JP2009104888A - Protection module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection module in which a volume to protect charge and discharge of a secondary battery is small. <P>SOLUTION: In the protection module which has a battery connecting terminal 4B and a connecting terminal 8 to a load in a wiring board surface 2 having wiring in a single layer or multiple layers, at least either one of electronic parts 9, 11, 10 constituting a battery protection circuit is mounted and arranged in recessed parts 12A, 12B formed in the wiring board surface 2, and a flat plate-like semiconductor element constituting the protection circuit is flip-chip mounted on a parts mounting surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池の過充電、過放電、過電流等の充放電を制御することができる保護回路装置を電池あるいは電池の取り付け対象物等に取り付けた保護モジュールに関するものである。   The present invention relates to a protection module in which a protection circuit device capable of controlling charge and discharge such as overcharge, overdischarge, and overcurrent of a secondary battery is attached to a battery or an object to be attached to the battery.

携帯電話をはじめとした携帯型の電池使用機器の小型軽量化はますます進展し、機器に使用される二次電池に対しても小型化が要求されている。また、それに伴って二次電池に内蔵されたり、電池使用機器側に設けられる保護モジュールも小型化が要求されており、パッケージ型のディスクリート半導体素子を使ったものから、ベアチップを絶縁基板に実装し、ワイヤボンディング配線後に全体を樹脂で封止するCOB(Chip on Board)構造、さらに小型化が進みワイヤボンディングスペースを不要としたCSP(Chip Size Package)、更には、チップの回路面に接続用金属を多数並べ、回路面を下に向けて基板に押し付けることで電気的に接続するフリップチップ実装によって実装したものが主流となりつつある。   The reduction in size and weight of portable battery-powered devices such as mobile phones is advancing further, and the size of secondary batteries used in devices is also required to be reduced. Along with this, protection modules built into secondary batteries or provided on the battery equipment side are also required to be downsized, and bare chips are mounted on an insulating substrate from those using package-type discrete semiconductor elements. A COB (Chip on Board) structure that seals the whole with resin after wire bonding wiring, CSP (Chip Size Package) that has become more compact and no longer requires wire bonding space, and a metal for connection on the circuit surface of the chip Many of these are arranged and mounted by flip chip mounting which is electrically connected by pressing the circuit surface downward against the substrate.

一方、従来の二次電池用保護モジュール1は、図11(A)に斜視図、図11(B)に垂直方面で切断した断面図を示すように、単層または多層配線3を形成した配線基板2に、二次電池の正極との接続端子4A、二次電池の負極との接続端子4B、電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子5、二次電池の温度検出信号端子6、電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子7からなる機器接続端子8を有し、上面には過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9、および充放電制御素子10およびこれらの素子と保護回路を構成するコンデンサ、抵抗器等の受動素子11が配置されている。   On the other hand, the conventional secondary battery protection module 1 has a single-layer or multi-layer wiring 3 as shown in a perspective view in FIG. 11A and a cross-sectional view cut in a vertical direction in FIG. A connection terminal 4A to the positive electrode of the secondary battery, a connection terminal 4B to the negative electrode of the secondary battery, a connection terminal 5 to the positive electrode of the battery using device or the charger, a temperature detection signal terminal 6 of the secondary battery, A battery state detection element 9 having a device connection terminal 8 comprising a connection terminal 7 for connecting to a battery-use device or a negative electrode of a charger, and having an overcharge, overdischarge, overcurrent detection function and the like on the upper surface, and a charge / discharge control element 10 and these elements and a passive element 11 such as a capacitor and a resistor constituting a protection circuit are arranged.

また、過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9には、CSP(Chip Size Package)からなる小型で厚みの薄い素子が用いられており、充放電制御素子10としては、大電流をオンオフするためにFET等のパワートランジスタが用いられている。   In addition, the battery state detection element 9 having an overcharge, overdischarge, overcurrent detection function and the like is a small and thin element made of CSP (Chip Size Package). In order to turn on and off a large current, a power transistor such as an FET is used.

これらの半導体素子9,10は、BGA(Ball Grid Array)構造をフリップチップ実装されたCSP(Chip Size Package)等が用いられているが、半導体素子とに比べて厚みが大きな受動素子11とが同一平面上に実装されており、それぞれの部品間にはそれらを接続するための配線及び、それらを絶縁するために部品間スペースが必要である。このため、小型化には限界があった。   These semiconductor elements 9 and 10 use a CSP (Chip Size Package) or the like in which a BGA (Ball Grid Array) structure is flip-chip mounted. However, the passive element 11 having a thickness larger than that of the semiconductor element is used. The components are mounted on the same plane, and between each component, a wiring for connecting them and a space between the components are necessary to insulate them. For this reason, there was a limit to miniaturization.

また、凹型構造の絶縁ケース及び蓋の両面に保護回路を構成する素子をそれぞれの面に実装して、両者を組み合わせて保護回路部品をケース内部に組み込んだ立体構造のものが提案されているが(例えば、特許文献1)、パッケージ型ディスクリート半導体素子を搭載しており、また二つのケースを積み重ねた構造であり、立体構造を実現しているものの小型には限界がある。以上のように、従来の二次電池用保護回路モジュールには、小型化し難いという問題点があった
特開2006−4783号公報
In addition, a three-dimensional structure has been proposed in which elements that constitute a protection circuit are mounted on both surfaces of the insulating case and the lid of the concave structure, and the protection circuit components are incorporated inside the case by combining the two. (For example, Patent Document 1), a package-type discrete semiconductor element is mounted and two cases are stacked, and although a three-dimensional structure is realized, there is a limit to downsizing. As described above, the conventional secondary battery protection circuit module has a problem that it is difficult to reduce the size.
JP 2006-4783 A

本発明は、小型、軽量化が進む電池使用機器に対応して、厚みが薄く、容積が小さな小型の電池保護モジュールを提供することを課題とするものである。   It is an object of the present invention to provide a small battery protection module having a small thickness and a small volume corresponding to a battery using device which is becoming smaller and lighter.

本発明は、単層または多層に配線された配線板面に、電池接続端子、機器接続端子を有し、電池保護回路を構成する電子部品の少なくともいずれかは、配線板面に形成された凹部に実装配置され、前記保護回路を構成する板状の半導体素子は部品実装面に対してフリップチップ実装された保護モジュールである。
配線板面の一方の主面に、電池接続端子および電池保護回路を構成する電子部品を有し、他方の主面に機器接続端子を有した前記の保護モジュールである。
配線板面の一方の主面に、機器接続端子および電池接続端子を有し、他方の主面に電池保護回路を構成する電子部品の実装面を有した前記の保護モジュールである。
凹部に実装された保護回路装置を構成する電子部品上を絶縁性物質で封止し、埋め込み構造とした前記の保護モジュールである。
すべての実装部品を絶縁性物質で封止した前記の保護モジュールである。
The present invention has a battery connection terminal and a device connection terminal on a wiring board surface wired in a single layer or multiple layers, and at least one of the electronic components constituting the battery protection circuit is a recess formed on the wiring board surface. The plate-like semiconductor element that is mounted and arranged and constitutes the protection circuit is a protection module that is flip-chip mounted on the component mounting surface.
It is the above-mentioned protection module having electronic parts constituting a battery connection terminal and a battery protection circuit on one main surface of the wiring board surface and having an apparatus connection terminal on the other main surface.
It is the above-mentioned protection module having a device connection terminal and a battery connection terminal on one main surface of the wiring board surface, and a mounting surface for electronic components constituting a battery protection circuit on the other main surface.
In the above-described protection module, an electronic component constituting the protection circuit device mounted in the recess is sealed with an insulating material to form an embedded structure.
This is the protective module in which all the mounted components are sealed with an insulating material.

本発明では、保護モジュールに実装した少なくとも一部の部品を配線基板の凹部に埋め込むことにより、埋め込んだ部品と表面に実装された部品の配線が凹部から基板内層を通して配線可能となり、全部品を同一平面へ実装した場合に部品間に設けられた配線スペースを除くことにより、配線のためのスペースを減少することが可能となる。また、部品を基板の凹部に埋め込むことによりモジュール厚みを薄くすることができる。
更に、三次元実装構造をとることから、埋め込んだ部品と埋め込まれていない部品の絶縁のための距離も大きく確保することができ、従来の絶縁距離を確保した場合に比べて二次元的な平面距離を小さくできる。更に、凹部に実装された部品上を絶縁物で封止することにより更に絶縁性が向上し、同一の絶縁性が要求される場合、封止無し構造に比べて更に部品間距離を短縮できる。
以上のように実装される部品を三次元的に配することで、高密度実装可能となり、保護モジュールの小型化をはかることができる。
In the present invention, by embedding at least a part of the component mounted on the protection module in the recess of the wiring board, wiring of the embedded component and the component mounted on the surface can be routed from the recess through the inner layer of the substrate, and all the components are the same. By removing the wiring space provided between the components when mounted on a flat surface, the space for wiring can be reduced. Further, the module thickness can be reduced by embedding the component in the concave portion of the substrate.
Furthermore, since it has a three-dimensional mounting structure, it is possible to secure a large distance for insulation between the embedded part and the non-embedded part, which is a two-dimensional plane compared to the case where the conventional insulation distance is ensured. The distance can be reduced. Further, by sealing the parts mounted in the recesses with an insulator, the insulation is further improved, and when the same insulation is required, the distance between the parts can be further reduced as compared with the structure without sealing.
By arranging the components to be mounted three-dimensionally as described above, high-density mounting is possible, and the protection module can be downsized.

本発明は、電池の保護モジュールにおいて、配線基板の表面に実装される部品の少なくともいずれかは、配線基板上に設けた凹部に配置することによって、実装密度を高めて保護モジュールの小型化を実現することが可能であることを見出したものである。   According to the present invention, in a battery protection module, at least one of the components mounted on the surface of the wiring board is disposed in a recess provided on the wiring board, thereby increasing the mounting density and reducing the size of the protection module. It has been found that it is possible to do.

以下に図面を参照して本発明を説明する。
図1ないし図7を用いて本発明の一実施形態を説明する。
図1(A)は、本発明の一実施例の保護モジュールを説明する斜視図であり、図1(B)は、垂直面で切断した断面図である。
保護モジュール1は、単層または多層の配線3を形成した配線基板2の一方の主面には、電池接続端子4A,4Bを有し、他方の主面には、電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子5、二次電池の温度検出信号端子6、電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子7からなる機器接続端子8を有している。
The present invention will be described below with reference to the drawings.
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is a perspective view illustrating a protection module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a vertical plane.
The protection module 1 has battery connection terminals 4A and 4B on one main surface of a wiring board 2 on which a single-layer or multi-layer wiring 3 is formed, and the other main surface has a battery using device or a charger. It has a device connection terminal 8 comprising a connection terminal 5 with a positive electrode, a temperature detection signal terminal 6 of a secondary battery, and a connection terminal 7 with a battery-using device or a negative electrode of a charger.

また、上面には過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9および電流を接続および遮断する充放電制御素子10が設けられており、電池あるいは電池使用機器の状態に応じて電池の入出力電流を制御している。
一方、保護回路を構成する抵抗器、コンデンサ等の受動素子11は、配線基板2に設けて凹部12A、12Bに配置されている。
In addition, a battery state detection element 9 having overcharge, overdischarge, overcurrent detection functions and the like and a charge / discharge control element 10 for connecting and disconnecting current are provided on the upper surface, depending on the state of the battery or the battery using device. To control the battery input / output current.
On the other hand, the passive elements 11 such as resistors and capacitors constituting the protection circuit are provided on the wiring board 2 and disposed in the recesses 12A and 12B.

電池状態検出素子9および充放電制御素子10は、CSP(Chip Size Package)構造半導体素子が用いられている。これらの素子は、配線基板2の実装面および内部に形成された配線3と結合した接続用金属部と素子側のバンプとの導電接続によるフリップチップ実装によって接続される。   The battery state detection element 9 and the charge / discharge control element 10 are CSP (Chip Size Package) structure semiconductor elements. These elements are connected by flip-chip mounting by conductive connection between a connection metal portion coupled to the mounting surface of the wiring board 2 and the wiring 3 formed inside and the bumps on the element side.

これらの半導体素子は、半田ボールによって接続するBGA(Ball Grid Array)構造の素子を用いることができる。ハンダボールは、直径0.1〜0.3mm程度の大きさであり、実装した素子は、半田ボールを含めて全体の厚さは0.3〜0.5mm程度のものを得ることができる。   As these semiconductor elements, elements having a BGA (Ball Grid Array) structure connected by solder balls can be used. The solder ball has a diameter of about 0.1 to 0.3 mm, and the mounted element can have a total thickness of about 0.3 to 0.5 mm including the solder ball.

したがって、これらの受動素子を凹部に収納する場合には、受動部品を凹部に収納することによって保護モジュールの厚みを薄くすることが可能となる。
受動素子としては、1608すなわち長さ1.6mm、幅0.8mm、1005すなわち長さ1.0mm、幅0.5mm、0603すなわち長さ0.4mm、幅0.2mm程度の大きさのものが用いられているが、これらは一般に厚さが0.6〜0.7mmである。
Therefore, when these passive elements are housed in the recesses, the thickness of the protection module can be reduced by housing the passive components in the recesses.
As the passive elements, those having a size of 1608, that is, 1.6 mm in length, 0.8 mm in width, 1005, that is, 1.0 mm in length, 0.5 mm in width, 0603, that is, 0.4 mm in length, and 0.2 mm in width. Although used, they generally have a thickness of 0.6 to 0.7 mm.

したがって、配線基板として厚さが1.0〜1.5mm程度のガラスエポキシ基板を使用し、凹部の深さとして0.5〜0.8mm程度のものを使用すると凹部に配置した受動素子は凹部に収まるか、凹部からわずかに突出するものとすることができる。   Therefore, if a glass epoxy substrate having a thickness of about 1.0 to 1.5 mm is used as the wiring substrate and a depth of the recess is about 0.5 to 0.8 mm, the passive element disposed in the recess is a recess. Or slightly protrude from the recess.

また、CSP構造、BGA構造の素子は薄型化が進んでいるので、これらの素子は保護モジュールの表面にフリップチップ実装によって実装し、比較的厚みが厚い受動素子のみを凹部に配置することによって保護モジュールの厚みを薄くすることが実現可能である。
なお、図1(B)では、機器接続端子8と電池接続端子4A,4Bとは異なる面に形成されているが、図1(C)のように、これらを同一の面に形成しても良い。
In addition, since the elements of the CSP structure and the BGA structure are becoming thinner, these elements are mounted on the surface of the protection module by flip chip mounting, and only passive elements having a relatively large thickness are disposed in the recesses. It is possible to reduce the thickness of the module.
In FIG. 1B, the device connection terminal 8 and the battery connection terminals 4A and 4B are formed on different surfaces, but as shown in FIG. 1C, they may be formed on the same surface. good.

図2は、本発明の保護モジュールを電池と接続する一実施態様を説明する分解斜視図である。
保護モジュール1の部品実装面21の電池接続端子(図示せず)に一端を接合した接続TAB等からなる電池接続部材22A,22Bを電池20と結合して電池20との導電接続を形成する例を示したものである。
電池との接続は、上記したように接続TABを用いたものに限らず断面の外形が円形の一般的なリード線を接合することができる。この場合には、接続端子との接合は小さな面積で実現できるので保護モジュールに設ける接続端子の大きさを小さくすることができる。
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating one embodiment for connecting the protection module of the present invention to a battery.
An example in which battery connection members 22A and 22B made of a connection TAB or the like having one end joined to a battery connection terminal (not shown) of the component mounting surface 21 of the protection module 1 are combined with the battery 20 to form a conductive connection with the battery 20. Is shown.
The connection to the battery is not limited to the connection using the connection TAB as described above, and a general lead wire having a circular cross-section can be joined. In this case, since the joining with the connection terminal can be realized with a small area, the size of the connection terminal provided in the protection module can be reduced.

また、図に示した例では、凹部は、一つの平面からなる底面とその周囲の垂直な平面からなる壁面によって形成されているが、底面は配置する部品毎に段差を設けたり、あるいは、周囲の垂直な壁面にはひだ状の凹凸面を形成し、限られた空間の中での沿面距離を大きくすることによって絶縁距離を大きくすることができる。   Also, in the example shown in the figure, the recess is formed by a bottom surface made of one plane and a wall surface made of a vertical plane around it, but the bottom surface is provided with a step for each component to be placed, By forming a pleated uneven surface on the vertical wall, and increasing the creepage distance in a limited space, the insulation distance can be increased.

図3ないし図5は、本発明の第一の実施態様の保護モジュールの製造工程の一例を説明する図である。
図3(A)は、斜視図を示し、図3(B)は、垂直面で切断した断面図である。
配線基板2の一方の主面に、凹部12A、12Bを形成し、前記主面の表面および凹部の底面には、電池の接続端子を設けるため接続端子用配線14A、14B、電子部品を実装するため電極配線15、16を形成するとともに、他方の主面に二電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子5、二次電池の温度検出信号端子6、電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子7からなる機器接続端子8を形成する。
3-5 is a figure explaining an example of the manufacturing process of the protection module of the 1st embodiment of this invention.
3A shows a perspective view, and FIG. 3B is a cross-sectional view cut along a vertical plane.
Concave portions 12A and 12B are formed on one main surface of the wiring board 2, and connection terminal wirings 14A and 14B and electronic components are mounted on the surface of the main surface and the bottom surface of the concave portion to provide battery connection terminals. Therefore, the electrode wirings 15 and 16 are formed, and on the other main surface, the connection terminal 5 to the positive electrode of the secondary battery using device or the charger, the temperature detection signal terminal 6 of the secondary battery, the negative electrode of the battery using device or the charger, A device connection terminal 8 comprising the connection terminals 7 is formed.

次いで、第4図(A)に斜視図を示し、図4(B)には、垂直面で切断した断面図を示すように、配線基板2の凹部12A、13Bの電極配線16上に、保護回路を構成する受動素子11を実装する。実装は、電極配線16部に半田クリームを塗布し、その上に受動素子11を搭載し、リフロー等の加熱で半田実装することによって行うことができる。   Next, FIG. 4 (A) shows a perspective view, and FIG. 4 (B) shows a cross-sectional view cut along a vertical plane, so that protection is provided on the electrode wiring 16 in the recesses 12A and 13B of the wiring board 2. The passive element 11 constituting the circuit is mounted. Mounting can be performed by applying solder cream to the electrode wiring 16 part, mounting the passive element 11 thereon, and solder mounting by heating such as reflow.

次に、第5図に垂直面で切断した断面図を示すように、基板の電極配線15に、過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9としては、CSP構造半導体素子を、電極配線15に半田クリームを塗布してリフロー等の加熱を行ってフリップチップ実装を行う。同様に、充放電制御素子10としてCSP構造を有するFET等のパワートランジスタもフリップチップ実装によって実装する。
更に、電池接続端子用配線14A、14Bに導電性部材を配置してリフロー等の加熱で半田によって接合して電池接続端子4A,4Bを作製する。
以上の工程によって本発明の保護モジュールを作製することができる。
なお、以上の説明では、電池使用機器、充電器等との機器接続端子および電池接続端子の両者について、正負の両極に対応する端子を設ける例について説明したが、いずれかの端子を共通の端子としても良い。
Next, as shown in FIG. 5 which is a cross-sectional view cut along a vertical plane, the battery state detection element 9 having overcharge, overdischarge, overcurrent detection functions, etc. on the electrode wiring 15 of the substrate is a CSP structure semiconductor. The element is flip-chip mounted by applying solder cream to the electrode wiring 15 and heating such as reflow. Similarly, a power transistor such as an FET having a CSP structure as the charge / discharge control element 10 is also mounted by flip chip mounting.
Further, conductive members are arranged on the battery connection terminal wirings 14A and 14B and joined by soldering by heating such as reflow to produce the battery connection terminals 4A and 4B.
The protection module of the present invention can be manufactured through the above steps.
In the above description, an example in which terminals corresponding to both positive and negative electrodes are provided for both battery connection devices, battery connection devices and battery connection terminals, but either terminal is a common terminal. It is also good.

次に本発明の第二の実施態様を図面を参照して説明する。
図6は、本発明の第二の実施態様の保護モジュールを説明する図であり、図6(A)は斜視図を示し、図6(B)は、垂直面で切断した断面図を示す。
図6に示した保護モジュール1は、単層または多層の配線3を形成した配線基板2の上面側の主面には、電池接続端子4A,4Bを有し、他方の主面には、電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子5、二次電池の温度検出信号端子6、電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子7からなる機器接続端子8を有している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
6A and 6B are diagrams illustrating a protection module according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a perspective view, and FIG. 6B shows a cross-sectional view cut along a vertical plane.
The protection module 1 shown in FIG. 6 has battery connection terminals 4A and 4B on the main surface on the upper surface side of the wiring board 2 on which the single-layer or multilayer wiring 3 is formed, and the other main surface has a battery connection terminal 4A. It has a device connection terminal 8 comprising a connection terminal 5 to the positive electrode of the device or charger used, a temperature detection signal terminal 6 of the secondary battery, and a connection terminal 7 to the negative device of the battery device or charger.

また、上面には過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9および電流を接続および遮断する充放電制御素子10が設けられており、電池あるいは電池使用機器の状態に応じて電池の入出力電流を制御している。
一方、保護回路を構成する抵抗器、コンデンサ等の受動素子11は、配線基板2に設けて凹部12A、12Bに配置されており、凹部の壁面と受動素子との空間には、絶縁性物質17が充填されている。絶縁性物質としては、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、あるいは絶縁性樹脂とガラス繊維等を配合したプリプレグ等を配合した組成物を使用することができる。
In addition, a battery state detection element 9 having overcharge, overdischarge, overcurrent detection functions and the like and a charge / discharge control element 10 for connecting and disconnecting current are provided on the upper surface, depending on the state of the battery or the battery using device. To control the battery input / output current.
On the other hand, the passive element 11 such as a resistor and a capacitor constituting the protection circuit is provided on the wiring board 2 and disposed in the recesses 12A and 12B. In the space between the wall surface of the recess and the passive element, an insulating material 17 is provided. Is filled. As the insulating substance, an insulating resin such as an epoxy resin, or a composition containing a prepreg containing an insulating resin and glass fiber or the like can be used.

このように、一部の構成部品を配線基板に設けた凹部に配置して絶縁性物質を充填したので、周囲環境の変化による絶縁性能の低下を防止することができる。また、絶縁性樹脂を充填しない場合に比べて同一の絶縁性能を維持する場合には、部品相互の距離を小さくすることができるので、高密度実装が可能となり、実装面積を小さくでき、モジュールを小型化できる。
例えば、図1で示した保護モジュールでは、一方の主面に配置した電池接続端子4A、4Bの間には、電池状態検出素子9、充放電制御素子10、および受動素子を設けた2個所の凹部が存在するがこれらの凹部との間の距離を小さくすることが可能となるので保護モジュールの小型化をはかることができる。
As described above, since some of the components are disposed in the recesses provided in the wiring board and filled with the insulating material, it is possible to prevent a decrease in insulation performance due to a change in the surrounding environment. Also, if the same insulation performance is maintained compared to the case where no insulating resin is filled, the distance between components can be reduced, enabling high-density mounting, reducing the mounting area, and Can be downsized.
For example, in the protection module shown in FIG. 1, the battery state detection element 9, the charge / discharge control element 10, and the passive element are provided between the battery connection terminals 4A and 4B arranged on one main surface. Although there are recesses, the distance between these recesses can be reduced, so that the protection module can be reduced in size.

図6に示すように、絶縁性物質17を充填した2個所の凹部の両側の空間をそれぞれ0.5mm短くした場合には、合計で2mmの小型化が可能となる。また、凹部に受動素子を配置したことによって、0.2mmの厚さの減少の効果が得られたとすると、外形が長さ20mm、幅3mm、厚さ1.5mmの保護モジュールの場合には、外形は、18mm×3mm×1.3mmとなり、体積比では、22%の小型化が実現できる。   As shown in FIG. 6, when the spaces on both sides of the two concave portions filled with the insulating material 17 are shortened by 0.5 mm, the total size can be reduced by 2 mm. Further, if the effect of reducing the thickness of 0.2 mm is obtained by arranging the passive element in the concave portion, in the case of a protection module having an outer shape of 20 mm in length, 3 mm in width, and 1.5 mm in thickness, The outer shape is 18 mm × 3 mm × 1.3 mm, and a reduction in size of 22% can be realized by volume ratio.

以下に、本発明の第二の実施態様の保護モジュールの製造方法を説明する。
図7は、本発明の第二の実施態様の保護モジュールを説明する垂直面で切断した断面図である。
図7(A)に示すように配線基板2の一方の主面に、凹部12A、12Bを形成し、該主面の表面および凹部の底面には、電子部品を実装するため電極配線15、16を形成するとともに、電池接続端子を設けるため接続端子用配線14A、14Bを形成する。また、他方の主面に、電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子5、二次電池の温度検出信号端子6、電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子7からなる機器接続端子8を形成する。
Below, the manufacturing method of the protection module of the 2nd embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a vertical plane for explaining the protection module according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7A, recesses 12A and 12B are formed on one main surface of the wiring board 2, and electrode wirings 15 and 16 are mounted on the surface of the main surface and the bottom surface of the recess to mount electronic components. And connection terminal wirings 14A and 14B are formed to provide battery connection terminals. In addition, on the other main surface, a device connection terminal comprising a connection terminal 5 to the positive electrode of the battery using device or the charger, a temperature detection signal terminal 6 of the secondary battery, and a connection terminal 7 to the negative electrode of the battery using device or the charger. 8 is formed.

次いで、図7(B)に示すように、絶縁性支持基板1の凹部12A、12Bの電極配線16上に、保護回路を構成する受動素子11を実装する。実装は、電極配線16部に半田クリームを塗布し、その上に受動素子11を搭載し、リフロー等の加熱で半田実装することによって行うことができる。   Next, as shown in FIG. 7B, the passive element 11 constituting the protection circuit is mounted on the electrode wiring 16 in the recesses 12 </ b> A and 12 </ b> B of the insulating support substrate 1. Mounting can be performed by applying solder cream to the electrode wiring 16 part, mounting the passive element 11 thereon, and solder mounting by heating such as reflow.

次に、図7(C)に示すように、凹部12A、12Bの空間に絶縁性樹脂等からなる絶縁性物質17を充填する。
更に、図7(D)に示すように、基板の電極配線15に、過充電、過放電、過電流検出機能等を有する電池状態検出素子9としては、CSP構造半導体素子を、フリップチップ実装によって搭載し、電極配線15に半田クリームを塗布してリフロー等の加熱で実装する。同様に、充放電制御素子10としてCSP構造を有するFET等のパワートランジスタをフリップチップ実装によって実装する。
また、電池接続端子用配線14A、14Bに導電性部材を配置してリフロー等の加熱で半田によって接合して接続端子4A,4Bを作製することによって本発明の第二の実施態様の保護モジュールを作製することができる。
Next, as shown in FIG. 7C, an insulating material 17 made of an insulating resin or the like is filled in the spaces of the recesses 12A and 12B.
Furthermore, as shown in FIG. 7D, as the battery state detection element 9 having overcharge, overdischarge, overcurrent detection functions, etc. on the electrode wiring 15 of the substrate, a CSP structure semiconductor element is formed by flip chip mounting. It is mounted, solder cream is applied to the electrode wiring 15 and mounted by heating such as reflow. Similarly, a power transistor such as an FET having a CSP structure is mounted as the charge / discharge control element 10 by flip chip mounting.
In addition, the protective module according to the second embodiment of the present invention can be obtained by arranging conductive members on the battery connection terminal wirings 14A and 14B and joining them by soldering by heating such as reflow to produce the connection terminals 4A and 4B. Can be produced.

次に、図8に垂直面で切断した断面図を示すように、本発明の第三の実施態様の保護モジュールを説明する。
第二の実施態様では、第一の主面に設けた保護モジュールの凹部に、高さが凹部の深さよりも低い受動素子を配置する例について述べたが、第三の実施態様では、凹部12A、12Bの深さよりも高さが高い受動素子11を実装した場合であっても、第一の主面の表面に配置する部品の表面の高さH1よりも受動素子11の表面および絶縁性物質17の表面が低くなる場合を示している。このようにすることによって第一あるいは第二の実施態様と同様に保護モジュールの小型化を実現することができる。
Next, a protection module according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to a sectional view taken along a vertical plane in FIG.
In the second embodiment, the example in which the passive element whose height is lower than the depth of the recess is arranged in the recess of the protection module provided on the first main surface, but in the third embodiment, the recess 12A is arranged. Even when the passive element 11 having a height higher than the depth of 12B is mounted, the surface of the passive element 11 and the insulating material are higher than the height H1 of the surface of the component disposed on the surface of the first main surface. The case where the surface of 17 becomes low is shown. By doing so, the size of the protection module can be reduced as in the first or second embodiment.

次に本発明の第四の実施態様について説明する。
図9に垂直面で切断した断面図を示し、本発明の第四の実施態様の保護モジュールを説明する図である。
第四の実施態様の保護モジュールは、図9(A)に斜視図を示すように、第一あるいは第二の実施態様において示した保護モジュール1の第一の主面に配置された構成部品を保護部材18で被覆したものである。保護部材18としては、絶縁性の部材であれば各種のものを用いることができるが、第二の実施態様において凹部に充填した絶縁性物質と同様のエポキシ樹脂等を含む組成物を使用することができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along a vertical plane, and is a diagram illustrating a protection module according to a fourth embodiment of the present invention.
As shown in the perspective view of FIG. 9 (A), the protection module of the fourth embodiment includes components arranged on the first main surface of the protection module 1 shown in the first or second embodiment. The protective member 18 is covered. Various members can be used as the protective member 18 as long as they are insulating members. However, in the second embodiment, a composition containing an epoxy resin similar to the insulating material filled in the recesses should be used. Can do.

図9(B)は、第二の実施態様の保護モジュール1を保護部材18によって被覆した例を説明する断面図である。
このように保護モジュール1の構成部品を保護部材18で被覆すると、少なくとも保護部材18の厚みに相当する大きさの容積が大きくなるが、本発明の保護モジュールにあっては保護部材18で被覆する前の保護モジュールの容積を小さくすることができるので、従来の保護モジュールに比べて保護部材18で被覆した保護モジュール1の容積を小さなものとすることができるので、容積が小さく機械的な衝撃による影響を受けにくい保護モジュール1を提供することができる。
例えば、第二の実施態様で説明した、外形が長さ20mm、幅3mm、厚さ1.5mmの従来の保護モジュールの第1の主面を厚さ0.2mmの樹脂で封止した場合には、20mm×3mm×1.7mmとなるが、第2の実施態様で説明した外形が、18mm×3mm×1.3mmの保護モジュールの主面を厚さ0.2mmの樹脂で封止した場合には、18mm×3mm×1.5mmのとなり、体積比では、21%の小型化が実現できる。
FIG. 9B is a cross-sectional view illustrating an example in which the protection module 1 according to the second embodiment is covered with the protection member 18.
Thus, when the components of the protection module 1 are covered with the protection member 18, the volume corresponding to at least the thickness of the protection member 18 is increased. However, in the protection module of the present invention, the protection member 18 is covered. Since the volume of the previous protection module can be reduced, the volume of the protection module 1 covered with the protection member 18 can be made smaller than that of the conventional protection module. The protection module 1 that is not easily affected can be provided.
For example, when the first main surface of the conventional protection module described in the second embodiment having a length of 20 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1.5 mm is sealed with a resin having a thickness of 0.2 mm Is 20 mm × 3 mm × 1.7 mm, but the outer shape described in the second embodiment is a case where the main surface of the protection module of 18 mm × 3 mm × 1.3 mm is sealed with a resin having a thickness of 0.2 mm The size is 18 mm × 3 mm × 1.5 mm, and the volume ratio can be reduced by 21%.

以上に示した例では、受動素子を凹部に配置する例を示したが、厚みが大きな受動素子を凹部に配置することによって保護モジュールの厚みを小さくすることが可能であることを示したものであって、受動素子のみを凹部に配置することを特定したものではなく、すべての部品を凹部に配置しても良い。
図10は、本発明の第五の実施形態を説明する図であって、受動素子および半導体素子の全てを凹部に配置した例を説明する断面図である。
図10では、厚みが大きな受動素子11を、凹部12A、12Bに配置するとともに、電池状態検出素子9および充放電制御素子10をそれぞれ凹部12C、12Dに配置した例を示している。このように半導体素子を凹部に配置した場合には、外来の電気的なノズル、特に静電気による影響を受けやすい半導体素子の静電気耐量を向上させることが可能となり信頼性が大きな保護モジュールを提供することが可能となる。
In the example shown above, the example in which the passive element is arranged in the recess is shown, but it is shown that it is possible to reduce the thickness of the protection module by arranging the passive element having a large thickness in the recess. Thus, it is not specified that only the passive element is disposed in the recess, and all components may be disposed in the recess.
FIG. 10 is a diagram for explaining the fifth embodiment of the present invention, and is a sectional view for explaining an example in which all of the passive elements and the semiconductor elements are arranged in the recesses.
FIG. 10 shows an example in which the passive element 11 having a large thickness is disposed in the recesses 12A and 12B, and the battery state detection element 9 and the charge / discharge control element 10 are disposed in the recesses 12C and 12D, respectively. Thus, when the semiconductor element is arranged in the recess, it is possible to improve the static electricity resistance of the external electric nozzle, particularly the semiconductor element that is easily affected by static electricity, and to provide a highly reliable protection module. Is possible.

本発明の保護モジュールは、少なくとも一部の部品を実装基板の凹部に埋め込むことにより、埋め込んだ部品と表面に実装された部品の配線を凹部から基板内層を通して配線可能となり、全部品を同一平面へ実装した場合に部品間に設けられた配線スペースを除去でき、配線のためのスペースを減少することができるので、容積が小さな保護モジュールを提供することができる。   In the protection module of the present invention, by embedding at least a part of the component in the recess of the mounting substrate, wiring of the embedded component and the component mounted on the surface can be routed from the recess through the inner layer of the substrate. When mounted, the wiring space provided between the components can be removed and the space for wiring can be reduced, so that a protection module having a small volume can be provided.

図1は、本発明の保護モジュールを説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a protection module according to the present invention. 図2は、本発明の保護モジュールを装着した電池の一の実施態様を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating one embodiment of a battery equipped with the protection module of the present invention. 図3は、本発明の保護モジュールの第一の実施態様を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a first embodiment of the protection module of the present invention. 図4は、本発明の第一の実施態様の保護モジュールの製造工程を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the protection module according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第一の実施態様の保護モジュールの製造工程を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing process of the protection module according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第二の実施態様の保護モジュールを説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the protection module according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第二の実施態様の保護モジュールの製造工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a manufacturing process of the protection module according to the second embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第三の実施態様の保護モジュールを説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the protection module according to the third embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第四の実施態様の保護モジュールを説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a protection module according to a fourth embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第五の実施態様の保護モジュールを説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the protection module according to the fifth embodiment of the present invention. 図11、従来の二次電池用の保護モジュールの一例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a conventional protection module for a secondary battery.

符号の説明Explanation of symbols

1…保護モジュール、3…配線、2…配線基板、4A,4B…電池接続端子、5…電池使用機器あるいは充電器の正極との接続端子、6…二次電池の温度検出信号端子、7…電池使用機器あるいは充電器の負極との接続端子、8…機器接続端子、9…電池状態検出素子、10…充放電制御素子、11…受動素子、12A、12B、12C、12D…凹部、14A,14B…接続端子用配線、15,16…電極配線、H1…部品の表面の高さ、17…絶縁性物質、18…保護部材、20…電池、21…部品実装面、22A,22B…電池接続部材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Protection module, 3 ... Wiring, 2 ... Wiring board, 4A, 4B ... Battery connection terminal, 5 ... Connection terminal with battery use apparatus or the positive electrode of a charger, 6 ... Secondary battery temperature detection signal terminal, 7 ... Battery connection device or connection terminal with negative electrode of charger, 8 ... device connection terminal, 9 ... battery state detection element, 10 ... charge / discharge control element, 11 ... passive element, 12A, 12B, 12C, 12D ... recess, 14A, 14B ... Connection terminal wiring, 15, 16 ... Electrode wiring, H1 ... Part height, 17 ... Insulating material, 18 ... Protective member, 20 ... Battery, 21 ... Component mounting surface, 22A, 22B ... Battery connection Element

Claims (5)

単層または多層に配線された配線板面に、電池接続端子、機器接続端子を有し、電池保護回路を構成する電子部品の少なくともいずれかは、配線板面に形成された凹部に実装配置され、前記保護回路を構成する平板状半導体素子は部品実装面に対してフリップチップ実装されたものであることを特徴とする保護モジュール。 At least one of the electronic components that have battery connection terminals and device connection terminals on the wiring board surface wired in a single layer or multiple layers and that constitute the battery protection circuit is mounted and disposed in a recess formed on the wiring board surface. The protection module is characterized in that the flat semiconductor element constituting the protection circuit is flip-chip mounted on a component mounting surface. 配線板面の一方の主面に、電池接続端子および電池保護回路を構成する電子部品を有し、他方の主面に機器接続端子を有したことを特徴とする請求項1記載の保護モジュール。 The protection module according to claim 1, further comprising: an electronic component constituting a battery connection terminal and a battery protection circuit on one main surface of the wiring board surface, and an apparatus connection terminal on the other main surface. 配線板面の一方の主面に、機器接続端子および電池接続端子を有し、他方の主面に電池保護回路を構成する電子部品の実装面を有したことを特徴とする請求項1記載の保護モジュール。 2. The circuit board according to claim 1, further comprising: a device connection terminal and a battery connection terminal on one main surface of the wiring board surface, and a mounting surface for electronic components constituting a battery protection circuit on the other main surface. Protection module. 凹部に実装された保護回路装置を構成する電子部品上を絶縁性物質で封止し、埋め込み構造としたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の保護モジュール。 The protection module according to any one of claims 1 to 3, wherein an electronic component constituting the protection circuit device mounted in the recess is sealed with an insulating material to form an embedded structure. すべての実装部品を絶縁性物質で封止したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の保護モジュール。 5. The protection module according to claim 1, wherein all the mounted components are sealed with an insulating material.
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