JP2009259920A - Circuit board and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池パック用の保護回路基板等の、外部接続用タブが溶接される回路基板および回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a circuit board to which an external connection tab is welded, such as a protection circuit board for a battery pack, and a method for manufacturing the circuit board.
保護回路基板は、電池パックを構成する上で必要不可欠の要素であり、殆どの電池パックに使用されている。電池パックは、保護基板回路と、外部接続用タブを抵抗溶接により接合し、保護回路基板と電池を、外部接続用タブを介して電気的及び機械的に接続する構造となっている。 The protection circuit board is an indispensable element for constituting the battery pack, and is used in most battery packs. The battery pack has a structure in which a protective substrate circuit and an external connection tab are joined by resistance welding, and the protective circuit substrate and the battery are electrically and mechanically connected via the external connection tab.
このような保護回路基板は、一方の面に電極パットが形成され、前記電極パットの表面に半田ペーストを塗布し、前記半田ペースト上に導電ブロックを実装し、半田を介して導電ブロックを電気的及び機械的に接合する構造となっている。また、外部接続用タブは、保護回路基板上に半田を介して接合された導電ブロックの表面に、抵抗溶接される事で電気的及び機械的に接続される。 In such a protection circuit board, an electrode pad is formed on one surface, a solder paste is applied to the surface of the electrode pad, a conductive block is mounted on the solder paste, and the conductive block is electrically connected via the solder. And it is the structure which joins mechanically. The external connection tab is electrically and mechanically connected by resistance welding to the surface of the conductive block joined to the protective circuit board via solder.
図4は、従来技術による保護回路基板の構造を示す。図4(a)は、平面図、図4(b)は、溶接時の断面図である。図4(a)、図4(b)において41は保護回路の基板、42は電極パット、43は半田層を形成する時に用いられるレジスト、44は半田層(組成:Su96.5%,Ag3.0%,Cu0.5%,融点200℃〜240℃)であり、45は主にニッケルからなる導電ブロック(サイズ 縦3.0mm,横3.0mm,厚さ0.2〜0.4mm)、46は主にニッケルからなる外部接続用タブ(幅2.5mm〜3.0mm,厚さ0.100mm〜0.125mm)、47は導電ブロックと外部接続用タブ溶接時に用いる溶接棒、48は溶接時の電流の方向、49は溶接により発生する熱の伝わる領域を示し、50は再溶融した半田の飛び散りを示す。
FIG. 4 shows the structure of a protection circuit board according to the prior art. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view during welding. 4 (a) and 4 (b),
回路基板の製造方法は、保護回路の基板41に、半田層44形成のためにレジスト43を塗布し、その後、半田層44を形成する。半田層44上に、導電ブロック45を設定し、加熱することにより導電ブロック45を、保護回路の基板41に半田溶着する。導電ブロック45上に、外部接続用タブ46を設定し、溶接棒47を用いて導電ブロック45と外部接続用タブ46を溶接接続する。
In the method of manufacturing the circuit board, a
上記記載の回路基板の製造方法で接続する事により、電極パット42と外部接続用タブ46との電気的な接続をより確実なものにすることが出来るが、ここで問題になるのは、抵抗溶接で外部接続用タブ46を溶接する際に発生する熱が、導電ブロック45の裏面に伝わることである。裏面に伝わった熱により、温度が半田の融点よりも高温になり、導電ブロック45の裏面に、直接形成されていた半田層44が再溶融し、外部に飛び散る可能性がある。飛散した半田が、保護回路の基板41に実装されている他の部品や、外部接続用タブ46などに付着すると、ショートの発生など、不良に繋がる恐れがある。
The electrical connection between the
前記の問題を解決する方法として、特許文献1には、溶接が行われる位置に対応する位置の、回路の基板と導電ブロックを半田付けするランド部に、半田付けが行われない非半田付け部を設けることが開示されている。また、特許文献2には、電極パットが形成された回路基板の他方の面に、前記回路基板よりも大きい導電板を、かしめ又は半田付けにより接続し、抵抗溶接による熱が半田に伝わりにくい構造にする技術が開示されている。また、特許文献3には、溶融した半田が、回路基板上の電子部品側に飛散しないように、回路基板に溶融した半田を受容または逃がす為の開口部を有する回路基板の技術が開示されている。 As a method for solving the above-mentioned problem, Patent Document 1 discloses a non-soldering portion in which soldering is not performed on a land portion where a circuit board and a conductive block are soldered at a position corresponding to a position where welding is performed. Is disclosed. Patent Document 2 discloses a structure in which a conductive plate larger than the circuit board is connected to the other surface of the circuit board on which the electrode pad is formed by caulking or soldering, and heat due to resistance welding is not easily transmitted to the solder. The technology to make is disclosed. Patent Document 3 discloses a technique for a circuit board having an opening for accepting or escaping the molten solder on the circuit board so that the molten solder does not scatter to the electronic component side on the circuit board. Yes.
しかしながら、特許文献1は、半田が再溶融した場合、導電ブロックの位置がずれてしまうという課題があった。また、特許文献2は、回路基板の全体寸法が大きくなるという課題や、前記導電板を接合する為には多数の工程が必要であるという課題、また回路基板の加工が必要という課題があり、回路基板のコストアップを生じる。また、特許文献3は、半田飛散方向を限定することを解決方法としているが、電池パックでは、全方向に対して半田飛散を防がなくてはならない。 However, Patent Document 1 has a problem that the position of the conductive block is shifted when the solder is remelted. Patent Document 2 has a problem that the overall dimensions of the circuit board are increased, a problem that a large number of processes are required to join the conductive plates, and a problem that processing of the circuit board is necessary. Increases the cost of the circuit board. Moreover, although patent document 3 makes the solution the limitation of the solder scattering direction, in a battery pack, solder scattering must be prevented with respect to all directions.
従って、本発明の課題は、回路の基板と導電ブロックの接合用の半田に熱を伝えにくくする回路基板および回路基板の製造方法を提供することである。また、熱により溶融した半田が外部に飛散する事を防止する構造と、半田の再溶融による導電ブロックの位置ずれを防止する回路基板および回路基板の製造方法を提供する。更に、電池パックに使用する回路基板の全体寸法の増大及びコストアップを防ぐ回路基板および回路基板の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a circuit board and a circuit board manufacturing method that make it difficult to transfer heat to a solder for joining a circuit board and a conductive block. Also provided are a structure for preventing the solder melted by heat from scattering to the outside, a circuit board for preventing displacement of the conductive block due to remelting of the solder, and a method for manufacturing the circuit board. It is another object of the present invention to provide a circuit board and a circuit board manufacturing method that prevent an increase in overall dimensions and cost of the circuit board used in the battery pack.
本発明は、前記の課題解決のため、回路の基板と接合する導電ブロックの構造と接続方法を再検討した結果なされたものである。 The present invention has been made as a result of reconsideration of the structure and connection method of a conductive block bonded to a circuit board in order to solve the above-mentioned problems.
即ち、本発明は、電極部として導電性の孔を設けた回路の基板に、溶融した半田が外部に飛散する事を防止する為の半田受容部及び回路の基板との接合用の突起を有する導電ブロックを、半田を介して電気的及び機械的に接合する事を特徴とする回路基板および回路基板の製造方法である。 That is, the present invention has a solder receiving portion for preventing molten solder from splashing to the outside and a projection for joining the circuit substrate to a circuit substrate provided with conductive holes as electrode portions. A circuit board and a method of manufacturing the circuit board, wherein the conductive block is electrically and mechanically joined via solder.
本発明によれば、基板に形成された電極部に半田付けされた導電ブロックに、外部接続用タブが溶接される回路基板であって、前記基板に導電性の孔を設け、前記導電ブロックに設けた突起部を前記導電性の孔と接合させたことを特徴とする回路基板が得られる。 According to the present invention, there is provided a circuit board to which an external connection tab is welded to a conductive block soldered to an electrode portion formed on the board, wherein the board is provided with a conductive hole, and the conductive block is provided with the conductive block. A circuit board is obtained in which the provided protrusion is bonded to the conductive hole.
本発明によれば、前記導電ブロックに半田受容部が形成されていることを特徴とする回路基板が得られる。 According to the present invention, there is obtained a circuit board characterized in that a solder receiving portion is formed on the conductive block.
本発明によれば、前記基板の孔が前記基板を貫通していることを特徴とする回路基板が得られる。 According to the present invention, there is obtained a circuit board characterized in that the hole of the board penetrates the board.
本発明によれば、前記基板の孔が前記基板を貫通していないことを特徴とする回路基板が得られる。 According to the present invention, there is obtained a circuit board characterized in that the holes of the board do not penetrate the board.
本発明によれば、基板に形成された電極部に半田付けされた導電ブロックに、外部接続用タブが溶接される回路基板であって、前記基板に導電性の孔を設け、前記導電ブロックに設けた突起部を前記導電性の孔と接合させることを特徴とする回路基板の製造方法が得られる。 According to the present invention, there is provided a circuit board to which an external connection tab is welded to a conductive block soldered to an electrode portion formed on the board, the conductive block being provided in the board, and the conductive block being provided in the conductive block. A method for manufacturing a circuit board is obtained, wherein the provided protrusion is bonded to the conductive hole.
本発明によれば、前記導電ブロックに半田受容部が形成されていることを特徴とする回路基板の製造方法が得られる。 According to the present invention, there is obtained a circuit board manufacturing method characterized in that a solder receiving portion is formed on the conductive block.
本発明によれば、前記基板の孔が前記基板を貫通していることを特徴とする回路基板の製造方法が得られる。 According to the present invention, there is obtained a method for manufacturing a circuit board, wherein the holes of the board pass through the board.
本発明によれば、前記基板の孔が前記基板を貫通していないことを特徴とする回路基板の製造方法が得られる。 According to the present invention, there is obtained a method for manufacturing a circuit board, wherein the holes of the board do not penetrate the board.
本発明による回路基板および回路基板の製造方法によれば、抵抗溶接による熱が直接発生する部分には半田が存在しない為、抵抗溶接により発生する熱を半田へ伝えにくくなる。この構造により、半田の再溶融を防ぐとともに、半田が溶融した場合でも外部への飛散が防止できる為、半田の溶融、飛散に起因する不良を極めて少なくする事ができる。 According to the circuit board and the circuit board manufacturing method of the present invention, since solder does not exist in a portion where heat generated by resistance welding is directly generated, it becomes difficult to transfer heat generated by resistance welding to the solder. According to this structure, remelting of the solder is prevented, and even when the solder is melted, scattering to the outside can be prevented, so that defects caused by melting and scattering of the solder can be extremely reduced.
また、本発明の回路基板および回路基板の製造方法によれば、回路基板に通常の回路基板作製工程以外の特別な加工が必要ないため、特別のコストアップなしに半田の再溶融等の影響を防止できる効果がある。 Further, according to the circuit board and the circuit board manufacturing method of the present invention, the circuit board does not require any special processing other than the normal circuit board manufacturing process. There is an effect that can be prevented.
また、回路の基板と導電ブロックは、回路の基板に設けた電極部としての導電性貫通孔と、導電ブロックに設けた突起部によって接合される為、導電ブロックの位置精度向上という効果もある。 Further, since the circuit board and the conductive block are joined by the conductive through hole as the electrode part provided on the circuit board and the projection provided on the conductive block, there is an effect of improving the position accuracy of the conductive block.
本発明の回路基板および回路基板の製造方法は、導電ブロックと外部接続用タブが溶接される時、基板と導電ブロックを接合した半田に熱を伝えにくくするために、基板の電極部と導電ブロックの接合構造を改良している。基板の電極部には導電性の孔を設け、導電ブロックには突起部とその突起部の周りに溶融した半田が外部に飛散することを防止する為の半田受容部を設けて、導電性の孔と導電ブロックの突起部を組み合わせて、半田により基板の電極部と導電ブロックを電気的に及び機械的に接合する。 In the circuit board and the circuit board manufacturing method of the present invention, when the conductive block and the external connection tab are welded, in order to make it difficult to transfer heat to the solder joining the board and the conductive block, The joint structure has been improved. A conductive hole is provided in the electrode part of the substrate, and a conductive receiving block is provided in the conductive block to prevent the molten solder from being scattered to the outside around the protruding part. The hole and the protrusion of the conductive block are combined, and the electrode portion of the substrate and the conductive block are electrically and mechanically joined by solder.
以下に、本発明の実施の形態を図面参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の回路基板の構造を示す。 図1(a)は、平面図、図1(b)は、回路の基板だけの平面図、図1(c)は、溶接時の断面図、図1(d)は、導電ブロックの斜視図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows the structure of a circuit board according to Embodiment 1 of the present invention. 1A is a plan view, FIG. 1B is a plan view of only a circuit board, FIG. 1C is a sectional view during welding, and FIG. 1D is a perspective view of a conductive block. Indicates.
図1(c)において、具体的な1例を示すと、11は回路の基板で、基材はガラス繊維強化型のエポキシ樹脂からなり、厚さは0.44mm。12は電極部としての孔の周囲を銅箔で覆った導電性貫通孔であり、通常の回路基板作製のスルーホール基板工程で作製し、穴径はφ0.7mm、銅箔厚さは30μm。13は半田塗布面を設定するレジストであり、厚さは50μm。15はニッケルからなる導電ブロックで、大きさは、縦3.0mm、横3.0mm、厚さ0.4mmからなる。15aは導電ブロック15に設けた導電ブロック突起部で、形状はφ0.5mm、長さは0.8mm。15bは導電ブロック15に設けた導電ブロック半田受容部で、その空間体積は0.34mm3。14は半田で、組成はSu96.5%,Ag3.0%,Cu0.5%、融点は200℃〜214℃からなり、塗布体積は0.15mm3。16はニッケルからなる外部接続用タブで、大きさは、幅3.0mm、厚さ0.1mm、長さ3.0mm(長さは電池パックの構造によって可変するため、長さが20mm以上になることもある)。17は導電ブロックと外部接続用タブ溶接時に用いるアルミナ分散銅の溶接棒、18は溶接により発生する熱の伝わる領域を示す。なお、この具体例の場合、例えば溶接棒17の径φ1.3mm、溶接棒間隔0.4mm、加圧力19.6N、通電時間2.1〜2.3ms、通電電流1.5〜2.1kA、電圧2.1〜2.3Vの条件で回路の基板11上の導電ブロック15に外部接続用タブ16の抵抗溶接が可能である。
In FIG. 1C, one specific example is shown.
ここで、導電ブロック半田受容部15bの半田受容部の長さ19aは、半田塗布面の長さ19bよりも大きくし、且つ、導電ブロック半田受容部15bの空間体積は、半田14の塗布体積より大きくなるようにしなければいけない。また、導電ブロック15は、レジスト13に、面接触している。
Here, the
図1(c)に示したように、回路の基板11に設けられた導電性貫通孔12に、導電ブロック突起部15aが挿入され、半田14を介して回路の基板11と電気的及び機械的に半田接合される。
As shown in FIG. 1C, the
次に、回路の基板11と接合された導電ブロック15の表面に外部接続用タブ16を溶接棒17により抵抗溶接する。溶接を行う事で、導電ブロック15と外部接続用タブ16の電気的及び機械的な接続が確保できる。
Next, the
図1(c)において、外部接続用タブ16を導電ブロック15に抵抗溶接にて電気的及び機械的に接続する時に発生する熱は、溶接により発生する熱の伝わる領域18のように広がる。ここに示したように、回路の基板11と導電ブロック15の接合を導電ブロック15に設けた導電ブロック突起部15aで行う事により、抵抗溶接を行う時に発生する熱の影響を、半田14に伝えにくくなり、半田の再溶融を防止できる。
In FIG. 1C, the heat generated when the
更に、導電ブロック15と半田14の間には、導電ブロック半田受容部15bにより空気層が存在する為、熱伝導率が低下し、半田14の再溶融を防止する。半田14が再溶融したとしても、図1の構造から明らかなように、導電ブロック半田受容部15bの空間体積が、半田塗布体積よりも大きい為、再溶融し外部に飛び散ろうとする半田14を受容し、外部への飛散を防止する。
Further, since an air layer exists between the
また、導電ブロック15に設けた導電ブロック突起部15aを、回路の基板11の導電性貫通孔12に挿入する構造により、導電ブロック15の位置精度が向上する効果がある。特に、図1のように、導電ブロック突起部15aと回路の基板11の導電性貫通孔12を2ヶ所設けることにより、接合時の回転ずれが防止され、より正確な位置精度で接合が行われる。図1(c)において、導電ブロック15の導電ブロック突起部15aの長さを回路の基板11の厚さより短くする事によって、導電ブロック15の導電ブロック突起部15aが回路の基板11の反対面へ突き出さないように構成することもできる。また、貫通孔にとすることにより、回路の基板11と導電ブロック15の接合が強固となり接合の状況の目視確認も可能となる。
Further, the structure in which the
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2の回路基板の構造を示す。導電ブロック突起部25a、電極部としての導電性未貫通孔22の形状は、図2に示すように、回路の基板21の導電性の貫通孔とはせずに、導電性未貫通孔22とする事により、導電ブロック25の導電ブロック突起部25aが回路の基板21の反対面へ突き出さないので、回路の基板21を直接平坦な部品に設置可能に設計することができる。23は半田塗布面を設定するレジスト、24は回路の基板21と導電ブロック25を接続した半田、25bは導電ブロック25と外部接続用タブ26が抵抗溶接を行う時、空気層により熱伝導率を低下させて、半田24の再溶融を防止する導電ブロック半田受容部。また、半田24が再溶融したとしても、導電ブロック半田受容部15bの空間体積が、半田塗布体積よりも大きい為、再溶融し外部に飛び散ろうとする半田24を受容し、外部への飛散を防止する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows the structure of the circuit board according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the shape of the
(実施の形態3)
図3に、本発明の実施の形態3の導電ブロックが有する突起部及び半田受容部、回路基板に設ける導電性貫通孔の配置の一例を示す。図3(a)は、導電ブロックの斜視図、図3(b)は、回路の基板だけの平面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows an example of the arrangement of the projecting portions and solder receiving portions of the conductive block according to Embodiment 3 of the present invention, and conductive through holes provided in the circuit board. 3A is a perspective view of a conductive block, and FIG. 3B is a plan view of only a circuit board.
図3(a)に導電ブロック33が有する、導電ブロック突起部33a、導電ブロック半田受容部33b、図3(b)に回路の基板31に設ける電極部としての導電性貫通孔32の配置の一例を示す。実施の形態3のように、導電ブロック33に設ける導電性ブロック突起部33aは、導電ブロック33端面に対して、平行で無く角度をもって設置されても良い。
FIG. 3A shows an example of the arrangement of the
上記に示した、実施の形態の各部材質、形状、大きさは一例であり、この例に限定されるものではない。また、導電ブロック15、25の導電ブロック突起部15a、25aの個数や配置、回路の基板11の導電性貫通孔12及び回路の基板21の導電性未貫通孔22の個数や配置も、溶接の電流方向、回路の基板11,21と導電ブロック15,25の接合に必要とする仕様に応じて変更が可能であり、これに限定されるものではない。
Each member quality, shape, and size of the embodiment described above is an example, and the present invention is not limited to this example. The number and arrangement of the
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these embodiment, Even if there is a design change of the range which does not deviate from the summary of this invention, it is included in this invention. That is, various changes and modifications that can be naturally made by those skilled in the art are also included in the present invention.
本発明の回路基板および回路基板の製造方法を用いることにより、電池パック、二次電池等、溶接、接続に高い信頼性が要求される分野において、適した回路基板および回路基板の製造方法に適用できる。 By using the circuit board and the circuit board manufacturing method of the present invention, the present invention is applied to a circuit board and a circuit board manufacturing method suitable for battery packs, secondary batteries, and the like in fields where high reliability is required for welding and connection. it can.
11 回路の基板
12 導電性貫通孔
13 レジスト
14 半田
15 導電ブロック
15a 導電ブロック突起部
15b 導電ブロック半田受容部
16 外部接続用タブ
17 溶接棒
18 溶接により発生する熱の伝わる領域
19a 半田受容部の長さ
19b 半田塗布面の長さ
21 回路の基板
22 導電性未貫通孔
23 レジスト
24 半田
25 導電ブロック
25a 導電ブロック突起部
25b 導電ブロック半田受容部
26 外部接続用タブ
31 回路の基板
32 導電性貫通孔
33 導電ブロック
33a 導電ブロック突起部
33b 導電ブロック半田受容部
41 保護回路の基板
42 電極パット
43 レジスト
44 半田層
45 導電ブロック
46 外部接続用タブ
47 溶接棒
48 電流の方向
49 溶接により発生する熱の伝わる領域
50 再溶融した半田の飛び散り
11
15b Conductive block
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