JP2006210409A

JP2006210409A - 電池保護モジュール

Info

Publication number: JP2006210409A
Application number: JP2005016993A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tajima; 修田島; Takakazu Akashi; 貴和明石
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】電池パック充電中の過電流対策を製造コストを上げないで実現すること目的とする。
【解決手段】プリント基板１１１の上面のダイパッド１１３上に第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２が実装してある。プリント基板１１１の下面に放熱用パッド１０５が形成してあり、ダイパッド１１３と放熱用パッド１０５とがスルーホール１０６でもって接続してある。過電流でもってチップ１２１、１２２に発生した熱は、符号３００で示すように、スルーホール１０６を伝導されてプリント基板１１１の下面に到り、放熱用パッド１０５に拡散されて放熱される。
【選択図】図３

Description

本発明は電池保護回路モジュールに係り、特に携帯機器の電源として使用されるリチウムイオン電池が過充電、過放電及び過電流にならないように動作する電池パック用保護回路を有する電池保護モジュールに関する。

携帯機器の電池パックの多くはリチウムイオン電池を使用している。リチウムイオン電池は過充電、過放電及び過電流になると問題を起こしやすいので、リチウムイオン電池を収容している電池パックには、リチウムイオン電池が過充電、過放電及び過電流にならないように動作する電池保護回路を備えた電池保護モジュールが設けてある。電池保護回路は、過充電、過放電及び過電流の時に開く電子スイッチとして機能するＦＥＴチップを備えた構成である。電池保護モジュールはベアチップ及びワイヤが合成樹脂部でもって封止してあるＣＯＢ(Chip On Board)構造を有している。また、電池パックは専用の充電器にセットして繰り返し充電される。また、電池保護回路は、発生する虞れが低いこと及び製造コストが嵩む等の点から、充電中の過電流を検出する機能を備えていないのが一般的である。
特開２００４−６５２４号公報

しかし、充電器が何らかの理由で故障したような場合或いは電池パックを誤って専用以外の充電器にセットしたような場合には、充電中に充電器から電池パックに過電流が流れる虞れがある。充電器から電池パックに過電流が流れ続けると、ＦＥＴチップが異常に発熱して、場合によっては、合成樹脂部から発煙する問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決した電池保護モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、プリント基板のＦＥＴ用ダイパッド上に充放電制御用ＦＥＴが実装してある電池保護モジュールにおいて、
該プリント基板に、前記ＦＥＴ用ダイパッドが形成してある面とは反対側の面に放熱用パッドを設けると共に、前記ＦＥＴ用ダイパッドと前記放熱用パッドとを熱伝導可能に接続する熱伝導路を設けた構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、充放電制御用ＦＥＴの放熱の効率が上がり、よって、充電器から電池パックに過電流が流れた場合でも、充放電制御用ＦＥＴの温度の上昇を抑えることが可能である。よって、電池保護回路は変更しないで、且つ、製造コストを上げないで、充電中に事故によって充電器から電池パックに過電流が流れた場合に対する対策を講ずることが可能である。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図２は本発明の実施例１になる電池保護モジュール１０を示す。電池保護モジュール１０は、図４及び図５に示すように、コネクタ部材１６０と共にベースプリント基板１５０上に搭載されて、電池保護モジュール装置１００とされる。この電池保護モジュール装置１００は、図６及び図７に示すように、電池パック２００に組み込まれて使用される。図８は、電池保護モジュール１０及び電池保護モジュール装置１００の回路図である。Ｘ１−Ｘ２は電池保護モジュール１０及び電池保護モジュール装置１００の長さ方向、Ｙ１−Ｙ２は幅方向、Ｚ１−Ｚ２は厚さ方向である。Ｚ１側が上面、Ｚ２側が下面である。電池パック２００についてみると、Ｚ１は電池パック２００の内部側、Ｚ２は電池パック２００の端子側である。

［電池保護モジュール１０］
図１及び図２は電池保護モジュール１０を示す。図１及び図２に示すように、電池保護モジュール１０は、プリント基板１１１のＺ１側の面１１１Ｚ１に、コントロールＩＣベアチップ１２０、充電制御用ＦＥＴである第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、放電制御用ＦＥＴである第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２、抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４、抵抗チップ１２５が実装してあり、コントロールＩＣベアチップ１２０及び第１、第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２についてはこれらとプリント基板１１１上のパッドとの間でワイヤボンデングがなされており、更にこれら全部のチップ及びＡｕワイヤ１２６−１〜１２６−５が合成樹脂部１２７でもって封止してあるＣＯＢ構造であり、電気的には図８に示す回路を構成している。

プリント基板１１１は二層構造であり、上面１１１Ｚ１に、コントロールＩＣベアチップ１２０を実装するためのダイパッド１１２、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２を並べて実装するためのダイパッド１１３、抵抗チップ１２３，１２５を実装するためのパッド１１４、ワイヤボンデングのためのパッド１１５，１１６等が形成してある。下面１１１Ｚ２には、バッテリマイナス端子パッド（Ｂ−）１０１−１、本発明の要部をなす放熱用パッド１０５、電池パック端子パッド（Ｐ−）１０３−１、バッテリプラス端子パッド（Ｂ＋）１０２−１が形成してある。

放熱用パッド１０５は、ダイパッド１１３の真下の位置に形成してある。放熱用パッド１０５の面積はＳ２であり、ダイパッド１１３の面積Ｓ１よりも広く、Ｓ２＞Ｓ１である。ダイパッド１１３と放熱用パッド１０５とは、図３に拡大して示すように、ダイパッド１１３のうち第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２が実装される実装エリア１１３ａよりＹ２側に外れたエリアにプリント基板１１１を貫通して形成してある複数のスルーホール１０６でもって熱的に接続してある。スルーホール１０６は後述するように熱伝導路として機能する。また、放熱用パッド１０５は露出しており半田付けが可能な状態にある。

また、パッド１１５とパッド１０１−１とはスルーホール１０７で、パッド１１６とパッド１０３−１とはスルーホール１０８で、パッド１１４とパッド１０２−１とはスルーホール１０９で、夫々電気的に接続してある。

放熱用パッド１０５及びスルーホール１０６は、端子パッド１０１−１、１０２−１、１０３−１及びスルーホール１０７〜１０９を形成する工程で併せて形成され、放熱用パッド１０５及びスルーホール１０６を追加して形成してもプリント基板１１１の製造コストの上昇とはならない。

第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２は、夫々、上面にゲート端子１２１Ｇ、１２２Ｇ及びソース端子１２１Ｓ、１２２Ｓを有し、下面の全面にドレイン端子１２１Ｄ、１２２Ｄを有する。この第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２は、ダイパッド１１３のうちの実装エリア１１３ａに並んだ配置で、Ａｇペーストでもって実装してある。スルーホール１０６が実装エリア１１３ａから外れたエリアにあるため、Ａｇペーストがスルーホール１０６内に流れ込むことが起きず、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２は正常に実装される。また、第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１のソース端子１２１Ｓとパッド１１６との間に複数のＡｕワイヤ１２６−１が、ゲート端子１２１Ｇとパッドとの間に、Ａｕワイヤ１２６−２が夫々ボンディングされて張られている。同じく、第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２のソース端子１２２Ｓとパッド１１５との間に複数のＡｕワイヤ１２６−３が、ゲート端子１２２Ｇとパッドとの間に、Ａｕワイヤ１２６−４が夫々ボンディングされて張られている。第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２のドレイン端子１２１Ｄ、１２２Ｄはダイパッド１１３によって電気的に接続してある。

抵抗チップ１２３、コンデンサチップ１２４、抵抗チップは１２５はパッド１１４の付近に半田でもって表面実装してある。コントロールＩＣベアチップ１２０はダイパッド１１２上にＡｇペーストでもって実装してあり、Ａｕワイヤ１２６−５がボンディングされて張られている。

図８に示すように、コントロールＩＣベアチップ１２０は、充電制御端子と、放電制御端子と、ＶＤＤ端子と、ＶＳＳ端子とを有する。第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１が充電制御端子に接続してあり、第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２が放電制御端子に接続してある。第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２が端子１０１−１と端子１０３−１との間に直列に接続してある。抵抗チップ１２３がコントロールＩＣベアチップ１２０のＶＤＤ端子と端子１０２−１との間に接続してあり、また、抵抗チップ１２５がコントロールＩＣベアチップ１２０のＶ−端子と端子１０３−１との間に接続してある。コンデンサチップ１２４は、コントロールＩＣベアチップ１２０のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間に接続してある。

コントロールＩＣベアチップ１２０は、充電時に異常が発生してリチウムイオン電池２０１に過大電圧が印加されると第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１をオフにする過充電検出機能と、放電時にリチウムイオン電池２０１の電圧が所定電圧以下に降下すると第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２をオフにする過放電検出機能と、短絡が起きて大電流が流れたときに第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１をオフにする過電流検出機能を有している。これによってリチウムイオン電池２０１が保護される。

上記のコントロールＩＣベアチップ１２０、第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２、抵抗チップ１２３、１２５、コンデンサチップ１２４が図８に示すように接続されて、リチウムイオン電池保護回路１３０が形成してある。

［電池保護モジュール装置１００］
図４及び図５は電池保護モジュール装置１００を示す。電池保護モジュール装置１００は、前記の電池保護モジュール１０が、コネクタ部材１６０と共にベースプリント基板１５０上に実装された構成である。

図５に示すように、ベースプリント基板１５０の上面には、電池保護モジュール実装部１５１及びコネクタ部材実装部１５２を有し、且つ、Ｘ１端側に電池マイナス端子１０１、Ｘ２端側に電池プラス端子１０２を有する。電池保護モジュール実装部１５１には、端子パッド１０１−２、放熱用パッド１０５−２、端子パッド１０２−２、１０３−２が、電池保護モジュール１０の裏面の端子パッド１０１−１、放熱用パッド１０５、端子パッド１０２−１、１０３−１に対応した配置で形成してある。コネクタ部材実装部１５２には、端子１０３−３、１０５−３が、コネクタ部材１６０の電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４の他端部１０３ａ、１０４ａと対応した配置で形成してある。また、端子１０１は端子パッド１０１−２と、端子１０２は端子パッド１０２−２及び端子１０４−１と、端子パッド１０３−２は端子１０３−３と夫々配線パターンで接続してある。

図４に示すように、電池保護モジュール１０は、裏面の端子パッド１０１−１、放熱用パッド１０５、端子パッド１０２−１、１０３−１を夫々端子パッド１０１−２、放熱用パッド１０５−２、端子パッド１０２−２、１０３−２と半田付けされてベースプリント基板１５０に実装してある。コネクタ部材１６０は、コネクタ部材実装部１５２に接着してあり、端子１０３、１０４の他端部１０３ａ１０４ａが夫々端子１０３−３、１０４−１と半田付けしてある。電気的に見ると、コネクタ部材１６０とベースプリント基板１５０とは、図８に示すように電気的に接続される。

電気的に見ると、図８に示すように、電池保護モジュール１０とベースプリント基板１５０とは、端子パッド１０１−１、１０２−１、１０３−１が夫々端子パッド１０１−２、１０２−２、１０３−２と接続されている。熱的にみると、放熱用パッド１０５が放熱用パッド１０５−２と熱伝導可能に接続してある。

［電池パック２００］
この電池保護モジュール装置１００には、図４に示すように、端子１０１，１０２に夫々帯状の端子板２１０，２１１が接続される。電池保護モジュール装置１００は、この端子板２１０，２１１の先端をリチウムイオン電池２０１の極に接続されて、リチウムイオン電池２０１の一つの側面に沿うように配置され、リチウムイオン電池２０１と共にケース２１２ａ，２１２ｂ内に組み込まれ、電池パック２００が完成する。電池保護モジュール装置１００とリチウムイオン電池２０１とは、図８に示すように電気的に接続される。電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４は電池パック２００のＹ２側の面に露出する。

電池パック２００は、図８に示すように、携帯機器に装着されて、電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４を介して携帯機器と電気的に接続されて使用される。リチウムイオン電池２０１の電圧が所定電圧以下に降下して過放電となると第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２２がオフとされる。短絡等して大電流が流れて過電流となると第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１がオフとされる。

また、電池パック２００は、同じく図８に示すように、充電器にセットされ電池パックマイナス出力端子１０３及び電池パックプラス出力端子１０４を介して充電器と電気的に接続されて充電される。充電時に異常が発生してリチウムイオン電池２０１に過大電圧が印加され過充電となると第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１がオフとされて、リチウムイオン電池２０１が保護される。

［電池パック２００充電中の過電流］
次に、充電器が何らかの理由で故障し、或いは電池パックを誤って専用以外の充電器にセットして、充電中に充電器から電池保護回路モジュール１００を介してリチウムイオン電池２０１に過電流が流れた場合の動作について説明する。

図８より分かるように、過電流は第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２を通って流れ、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２が発熱する。

しかし、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２の熱は、図３に符号３００を付して示す矢印のように、先ず、ダイパッド１１３に伝わり、次いで、スルーホール１０６を伝導し、放熱用パッド１０５に伝わり、この放熱用パッド１０５内で拡散し、更に、放熱用パッド１０５−２に伝わり、この放熱用パッド１０５内で拡散する。

このように、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２の熱がプリント基板１１１の下面側に逃がされることによって効率的に放熱される。

発明者は充電電流を４Ａの過電流に設定して実験を行った。放熱用パッド１０５及びスルーホール１０６を備えていない構成の場合には、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２の温度は約２７０℃にまで上昇したのに対して、本願発明の放熱用パッド１０５及びスルーホール１０６を備えた構成の場合には、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２の温度上昇は、従来に比較して約１００℃も低い約１７０℃にとどまった。合成樹脂部１２７からの発煙も認められなかった。

なお、第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ１２１、１２２の熱をプリント基板１１１の下面側に逃がす構成は、プリント基板１１１が四層構造の基板である場合にも適用が可能である。

本発明の実施例１になる電池保護モジュールの分解斜視図である。図１の電池保護モジュールの断面図である。図１中、線III-IIIを含む垂直面で切断して第１及び第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップの実装部分及びスルーホースの部分を拡大して示す図である。図１の電池保護モジュールを有する電池保護モジュール装置の斜視図である。図４の電池保護モジュール装置の分解斜視図である。図４の電池保護モジュール装置を備えた電池パックの分解斜視図である。図６の電池パックのうち電池保護モジュール装置の部分を示す図である。電池保護モジュール及び電池保護モジュール装置の回路図である。

符号の説明

１０電池保護モジュール
１００電池保護モジュール装置
１０５、１０５−２放熱用パッド
１０６スルーホール
１１１プリント基板
１１３ダイパッド
１２０コントロールＩＣベアチップ
１２１第１のＦＥＴ−ＳＷベアチップ
１２２第２のＦＥＴ−ＳＷベアチップ
１３０リチウムイオン電池保護回路
１５０プリント基板
２００電池パック
３００熱の伝導を示す矢印

Claims

プリント基板のＦＥＴ用ダイパッド上に充放電制御用ＦＥＴが実装してある電池保護モジュールにおいて、
該プリント基板に、前記ＦＥＴ用ダイパッドが形成してある面とは反対側の面に放熱用パッドを設けると共に、前記ＦＥＴ用ダイパッドと前記放熱用パッドとを熱伝導可能に接続する熱伝導路を設けた構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
上面にＦＥＴ用ダイパッドを有するプリント基板と、該プリント基板の上面のＦＥＴ用ダイパッド上に実装してある充放電制御用ＦＥＴとを有し、該プリント基板の上面に前記充放電制御用ＦＥＴを含んで構成された電池用保護回路が形成してあり、且つ、該電池用保護回路を構成する部品が合成樹脂部でもって封止してある電池保護モジュールにおいて、
該プリント基板の下面に形成してある放熱用パッドと、
該プリント基板内に、前記ＦＥＴ用ダイパッドと前記放熱用パッドとを熱的に接続するように形成してある熱伝導路とを有する構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
請求項１又は請求項２に記載の電池用保護回路モジュールにおいて、
前記放熱用パッドは、前記ＦＥＴ用ダイパッドよりも広い面積を有する構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
請求項１又は請求項２に記載の電池用保護回路モジュールにおいて、
前記熱伝導路は、該プリント基板を貫通するスルーホールであって、該スルーホールは前記ＦＥＴ用ダイパッドのうち充放電制御用ＦＥＴが実装されるエリアから外れた部分に配置してある構成としたことを特徴とする電池保護モジュール。
請求項１乃至請求項４のうち何れか一項に記載の電池保護モジュールが、上面にベースプリント基板側放熱用パッドを有するベースプリント基板上に、前記放熱用パッドを前記ベースプリント基板側放熱用パッドと接続されて実装してある構成としたことを特徴とする電池保護モジュール装置。