向侧表面开放的腔室；金属片，以比所述绝缘材料的所述侧表面更突出的方式插入于所述腔室；绝缘层，以使所述金属片的端部暴露的方式层叠于所述绝缘材料上；以及外层电路，形成于所述绝缘层上，并且，所述金属片电连接于所述电池单元的电极。

根据本发明，可以提供一种提高了金属片(tap)的可靠性的印刷电路板及包括此的电池模块，从而能够降低因过充电、过电流、其他物理外部冲击等而导致的发热、爆炸等风险。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的印刷电路板的图。

图2是示出根据本发明的电池模块的图。

图3是示出根据本发明的实施例的电池模块与主板结合的状态的图。

图4至图6是示出根据本发明的实施例的印刷电路板的图。

图7至图9是示出根据本发明的实施例的印刷电路板制造方法的图。

符号说明

100：印刷电路板110：绝缘材料

c1：第一腔室c2：第二腔室

111：柔性绝缘材料112：刚性绝缘材料

120：金属片130：绝缘层

140：外层电路150：金属层

160：盲孔161：贯通过孔

170：内层电路171：第一内层电路

172：第二内层电路173：覆盖膜

180：阻焊剂190：电子部件

r1、r2：刚性部f：柔性部

200：电池单元210：电极

300：主板310：端子

s：焊料l1、l3：金属箔

l2、l4：金属镀层

具体实施方式

以下将参照附图对根据本发明的印刷电路板以及包括该印刷电路板的电池模块的实施例进行详细的说明，在参照附图而进行说明时，对相同或对应的构成要素赋予相同的附图标号，并且省略对此的重复的说明。

并且，以下使用的“第一”、“第二”等术语仅仅是用于区分相同或相应的构成要素的识别符号，相同或相应的构成要素不会受限于“第一”、“第二”等术语。

并且，所谓的“结合”被使用为如下的概念：在各个构成要素之间的接触关系中，表示各个构成要素之间以物理方式直接接触的情形，不仅如此，还包括另一构成要素夹设于各个构成要素之间，从而构成要素分别接触于所述另一构成要素的情形。

印刷电路板

图1是示出根据本发明的实施例的印刷电路板100的图。尤其，图1的(a)表示剖面图，图1的(b)表示平面图。图2是示出根据本发明的电池模块的图，图3是示出根据本发明的实施例的电池模块与主板300结合的状态的图。

参照图1和图2，根据本发明的实施例的印刷电路板100可以结合于电池单元200而构成电池模块，在此情况下，印刷电路板为保护电路模块(protectioncircuitmodule，pcm)基板，可以包括能够防止电池单元200的过充电、过电流等非正常状态的元件。

另外，如图3所示，电池模块可以通过印刷电路板100而连接到主板300。在此，根据本发明的实施例的印刷电路板100可以额外地结合用于与主板300连接的连接器用基板，或者根据本发明的印刷电路板100本身可以包括连接器用基板。

前者的情形可以参照图1和图4进行说明，后者的情形可以参照图3、图5和图6进行说明。然而，在所有的情形当中，针对共同对应的内容的说明将参照图1至图6而进行说明。

参照图1，根据本发明的实施例的印刷电路板100包括绝缘材料110、金属片120、绝缘层130、外层电路140，并且还可以包括金属层150、内层电路170、阻焊剂180等。

绝缘材料110是由树脂等绝缘物质组成的材料，其可以是薄板形状。绝缘材料110的树脂可以是热固性树脂、热可塑性树脂等多样的材料，具体而言，可以是环氧树脂、聚酰亚胺、bt树脂等。在此，环氧树脂例如可以是萘系环氧树脂、双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、酚醛系环氧树脂、甲酚酚醛系环氧树脂、橡胶改性环氧树脂、环状脂肪族系环氧树脂、硅基环氧树脂、氮基环氧树脂、磷基环氧树脂等，但是并不局限于此。

绝缘材料110可以是在所述树脂中包含玻璃纤维(glasscloth)等纤维增强剂的预浸材料(prepreg；ppg)。绝缘材料110可以是在所述树脂中填充有二氧化硅(sio2)等无机填料(filler)的形态的增层膜(buildupfilm)。作为这种增层膜可以使用味之素增层膜(ajinomotobuild-upfilm；abf)等。作为无机填料可以使用二氧化硅(sio2)、硫酸钡(baso4)、氧化铝(al2o3)中的任意一个，或者可以组合其中的两个以上而使用。除此之外，无机填料还可以包括碳酸钙、碳酸镁、粉煤灰、天然二氧化硅、合成二氧化硅、高岭土、粘土、氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁、滑石、云母、水滑石、硅酸铝、硅酸镁、硅酸钙、煅烧滑石、硅灰石、钛酸钾、硫酸镁、硫酸钙、磷酸镁等，因此其物质并不受限。

绝缘材料110为印刷电路板100的芯(core)，其可以位于印刷电路板100的中间层，并对印刷电路板100赋予刚性。

绝缘材料110可具有腔室。为了与后述的另一个腔室区分，此处说明的腔室将称为第一腔室c1。

第一腔室c1朝绝缘体110的侧表面开放，还可以朝上下表面开放。其中，对绝缘材料110的上下表面而言，板状的绝缘材料110中的具有较宽的面积的两个表面可以定义为上下表面，除此之外的其他表面可以被定义为侧表面。即，第一腔室c1可以是形成(钻孔)于板状的绝缘材料110的边缘位置的孔，并且是上下表面和一侧表面开放的孔。第一腔室c1的形状不受限，但是可以具有长方体形状。

第一腔室c1可以是一个或多个，在第一腔室c1为一个的情况下，多个金属片120可以一同被插入到第一腔室c1内，并且在第一腔室c1为多个的情况下，多个金属片120可以分别被插入到各个第一腔室c1内。

另外，绝缘材料110中可以配备有区别于第一腔室c1的第二腔室c2，而且第二腔室c2可以收容电子部件190，电子部件190可以内置于绝缘材料110(参照图6)。第二腔室c2可以朝绝缘体110的上表面和/或下表面开放，然而第二腔室c2与第一腔室c1不同，不会朝向侧表面开放。另外，收容于第二腔室c2的电子部件190可以是有源元件、无源元件等多样的元件，并且可以是保护电路模块所需要的元件。

金属片120相比于绝缘材料110的侧表面更突出地被插入到第一腔室c1，在此，“侧表面”表示板状的绝缘材料110中的除了上下表面以外的表面中的第一腔室c1所开放的一侧的一侧表面。金属片120构成为多个，尤其，可以构成为一对，并且一对金属片120可以分别对应于电池单元200的电极(正电极和负电极)210。

金属片120的被插入到第一腔室c1的部分可以与第一腔室c1的大小一致，也可以略小于第一腔室c1的大小，在此情况下，金属片120与第一腔室c1的内侧壁可以彼此隔开。

金属片120可以包括镍(ni)、铜(cu)、铝(al)等金属。

绝缘层130是层叠于绝缘材料110上的树脂等绝缘物质层，前述的所有针对绝缘材料110说明的事项可以同样地适用于所述绝缘层130中。绝缘层130可以在绝缘材料110的上下全部层叠，并且，在绝缘材料110为印刷电路板100的芯的情况下，绝缘层130可以作为增层层(build-uplayer)而层叠于绝缘材料110的上下。绝缘层130可以利用与绝缘材料110相同的材料形成，还可以利用彼此不同的材料形成，例如，绝缘材料110可以利用ppg形成，并且绝缘层130可以利用增层膜(build-upfilm)形成。

绝缘层130以金属片120的端部暴露的方式层叠于绝缘材料110。即，金属片120相对于绝缘材料110而朝向侧表面突出，相对于绝缘层130也朝向侧表面突出。

借助绝缘层130，金属片120可以稳定地固定在第一腔室c1。尤其，在金属片120和第一腔室c1的内侧壁彼此隔开的情况下，绝缘层130可以被填充在金属片和第一腔室c1的内侧壁隔开而形成的空间内。

外层电路140是形成于绝缘层130上的电路，而且“电路”是为了传递电信号而图案化的导电体。外层电路140考虑到其导电特性，可以由铜(cu)、钯(pd)、铝(al)、镍(ni)、钛(ti)、金(au)、铂金(pt)等金属或它们的合金制成。并且，外层电路140可以根据电路形成方法而具有多种层的构成，例如，在图1中可以表现为通过消减(subtractive)工艺或者掩蔽(tenting)工艺形成的外层电路140，但是并不局限于此。

外层电路140的至少一部分电连接于金属片120。在图1中，图示了位于金属片120的紧邻的上部的外层电路140电连接于金属片120的状态，然而与金属片120连接的外层电路140的位置并不受限。

在图1中，外层电路140和金属片120通过盲孔160连接。盲孔160以连接金属片120和外层电路140的方式贯通绝缘层130。盲孔160可以在通过激光加工等方式而形成贯通孔之后由导电性物质填充贯通孔而形成，在此情况下，贯通孔的面积可以形成为从外层电路140越往金属片120越小。并且，在绝缘层130层叠于绝缘材料110的上下的情况下，外层电路140也在上部下部绝缘层130分别形成，并且以绝缘材料110为基准，上部和下部均可形成盲孔160。

另外，在金属片120的表面可以形成有金属层150。金属层150可以利用与金属片120相同或不同的金属形成，并且位于金属片120和绝缘层130之间，而在向印刷电路板100的外部暴露的金属片120的端部的表面不会形成金属层150。即，在不向印刷电路板100外部暴露的金属片120的上下表面形成有金属层150。

在金属层150形成于金属片120的表面的情况下，盲孔160可以形成于外层电路140和金属层150之间，并且可以与外层电路140和金属层150接触。

图4是示出根据本发明的另一实施例的印刷电路板100的图。

在图4中，图3的盲孔160被贯通过孔161代替。即，用于连接外层电路140和金属片120的个体为贯通过孔161，其贯通绝缘层130、金属片120而与外层电路140连接，并且当金属层150形成于金属片120的表面时，贯通过孔161可以连金属层150也贯通。

如图4所示，贯通过孔161可以仅使贯通孔的内壁利用导电性物质形成，而贯通孔的中央部可以不被导电性物质填充，然而，与此不同地，也可以贯通过孔161的贯通孔内部整体被导电性物质填满。

另外，外层电路140的至少一部分可以通过过孔v3而连接到被收容于第二腔室c2(内置于绝缘材料110)的电子部件190。

参照图1及图4，印刷电路板100还可以包括内层电路170。内层电路170是形成于绝缘材料110上的电路，其被绝缘层130覆盖，并且与外层电路140相同地，可以由铜(cu)、钯(pd)、铝(al)、镍(ni)、钛(ti)、金(au)、铂金(pt)等金属或它们的合金制成。

内层电路170可以形成于绝缘材料110的两面。形成于绝缘材料110的两面的内层电路170之间可以通过过孔v1实现层间连接，并且内层电路170和外层电路140可以通过过孔v2连接。在此，连接内层电路170和外层电路140的过孔v2可以具有与上述的盲孔160相同的形态。

参照图1及图4，印刷电路板100还可以包括阻焊剂180。阻焊剂180可以形成于绝缘层130上而保护外层电路140，此外将外层电路140的至少一部分暴露。阻焊剂180配备有用于暴露外层电路140的至少一部分的开口。暴露的外层电路140可以起到外部连接用焊盘的作用。

图5和图6是示出根据本发明的又一实施例的印刷电路板100的图。如图3所示，根据本发明的印刷电路板100可以是刚性-柔性基板，并且刚性-柔性基板形态的印刷电路板100图示于图5和图6中。即，如上所述，图3、图5和图6图示了根据本发明的实施例的印刷电路板100包括连接器用基板的情形。

参照图3，印刷电路板100可以由两个刚性部r1、r2和柔性部f形成，并且柔性部f可以位于两个刚性部r1、r2之间。尤其，在刚性部r1内可以内置有金属片120，从而刚性部r1将该金属片120作为媒介而结合于电池单元200，并且另一个刚性部r2结合于主板300，而且柔性部f位于刚性部r1、r2之间。在此情况下，刚性部r1起到保护电路模块基板的作用，刚性部r2起到将电池模块连接到主板300的连接用基板的作用，而且柔性部f起到将两个刚性部r1、r2连接的作用。

在图示于图5和图6的印刷电路板100中，为了便于附图的图示，将金属片120和柔性部f布置于同一条直线上，但是如图3所示，金属片120和柔性部f可以构成直角。

参照图5和图6，根据本发明的实施例的印刷电路板100中，绝缘材料110包括柔性绝缘材料111和刚性绝缘材料112。柔性绝缘材料111可以利用聚酰亚胺(polyimide，pi)等柔软的材料形成。柔性绝缘材料111横跨柔性部f和刚性部r1、r2整体而形成。刚性绝缘材料112可以层叠于柔性绝缘材料111上，并可以利用相对于柔性绝缘材料111不柔软的环氧树脂等材料形成。刚性绝缘材料112仅形成于除了柔性部f以外的刚性部r1、r2。

即，刚性绝缘材料112层叠于柔性绝缘材料111的除了预定区域以外的区域，并且刚性绝缘材料112所层叠的区域可以被划分为两个，“预定的区域”位于刚性绝缘材料112所层叠的两个区域之间。在此，“刚性绝缘材料112所层叠的区域”可以被理解为“刚性部r1、r2”，“预定的区域”可以被理解为“柔性部f”。

另外，绝缘层130层叠于刚性绝缘材料112上，其并不层叠于“预定的区域”内的柔性绝缘材料111上。即，绝缘层130仅层叠于除了柔性部f以外的刚性部r1、r2，而且绝缘层130利用不柔软的树脂材料形成。并且，阻焊剂180仅形成于绝缘层130上。简而言之，柔性部f可以包括柔性绝缘材料111和覆盖膜173(对此将在下文中进行描述)，刚性部r1、r2可以将刚性绝缘材料112、绝缘层130、阻焊剂180全部包含。

内层电路170可以在柔性绝缘材料111和刚性绝缘材料112上全部形成。为了便于说明，可以将形成于柔性绝缘材料111上的内层电路170划分为第一内层电路171，并且将形成于刚性绝缘材料112上的内层电路170划分为第二内层电路172。

第一内层电路171横跨刚性部r1、r2和柔性部f全部而形成，但是位于刚性部r1、r2的第一内层电路171被刚性绝缘材料112覆盖，位于柔性部f的第一内层电路171不被刚性绝缘材料112覆盖而暴露。在此，位于柔性部f的第一内层电路171，即位于所述“预定的区域”内的第一内层电路171可以被柔软的材料的覆盖膜173覆盖，而并非刚性绝缘材料112。简而言之，覆盖膜173层叠于柔性绝缘材料111上，从而覆盖并保护位于“预定的区域”内的第一内层电路171。根据需求，覆盖膜173可以暴露第一内层电路171中的一部分。

另外，形成于刚性绝缘材料112上的第二内层电路172被绝缘层130覆盖。

第一内层电路171和第二内层电路172之间的层间连接可通过过孔v1实现，而且第二内层电路172与外层电路140之间的层间连接可通过过孔v2实现。

如图6所示，绝缘材料110中可以内置有电子部件190，并且电子部件190可以被收容在形成于刚性部r1的第二腔室c2内。尤其，电子部件190内置于两个刚性部r1、r2中的发挥保护电路模块功能的刚性部r1。并且，内置于绝缘材料110的电子部件190可以通过过孔v3而与外层电路140连接。

电池模块

参照图2和图3，电池模块包括：包含电极210的电池单元200以及结合于电池单元200的印刷电路板100。印刷电路板100与上文中描述的内容相同，金属片120电连接于电池单元200的电极。暴露的金属片120的端部可以连接到电池单元200的电极。

电池单元200的电极210包括正电极和负电极，并且一对金属片120各自与正电极和负电极分别对应地连接。此时，金属片120的端部可以通过焊接方式结合于电池单元200的电极210。即，金属片120的端部和电池单元200的电极210之间可以夹设有焊料s。

并且，电池模块可以通过在主板300的端子310焊接印刷电路板100的焊盘而结合并连接于主板300。即，主板300的端子310和印刷电路板100的焊盘之间可以夹设有焊料。

针对印刷电路板100的说明与参照图1至图6而描述的内容相同，因此省略。即，上述的印刷电路板100均可采用为根据本发明的实施例的电池模块的构成要素。

印刷电路板的制造方法

图7至图9是示出根据本发明的实施例的印刷电路板制造方法的图。

参照图7的(a)，提供金属箔(例如，铜箔)l1层叠于两面的绝缘材料110。铜箔层叠于绝缘材料110的一面或两面的原材料被称为覆铜层压板(coppercladlaminate：ccl)。

参照图7的(b)，贯通孔vh形成于ccl等母材。贯通孔vh可以通过激光钻孔、cnc钻孔等方式形成，并且将金属箔l1和绝缘材料110全部贯通。

参照图7的(c)，在包括贯通孔vh内壁的原材料的表面形成金属镀层l2。在此，金属镀层l2可以是将金属箔l1作为引线的金属电镀层。

参照图7的(d)，通过蚀刻等方法对金属箔l1和金属镀层l2进行图案化而形成内层电路170。在此，起到内层电路170的层间连接作用的过孔v1也一同形成。

参照图7的(e)，形成腔室c1。腔室c1形成于绝缘材料110的边缘位置，并且朝向绝缘材料110的侧表面开放。在图7的(e)中，同时图示了形成有腔室c1的绝缘材料110的立体图(内层电路170除外)。

参照图8的(a)，金属片120被插入在腔室c1。在金属片120的上下表面贴附有金属层150。在此，金属片120可以是镍(ni)，而且金属层150可以是铜(cu)。在图8的(a)中，同时图示了表示金属片120插入于腔室c1内的状态的立体图(内层电路170除外)。金属片120的大小可以与腔室c1的大小相同，或者略小于腔室c1的大小。在金属片120小于腔室c1的情况下，在金属片120和腔室c1的内侧壁之间产生间距。

参照图8的(b)，在绝缘材料110上层叠绝缘层130。在绝缘层130的一面可以贴附有金属箔(例如，铜箔)l3。绝缘层130不仅覆盖绝缘材料110，还覆盖金属片120，并且在金属片120与腔室c1的内侧壁之间产生的间距内也填充有绝缘层130。

参照图8的(c)，形成贯通绝缘层130和金属箔l3的贯通孔vh。贯通孔vh可以利用激光钻孔等方式形成，在此情况下，贯通孔vh的面积可以形成为从外侧朝向内侧越来越小。

参照图8的(d)，在贯通孔vh的内部和金属箔l3上形成金属镀层l4。在此，金属镀层l4可以是将金属箔l3作为引线的金属电镀层。

参照图9的(a)，金属箔l3和金属镀层l4可以通过蚀刻等方式被图案化，从而形成外层电路140和过孔160、v2。在该工序中形成的过孔可以被划分为用于连接外层电路140和金属片120的盲孔160和用于连接外层电路140和内层电路170的过孔v2。在对金属箔l3和金属镀层l4进行图案化时，位于金属片120的需要最终暴露的部分的金属箔l3和金属镀层l4将被去除。

参照图9的(b)，绝缘层130的一部分被去除而暴露金属片120和金属层150，尤其，金属片120的端部被暴露。结果，金属片120将形成朝向印刷电路板100的侧表面突出的形态。绝缘层130的去除可通过剥离、显影、激光钻孔等多样的方式实现。

参照图9的(c)，暴露的金属层150也被去除，并且金属片120的端部完全被暴露。金属层150的去除可通过蚀刻来实现。在金属层150和金属片120的金属种类不同的情况下，产生反应的蚀刻液也可能不同，并且可以容易地只把金属层150选择性地去除。另外，在图9的(c)中，同时图示了去除金属层150而暴露金属片120的端部的印刷电路板100的立体图(外层电路140除外)。

在之后的步骤中，在绝缘层130上层叠覆盖外层电路140的阻焊剂180，并且随着阻焊剂180形成开口，外层电路140的一部分可能被暴露。

完成的印刷电路板100可以结合于电池单元200，并且暴露的金属片120的端部可以通过焊接方式结合于电池单元200的电极210。金属片120内置于印刷电路板100，因此，相比于通过焊接方式而将金属片120与印刷电路板100结合的情形，可以提高可靠性。

以上，对本发明的实施例进行了说明，然而在本技术领域中具有基本知识的人均能够在不脱离权利要求书中记载的本发明的思想的范围内通过构成要素的附加、变更、删除或者追加等而以多样的方式对本发明进行修改及变更，并且这些修改和变更也属于本发明的权利范围内。