CN101315983A - 配线电路基板和燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种配线电路基板和燃料电池。FPC基板例如具有由聚酰亚胺构成的基底绝缘层。在基底绝缘层的一个面上例如形成有由铜构成的导体层，导体层由一对矩形的集电部、和从集电部较长地延伸的引出导体部构成。在基底绝缘层上以覆盖导体层的方式形成有覆盖层。覆盖层以覆盖导体层的集电部和引出导体部的方式形成。覆盖层由含有碳的树脂组成物构成。

Description

配线电路基板和燃料电池
技术领域
本发明涉及配线电路基板和使用该配线电路基板的燃料电池。
背景技术
在移动电话等便携式设备中，要求小型且高容量的电池。因此，正在进行与锂二次电池等现有的电池相比能够得到高能量密度的燃料电池的开发。作为燃料电池，例如有直接甲醇型燃料电池(DirectMethanol Fuel Cells)。
在直接甲醇型燃料电池中，甲醇被催化剂分解，生成氢离子。通过使该氢离子和空气中的氧反应，产生电力。在这种情况下，能够极高效率地将化学能量变换为电能，能够得到非常高的能量密度。
在这种直接甲醇型燃料电池的内部，作为集电电路例如设置挠性配线电路基板(以下简称为FPC基板)(例如参照日本特开2004-200064号公报)。这里，利用图5说明现有的燃料电池的结构。图5(a)为在现有的燃料电池中使用的FPC基板的平面图，图5(b)为表示现有的燃料电池的结构的截面图。
如图5(a)所示，在FPC基板51的一个面上形成有一对导体层52a、52b。并且，从导体层52a、52b引出的电极53a、53b以分别延伸的方式设置。
如图5(b)所示，燃料电池50由FPC基板51、膜电极接合体54和箱体55构成。膜电极接合体54由高分子电解质膜54a、燃料极54b和空气极54c构成。燃料极54b形成于高分子电解质膜54a的一个面上，空气极54c形成于高分子电解质膜54a的另一个面上。箱体55由一对半体(half portion)55a、55b构成。在半体55a上设置有用于流入燃料(甲醇)的燃料通路56，在半体55b上设置有用于流入空气的空气通路57。
在FPC基板51中，使形成有导体层52a、52b的一个面向内侧折曲。在折曲的FPC基板51的导体层52a、52b之间夹持有膜电极接合体54。在FPC基板51的周边部配置有密封部件(packing)58a、58b。在此状态下，除了引出电极53a、53b的部分以外，折曲的FPC基板51收纳在由半体55a、55b构成的箱体55内。在从箱体55突出的引出电极53a、53b上电连接电子部件等各种外部电路。
在该燃料电池50中，通过半体55a的燃料通路56向膜电极接合体54的燃料极54b供给甲醇。并且，通过半体55b的空气通路57向膜电极接合体54的空气极54c供给空气。在此情况下，在燃料极54b上，利用催化剂将甲醇分解为氢离子和二氧化碳，生成电子。
从甲醇分解的氢离子透过高分子电解质膜54a，到达空气极54c，与供给至空气极54c的空气中的氧在催化剂上反应。于是，在空气极54c上生成水，并消耗电子。由此，电子在FPC基板51的导体层52a、52b之间移动，电力被供向外部电路。
一般而言，使用铜作为FPC基板51的导体层52a、52b。因此，由于供向燃料电池50的甲醇等酸的影响，存在导体层52a、52b被腐蚀的情况。
发明内容
本发明的目的是提供能够防止导体层被腐蚀的配线电路基板和具有该配线电路基板的燃料电池。
(1)本发明的一个方面的配线电路基板为应用于燃料电池的配线电路基板，其具有：绝缘层；设置在绝缘层上且具有规定的图形的导体层；和含有碳且覆盖导体层的表面的覆盖层。
在该配线电路基板中，设置在绝缘层上的导体层的表面被覆盖层覆盖。覆盖层通过含有碳而具有导电性。在此情况下，在使用该配线电路基板的燃料电池中，即使在作为燃料而被供给的甲醇等酸与配线电路基板接触的状态下，也不会阻碍导体层的集电作用，能够防止导体层的腐蚀。
并且，因为可以不使用Au(金)等昂贵的材料，所以能够以低成本防止导体层的腐蚀。进一步，还能够利用覆盖层防止导体层的离子迁移(ion migration)。
(2)覆盖层也可以包含含有碳的树脂组成物。在此情况下，能够利用覆盖层容易且可靠地覆盖导体层的表面。
(3)绝缘层也可以具有一个面和另一个面，并且在一个面上具有相互邻接的第一和第二区域以及与第一区域邻接的第三区域，绝缘层在第一区域和第二区域之间的折曲部能够以使得第一区域和第二区域相对的方式折曲，导体层也可以具有：形成于绝缘层的第一区域内的第一导体部；形成于绝缘层的第二区域内的第二导体部；以从第一导体部延伸至绝缘层的第三区域内的方式形成的第一引出部；和以从第二导体部延伸至绝缘层的第三区域内的方式形成的第二引出部，覆盖层也可以具有：覆盖第一导体部和第一引出部的第一覆盖部；和覆盖第二导体部和第二引出部的第二覆盖部。
在将该配线电路基板应用于燃料电池中的情况下，以使第一区域和第二区域相对的方式在第一区域和第二区域之间的折曲部折曲绝缘层，将包括燃料极和空气极的电池组件夹在第一导体部和第二导体部之间。并且，绝缘层的第三区域被引出至外部，绝缘层的第三区域上的第一引出部的至少一部分和第二引出部的至少一部分露出在外。
在此情况下，因为第一引出部的至少一部分和第二引出部的至少一部分在相同的面上邻近并露出，所以能够容易且正确地进行第一和第二引出部与外部电路端子的对位和连接。因此，能够提高使用该配线电路基板的燃料电池与外部电路的连接可靠性。
另外，在燃料电池内，即使在作为燃料而被供给的甲醇等酸与配线电路基板接触的状态下，也不会阻碍第一和第二导体部的集电作用，能够防止第一和第二导体部以及第一和第二引出部的因酸引起的腐蚀。
(4)也可以以贯通绝缘层的第一区域和导体层的第一导体部的方式形成有第一通孔，以贯通绝缘层的第二区域和导体层的第二导体部的方式形成有第二通孔。
在此情况下，在使用该配线电路基板的燃料电池中，能够通过第一和第二通孔将燃料和空气供向燃料电池的燃料和空气极。
(5)本发明的另一方面的燃料电池，其具有：配线电路基板；电池组件(element)；和收纳配线电路基板和电池组件的箱体，配线电路基板包括：具有一个面和另一个面，并且在一个面上具有相互邻接的第一和第二区域以及与第一区域邻接的第三区域的绝缘层；形成于绝缘层的第一区域内的第一导体部；形成于绝缘层的第二区域内的第二导体部；以从第一导体部延伸至绝缘层的第三区域内的方式形成的第一引出部；以从第二导体部延伸至绝缘层的第三区域内的方式形成的第二引出部；和含有碳，且覆盖第一和第二导体部以及第一和第二引出部的表面的覆盖层，在绝缘层的第一区域和第二区域的边界处设置有折曲部，在配线电路基板的绝缘层的第一和第二区域以一个面为内侧沿折曲部被折曲的状态下，电池组件配置于第一和第二区域之间，以使得第一引出部的至少一部分和第二引出部的至少一部分露出在箱体的外部的方式，绝缘层的第三区域从箱体被引出至外部。
在该燃料电池中，配线电路基板和电池组件收纳在箱体内。在配线电路基板上，设置在绝缘层上的第一和第二导体部以及第一和第二引出部的表面被覆盖层覆盖。覆盖层通过含有碳而具有导电性。
配线电路基板的绝缘层以使得第一区域和第二区域相对的方式在第一区域和第二区域之间的折曲部被折曲。在折曲的绝缘层上的第一与第二导体部之间配置包括燃料极和空气极的电池组件。配线电路基板的绝缘层的第三区域从箱体引出至外部，使得第一引出部的至少一部分和第二引出部的至少一部分露出在箱体外部。
将甲醇等酸作为燃料供向箱体内。在此情况下，配线电路基板的导体层的表面被含有碳的覆盖层覆盖，由此，能够不防碍导体层的集电作用，并能够防止酸对导体层的腐蚀。并且，因为可以不使用Au(金)等昂贵材料，所以能够以低成本防止导体层的腐蚀。而且，还能够利用覆盖层防止导体层的离子迁移。
另外，在箱体的外部，配线电路基板的第一引出部的至少一部分和第二引出部的至少一部分露出在相同的面上。这样，能够容易且正确地进行第一和第二引出部与外部电路端子的对位和连接。因此，能够提高燃料电池与外部电路的连接的可靠性。
附图说明
图1为表示本实施方式的挠性配线电路基板的结构的图。
图2为用于说明挠性配线电路基板的制造方法的工序截面图。
图3为用于说明挠性配线电路基板的制造方法的工序截面图。
图4为表示使用图1的挠性配线电路基板的燃料电池的结构的图。
图5为表示使用现有的配线电路基板的燃料电池的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的配线电路基板和燃料电池进行说明。而且，在本实施方式中，作为配线电路基板的例子，对具有弯曲性的挠性配线电路基板进行说明。
(1)挠性配线电路基板的结构
图1(a)为本实施方式的挠性配线电路基板的平面图，图1(b)为图1(a)的挠性配线电路基板的A-A线截面图。在以下的说明中，将挠性配线电路基板简称为FPC基板。
如图1(a)和图1(b)所示，FPC基板1例如具有由聚酰亚胺(polyimide)构成的基底绝缘层2。基底绝缘层2由矩形的第一绝缘部2a和从第一绝缘部2a的一边向外侧延伸的第二绝缘部2b构成。以下，将第一绝缘部2a的上述一边和与它平行的另一边称为侧边，将与第一绝缘部2a的侧边垂直的另一对边称为端边。
在基底绝缘层2的第一绝缘部2a上设置折曲部B1，使它与端边平行且大致将第一绝缘部2a二等分。如后所述，第一绝缘部2a沿折曲部B1折曲。折曲部B1例如既可以为线状的浅槽，或者也可以为线状的标记等。或者，如果能够在折曲部B1折曲第一绝缘部2a，则可以在折曲部B1上什么也没有。上述第二绝缘部2b以从以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的一个区域的侧边向外侧延伸的方式形成。
在以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的一个区域形成有多个(在本例中为6个)开口H1。并且，在以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的另一区域形成有多个(在本例中为6个)开口H2。
在基底绝缘层2的一个面上例如形成有由铜构成的导体层3。导体层3由一对矩形的集电部3a、3b和从集电部3a、3b较长地延伸的引出导体部4a、4b构成。
集电部3a、3b各自具有与第一绝缘部2a的侧边平行的一对侧边和与第一绝缘部2a的端边平行的一对端边。集电部3a形成于以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的一个区域，集电部3b形成于以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的另一区域。
在基底绝缘层2的开口H1上的集电部3a的部分，形成有直径比开口H1大的开口H11。在基底绝缘层2的开口H2上的集电部3b部分，形成有直径比开口H2大的开口H12。
引出导体部4a以从集电部3a的侧边向第二绝缘部2b上呈直线状延伸的方式形成。引出导体部4b以从集电部3b的侧边向第二绝缘部2b上弯曲延伸的方式形成。
在基底绝缘层2上以覆盖导体层3的方式形成有覆盖层6a、6b。覆盖层6a、6b由含有碳(例如碳黑)的树脂组成物构成。覆盖层6a以覆盖导体层3的集电部3a和引出导体部4a的方式形成，覆盖层6b以覆盖导体层3的集电部3b和引出导体部4b的方式形成。在集电部3a的开口H11内，覆盖层6a与基底绝缘层2的上表面接触。并且，在集电部3b的开口H12内，覆盖层6b与基底绝缘层2的上表面接触。
另外，引出导体部4a、4b的前端不被覆盖层6a、6b覆盖而露出。以下，将该露出的引出导体部4a、4b的部分称为引出电极5a、5b。
(2)FPC基板的制造方法
接着，对图1所示的FPC基板1的制造方法进行说明。图2和图3为用于说明FPC基板1的制造方法的工序截面图。
首先，如图2(a)所示，准备由绝缘膜20和导体膜21构成的2层基础材料，其中，该绝缘膜20例如由聚酰亚胺构成，该导体膜21例如由铜构成。绝缘膜20的厚度例如为12.5μm，导体膜21的厚度例如为12μm.
接着，如图2(b)所示，在导体膜21上形成具有规定图形的抗蚀剂(etching resist)22。抗蚀剂22例如通过以下方法形成，利用干膜抗蚀剂(dry film resist)等在导体膜21上形成抗蚀剂膜，按规定图形对该抗蚀剂膜进行曝光，之后，进行显影，由此形成该具有规定图形的抗蚀剂22。
接着，如图2(c)所示，通过蚀刻，除去除抗蚀剂22下的区域之外的导体膜21的区域。接着，如图2(d)所示，利用剥离液除去抗蚀剂22。由此，在绝缘膜20上形成导体层3。
接着，如图3(e)所示，在导体层3上涂敷或层叠含有碳黑的树脂组成物形成覆盖膜23。覆盖膜23的厚度例如为10μm。
接着，如图3(f)所示，按规定的图形对覆盖膜23进行曝光，之后，进行显影，由此形成覆盖膜6a、6b。然后，如图3(g)所示，通过按规定的形状切断绝缘膜20，完成由基底绝缘层2、导体层3和覆盖层6a、6b构成的FPC基板1。
其中，基底绝缘层2的厚度优选为5～50μm，更加优选为12.5～25μm。导体层3的厚度优选为3～35μm，更加优选为5～20μm。覆盖层6的厚度优选为5～25μm，更加优选为10～20μm。
另外，在图2和图3中虽然对利用减数法(subtractive method)的FPC基板1的制造方法进行了说明，但不限于此，也可以利用半添加法(semi-additive method)等其它制造方法。另外，虽然在图2和图3中对利用曝光法形成覆盖层6a、6b的例子进行了说明，但不限于此，也可以利用印刷技术形成规定图形的覆盖膜，之后，通过进行热硬化处理形成覆盖膜6a、6b。
(3)使用FPC基板的燃料电池
接着，对利用上述FPC基板1的燃料电池进行说明。图4(a)为使用上述FPC基板1的燃料电池的外观立体图，图4(b)为用于说明燃料电池内的作用的图。
如图4(a)所示，燃料电池30具有由半体31a、31b构成的长方体形的箱体31。FPC基板1在以形成有导体层3(图1)和覆盖层6a、6b的一个面为内侧沿图1的折曲部B1被折曲的状态下，被半体31a、31b夹持。
FPC基板1的基底绝缘层2的第二绝缘部2b从半体31a、31b之间引出至外侧。这样，第二绝缘部2b上的引出电极5a、5b成为露出在箱体31的外侧的状态。在引出电极5a、5b上电连接各种外部电路的端子。
如图4(b)所示，在箱体31内，在折曲的FPC基板1的集电部3a和集电部3b之间配置有电极膜35。电极膜35由燃料极35a、空气极35b和电解质膜35c构成。燃料极35a形成在电解质膜35c的一个面上，空气极35b形成在电解质膜35c的另一个面上。电极膜35的燃料极35a与FPC基板1的集电部3b相对，空气极35b与FPC基板1的集电部3a相对。
通过FPC基板1的开口H2、H12将燃料供向电极膜35的燃料极35a。其中，在本实施例中，使用甲醇作为燃料。通过FPC基板1的开口H1、H11将空气供向电极膜35的空气极35b。
在此情况下，在燃料极35a上，甲醇分解为氢离子和二氧化碳，生成电子。生成的电子从FPC基板1的集电部3b被引导至引出电极5b(图4(a))。从甲醇分解的氢离子透过电解质膜35c到达空气极35b。在空气极35b上，消耗被从引出电极5a(图4(a))引导至集电部3a的电子，同时氢离子和氧反应，生成水。这样，电力被供向连接在引出电极5a、5b上的外部电路。
(4)本实施方式的效果
在本实施方式的FPC基板1中，导体层3的表面被覆盖层6a、6b覆盖。因此，在燃料电池3a内，即使为甲醇等酸与FPC基板1的表面接触的状态，也能够防止导体层3被腐蚀。并且，通过覆盖层6a、6b含有碳，能够确保电极膜35与导体层3之间的导电性。而且，因为可以不使用Au(金)等昂贵的材料，所以能够以低成本防止导体层3的腐蚀。并且，利用覆盖层6a、6b能够防止导体层3的离子迁移。
另外，在本实施例的FPC基板1中，引出电极5a、5b并排设置在基底绝缘层2的共同的第二绝缘部2b的相同的面上。这样，在使用FPC基板1的燃料电池30中，能够容易且正确地进行引出电极5a、5b与外部电路的端子的对位和连接。因此，能够提高外部电路和燃料电池30的连接的可靠性。
而且，基底绝缘层2的材料不限于聚酰亚胺，也可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚腈、聚醚砜等其它绝缘材料。
另外，导体层3的材料不限于铜，也可以使用铜合金、铝等其他金属材料。并且，作为在覆盖层6a、6b中使用的含有碳的树脂组成物，可列举含有碳的环氧树脂、含有碳的聚酰亚胺树脂等。并且，碳不限于碳黑，还能够使用石墨等各种碳材料。
(5)发明内容的各构成要素与实施方式的各要素的对应
以下，对发明内容的各构成要素与实施方式的各要素的对应的例子进行说明，但本发明不限于下述的例子。
在上述实施方式中，基底绝缘层2为绝缘层的例子，以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的一个区域为第一区域的例子，以折曲部B1为边界的第一绝缘部2a的另一区域为第二区域的例子，第二绝缘部2b为第三区域的例子，集电部3a为第一导体部的例子，集电部3b为第二导体部的例子，引出导体部4a为第一引出部的例子，引出导体部4b为第二引出部的例子，开口H1、H11为第一通孔的例子，开口H2、H12为第二通孔的例子。另外，燃料极35a、空气极35b和电解质膜35c为电池组件的例子。
作为发明内容的各构成要素，也能够使用具有发明内容所述的结构或功能的其他各种要素。

Claims (5)

1.一种配线电路基板，其应用于燃料电池，其特征在于，具有：
绝缘层；
设置在所述绝缘层上且具有规定的图形的导体层；和
含有碳且覆盖所述导体层的表面的覆盖层。
2.如权利要求1所述的配线电路基板，其特征在于：
所述覆盖层包含含有碳的树脂组成物。
3.如权利要求1所述的配线电路基板，其特征在于：
所述绝缘层具有一个面和另一个面，并且在所述一个面上具有相互邻接的第一和第二区域以及与所述第一区域邻接的第三区域，
所述绝缘层在所述第一区域和所述第二区域之间的折曲部能够以使得所述第一区域和所述第二区域相对的方式折曲，
所述导体层具有：
形成于所述绝缘层的所述第一区域内的第一导体部；
形成于所述绝缘层的所述第二区域内的第二导体部；
以从所述第一导体部延伸至所述绝缘层的所述第三区域内的方式形成的第一引出部；和
以从所述第二导体部延伸至所述绝缘层的所述第三区域内的方式形成的第二引出部，
所述覆盖层具有：
覆盖所述第一导体部和所述第一引出部的第一覆盖部；和
覆盖所述第二导体部和所述第二引出部的第二覆盖部。
4.如权利要求3所述的配线电路基板，其特征在于：
以贯通所述绝缘层的所述第一区域和所述导体层的所述第一导体部的方式形成有第一通孔，
以贯通所述绝缘层的所述第二区域和所述导体层的所述第二导体部的方式形成有第二通孔。
5.一种燃料电池，其特征在于，具有：
配线电路基板；
电池组件；和
收纳所述配线电路基板和所述电池组件的箱体，其中，
所述配线电路基板包括：
具有一个面和另一个面，并且在所述一个面上具有相互邻接的第一和第二区域以及与所述第一区域邻接的第三区域的绝缘层；
形成于所述绝缘层的所述第一区域内的第一导体部；
形成于所述绝缘层的所述第二区域内的第二导体部；
以从所述第一导体部延伸至所述绝缘层的所述第三区域内的方式形成的第一引出部；
以从所述第二导体部延伸至所述绝缘层的所述第三区域内的方式形成的第二引出部；和
含有碳，且覆盖所述第一和第二导体部以及所述第一和第二引出部的表面的覆盖层，
在所述绝缘层的所述第一区域和所述第二区域的边界处设置有折曲部，在所述配线电路基板的所述绝缘层的所述第一和第二区域以所述一个面为内侧沿所述折曲部被折曲的状态下，所述电池组件配置于所述第一和第二区域之间，
以使得所述第一引出部的至少一部分和所述第二引出部的至少一部分露出在所述箱体的外部的方式，所述绝缘层的所述第三区域从所述箱体被引出至外部。
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