JP2010127805A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と高信頼性を実現した電池監視装置を提供する。
【解決手段】電池監視装置は、細長形状の実装基板と面付された電池監視用半導体装置とを有する。電池監視用半導体装置は、タブを挟んで両側に配置された第１，２電極を有し、第１電極とそれに対応した半導体チップの複数の第１パッドとが複数の第１ワイヤで接続され、第２電極とそれに対応した半導体チップの第２パッドとが１本の第２ワイヤで接続される。タブ、第１及び第２電極の裏面側が実装基板の電極と接合材により上記面付けされる。第１電極は、長手方向と直交する短手方向に細長形状とされて複数のワイヤの一端が短手方向に並んで接続され、第２電極は、短手方向の長さが第１電極のそれよりも短く、長手方向において最外側が第１電極の最外側よりも内側で長手方向に沿った長方形とされてワイヤの一端が接続される。
【選択図】図１

Description

この発明は、電池監視装置に関し、例えばリチウムイオン二次電池に利用して有効な技術に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、電池の過充電及び過放電等を監視する電池監視装置が設けられる。このような電池監視装置に関して、本願発明者等においては、特開２００６−２０８１５２号公報において、信頼性の改善に向けた発明を提案している。同公報においては、監視装置を構成する細長の実装基板の湾曲による半導体装置の剥離性強度の改善のために実装基板の長手方向に細長タブに設けて、それを挟んで長手方向の両側に外部電極を配置させる。

特開２００６−２０８１５２号公報

特許文献１において、電池監視装置は、充放電制御用のＭＯＳスイッチと、その制御回路とを構成する２つの半導体装置が細長の実装基板に長手方向に並んで搭載されている。そして、ＭＯＳスイッチと上記制御回路との間は、実装基板に設けられた配線により接続される。本願発明者においては、リチウムイオン二次電池の小型化や薄型化に向けて、図１４（Ａ）に示したような監視用半導体装置を検討した。上記図１４（Ａ）は、半導体チップの上面図を示している。この監視用半導体装置は、ＭＯＳスイッチを有する充放電制御用チップ２と、監視用チップ３とが一体的にパッケージ内に収納される。この構成では、監視用チップと充放電制御用チップとの間をボンディングワイヤ１１により接続できるので、実装基板に対する実装面積も小さくできる。

上記のように充放電制御用チップ２と監視用チップ３からなる監視用半導体装置１を電池パックの側面に搭載できるよう細長形状にされた実装基板に面付けして搭載する場合、前記特許文献１と同様に実装基板の湾曲による半導体装置の剥離性強度の改善のために、図１４（Ｂ）の裏面図に示したように、実装基板の長手方向に前記充放電制御用チップ２と監視用チップ３のそれぞれに対応した細長タブ４，５を設けて、それを挟んで長手方向の両側に外部電極６，７を配置させる。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）の側面図に示すように、細長い実装基板を有する電池監視装置においては、その実装基板の形状からその取り扱い時等で発生する外部応力による基板曲げ応力は、上記実装基板の長辺（長手）方向に大きく作用し、（Ｂ）のように実装基板の湾曲が大きくなると監視用半導体装置ＩＣの電極が剥離してしまう。上記基板曲げ応力に対応した実装基板の湾曲による監視用半導体装置ＩＣの剥離性強度の改善のために、前記特許文献１のように上記長手方向の両側に外部電極が配置されている。図１４に示した電池監視装置においては、充放電制御用チップ２の電流経路での寄生抵抗低減のためにボンディング用電極６を短手方向に細長く形成し、そこに複数のボンディングワイヤ８を平行に配置して低抵抗の電流経路が構成される。これに対して、監視用チップ３は、上記のように低抵抗とする必要がなく、１本のボンディングワイヤ９が接続できれば足りるので、上記ＭＯＳスイッチとの接続行うボンディング用電極６に比べて小さなボンディング用電極７とされている。

本願発明者においては、上記図１４に示したような構成の電池監視装置においては、上記図１５のような実装基板の湾曲による半導体装置の個々の外部電極間に剥離性強度に差が生じるという新たな問題点を見い出した。つまり、充放電制御用チップ２の電流経路での寄生抵抗低減のためにボンディング用電極６を短手方向に細長く形成した結果、実装基板との間の接合面積が大きくなるのに対して、上記監視用チップ３に対応したボンディング用電極７の面積が大幅に小さくなる結果、接合面積の差に対応して上記監視用チップ３の接続電極７の剥離強度が上記充放電制御用チップ２の接続電極６の剥離強度に対して相対的に弱くなる。このため、監視用チップ３の接続電極に前記図１５（Ｂ）に示したような剥離が生じて監視機能が不能となった状態でも、上記充放電制御用チップ２による電流パスが存在したままとなる可能性が大幅に高くなる。このため、上記監視機能の不能状態で充放電制御用チップ２による電流パスが存在したままであるということは、過充電や負荷短絡が発生した場合に過電流による発火等の重大な事故を引き起こす可能性を有することを意味する。

この発明の目的は、小型化と高信頼性を実現した電池監視装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される１つの実施例は、以下の通りである。電池監視装置は、細長形状の実装基板と、上記実装基板に面付された電池監視用半導体装置とを有する。上記電池監視用半導体装置は、タブと、上記タブを挟んで両側にそれぞれ配置された第１電極と、上記タブの両側に対応してそれぞれ配置された第２電極と、上記タブに搭載された半導体チップと、上記第１電極と、それに対応した上記半導体チップの複数の第１ボンディングパッドとの間にそれぞれ設けられた複数の第１ボンディングワイヤと、上記第２電極と、それに対応した上記半導体チップの第２ボンディングパッドとの間にそれぞれ設けられた１本の第２ボンディングワイヤと、上記タブ、第１電極及び第２電極の裏面側を露出させた状態で上記半導体チップ、上記第１及び第２ボンディングワイヤを含んで封止する樹脂パッケージとを有する。上記電池監視用半導体装置の上記タブ、第１電極及び第２電極の裏面側が上記実装基板の対応する電極に導電性接合材により接続されて上記面付けされる。上記第１電極は、実装基板の長手方向と直交する短手方向に細長形状とされて上記複数のボンディングワイヤの一端が上記短手方向に並んで接続され、上記第２電極は、短手方向の長さが上記第１電極の短手方向の長さよりも短く、上記長手方向において最外側が上記第１電極の最外側よりも内側で上記長手方向に沿った長方形とされて上記１つのボンディングワイヤの一端が接続される。

電池監視装置が１つの半導体装置で構成できるから小型化が可能となり、監視用チップの接続電極の剥離強度の強化によって高信頼性を実現することができる。

図１（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の一実施例の上面透過図が示されている。図１（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記のように電池監視装置の小型化等のために１つのパケッージに２つの半導体チップが内蔵されるという、いわゆるマルチチップ構造とされる。そのうちの１つのは、ＭＯＳスイッチを有する充放電制御用チップ２であり、他の１つのは、上記ＭＯＳスイッチの制御回路とを構成する監視用チップ３である。

図１（Ａ）において、上記充放電制御用チップ２は、同図で横長にされたタブ４に搭載される。上記監視用チップ３は、同図で横長にされたタブ５に搭載される。上記タブ４とタブ５は、同図での横方向における中心が一致するよう平行に配置される。

上記充放電制御用チップ２に対して、同図の左右に一対のボンディング用電極６が配置される。これら一対のボンディング用電極６は、上記充放電制御用チップ２との間で複数のボンディングワイヤ８が平行に配置できるように、同図の縦方向に縦長に形成される。複数のボンディングワイヤ８を設けることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路における寄生抵抗を減らすことができる。

上記充放電制御用チップ２に対して、同図の左右に一対のボンディング用電極６が配置される。これら一対のボンディング用電極６は、上記充放電制御用チップ２との間で複数のボンディングワイヤ８が平行に配置できるように、同図の縦方向に縦長に形成される。上記のように複数のボンディングワイヤ８を設けることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路における寄生抵抗を減らすことができる。

上記監視用チップ３に対して、同図の左右に一対のボンディング用電極７が配置される。これら一対のボンディング用電極７は、監視用チップに対して動作電圧を与えるものであり、１本のボンディングワイヤ９により動作電圧が与えられる。そのため、前記のように基本的には上記ボンディング用電極６に比べて小さなサイズでよい。しかしながら、前記のように実装基板の湾曲による剥離性強度を補強すべく、同図で横方向に長く形成され、その中央端が監視用半導体装置の中心寄りに延長させられる。

つまり、ボンディング用電極６６とボンディング用電極７の最外端を同図のように一致させた場合、ボンディング用電極６の最内端によりもボンディング用電極７の最内端が監視用半導体装置の中心寄りに延びた構造とされる。具体的には、ボンディング用電極６の横方向の幅がａである場合には、ボンディング用電極７の横方向の長さがａ＋ｄのように長くされる。言い換えるならば、監視用半導体装置の中心線からボンディング用電極７の最内端に至る長さがｃであり、監視用半導体装置の中心線からボンディング用電極６の最内端に至る長さはｃ＋ｄのように長くされる。

図１（Ａ）において、充放電制御用チップ２、監視用チップ３及びボンディングワイヤ８〜１１と、タブ４，５及びボンディング電極６，７の上面側は、絶縁性樹脂からなる封止体（パッケージ）１で封止される。図１（Ｂ）に示すように、裏面側では上記タブ４，５及びボンディング電極６，７の裏面側は、上記絶縁性樹脂からなる封止体（パッケージ）１から露出した状態（ランド）とされる。なお、１は、同図のように封止体として示されているが、後述する図１０では監視用半導体装置そのものを表している。

前記図１５に示したように電池監視装置の外部応力による基板湾曲による剥離力は、接合面積が大きいほど小さく、面積が同じなら電池監視装置としての中心寄りが小さく、剥離力に対する耐性が強くなる。したがって、図１（Ａ）（Ｂ）の実施例では、上記ボンディング用電極７を横方向に長くして面積を大きくし、しかも面積増大分を電池監視装置としての中心寄りに割り振ることにより効率よく耐性強化が可能となり、監視用半導体装置としての小型化を図りつつ、上記ボンディング用電極６と７の剥離力の差を小さくして、前記問題発生の可能性を低くすることができる。

この実施例では、監視用チップ３から充放電制御用チップ２のＭＯＳスイッチのオン／オフを制御する制御信号を伝える信号経路を、ボンディングワイヤ１１により構成することができる。これにより、前記特許文献１に示したように、２つの半導体装置を１つの実装基板に搭載し、実装基板に設けられた配線パターンを利用して接続するものに比べて電池監視装置の小型化を図ることができる。

この実施例では、１つのパッケージ内に２つの半導体チップを設けて、外部端子としてのボンディング電極６，７の位置関係を一義的に特定させて、実装基板にハンダ等で接続させるものである。したがって、基板の様々な湾曲による剥離力は、上記２つの電極６と７に対して一定の関係を持って発生する。したがって、本願発明においては、前記のような接合面積及びその位置関係から割り出される剥離力を予測して、監視用チップの剥離耐性を確実に高めることができる。つまり、前記特許文献１のように実装基板の長手方向において異なる位置に２つの半導体装置を搭載する構成では、電極の配置方向が実装基板の長手方向に同じく向かうようにしても、実装基板での様々な湾曲形態に対応して、その都度２つの半導体装置が受ける剥離力が様々に変化することが予測される。本願発明では、前記のように監視機能が不能となった状態でリチュウムイオン二次電池の電流経路が形成されたままとなるという最悪な状態の発生をより確実に回避させることができる。

図１（Ａ）（Ｂ）において、特に制限されないが、充放電制御用チップ２が搭載されるタブ４に方形の切り欠け４’が設けられ、同様に制御用チップ３が搭載されるタブ５に同じく方形の切り欠け５’が設けられている。これらの切り欠け４’及び５’は、監視用半導体装置を実装基板にハンダ等で接合する際のガス抜き部として用いられる。

図２（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図２（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、監視用チップ３との接続を行うボンディング電極７の剥離耐性を高めるために、前記図１の実施例のように面積を大きくする代わりに、基板曲げ応力による剥離力が監視用半導体装置の両端部に比べて中心部の方が剥離力が小さく作用することに着目し、ボンディング電極６に比べてボンディング電極７を監視用半導体装置の中心部寄りに移動させる。

つまり、ボンディング電極６と７とでは、同図の横方向の長さａのように同じにされる。そして、監視用半導体装置の中心線からボンディング用電極６の最内端に至る長さはｂであるのに対して、ボンディング電極７の最内端に至る長さをｃのように短くして、ボンディング電極７をボンディング電極６に対して、監視用半導体装置の中心部寄りに移動させる。このようなボンディング電極７の中心部寄りへの移動により、前記のような基板湾曲時での剥離力そのものが小さくなるので、ボンディング電極７の面積を前記図１のように大きくすることなく、剥離力に対する耐性を高くすることができる。他の構成は、前記図１（Ａ）（Ｂ）と同様である。

図３（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図３（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図２の改良を図るものである。前記図２のように、監視用チップ３との接続を行うボンディング電極７の剥離耐性を高めるために監視用半導体装置の中心部寄りに移動させる。その上で、ボンディング電極７の横方向の延長線上の半導体装置外側に、耐性補強用としてダミー電極１２が設けられる。このダミー電極１２は、ボンディング電極６，７のようにボンディングワイヤ８，９を接続するためのものではなく、監視用半導体装置を実装基板に対して他の電極６，７と同様にハンダ等により単に接続するためだけのものである。このようなダミー電極１２をボンディング電極７の横方向の延長線上に配置する関係上、そのスペースを確保すべく監視用チップ３が搭載されるタブ５が形状が前記図１，２の実施例のものに対して変更されている。

この実施例において、ボンディング電極７は、前記図２の実施例のように監視用半導体装置の中心部寄りに移動させられることによる剥離力が小さくされることに加えて、ダミー電極１２が、実装基板の湾曲によるボンディング電極７に向けられる剥離力を弱めるように作用するので、かかるボンディング電極７における剥離耐性を図２の実施例に比べていっそう高くすることができる。

図４（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図４（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図３の変形例である。つまり、この実施例では、ダミー電極１２の形状が同図の横方向においてＬ字状にされる。つまり、ダミー電極は、同図の横方向に細長くされた部分と、半導体装置の内側において縦方向に縦長にされる部分とが組み合わされる。この縦長の部分が、上記ボンディング電極７の横方向延長線上にまで延びることにより、かかるボンディング電極７に対する実装基板の湾曲による剥離力を緩和させる。

図５（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図５（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図４の変形例である。つまり、この実施例では、前記図４（Ａ）（Ｂ）のダミー電極１２とボンディング電極７とが一体的に構成される。言い換えると、ボンディング電極７における剥離耐性を高めるように形状の工夫が行われるものであり、一体ダミー電極７の形状は同図の横方向において細長のＬ字状にされる。

すなわち、ボンディング電極７は、その最外端がボンディング電極６の最外端と並ぶにうにされ、そこから同図の横方向に内側に向かって横長に延長させられる。そして、前記図４（Ａ）（Ｂ）に示したボンディング電極７の配置位置で、同図縦方向に折れ曲がって縦長に形成される。この縦長部分にボンディングワイヤ９の一端が接続される。この構成は、前記のようにダミー電極１２とボンディング電極７とが一体的に構成されているので、横長部分に前記ダミー電極１２と同じ作用を持たせつつ、半導体装置の中心部寄りの剥離力が小さい部分にボンディング電極７の役割を持たせる縦長部分を構成して接続面積を大きくして剥離耐性を高くする。この実施例では、これらを相乗的に作用させて剥離耐性の向上を図るよう工夫されている。

図６（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図６（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図５の変形例である。つまり、この実施例では、前記図５（Ａ）（Ｂ）におけるボンディング電極７は、その最外端に縦方向に延びる縦長部分が追加される。この結果、一体ダミー電極７の形状は同図の横方向において横長の凹型にされる。この構成は、上記最外端に縦方向に延びる縦長部とすることにより、剥離力の大きな端部での接続面積を大きくし、剥離耐性の向上を図るものである。

図７（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図７（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図５の変形例である。つまり、この実施例では、ボンディング電極７における剥離耐性を高めるように別の形状の工夫が行われるものであり、一体ダミー電極７の形状は同図の横方向において細長の凸型にされる。

すなわち、ボンディング電極７は、その最外端がボンディング電極６の最外端と並ぶにうにされ、そこから同図の横方向に内側に向かって横長に延長させられる。そして、前記図４（Ａ）（Ｂ）に示したボンディング電極７の配置位置で、同図縦方向に延びるよう縦長に形成される。この縦長部分にボンディングワイヤ９の一端が接続される。この構成は、前記同様にダミー電極１２とボンディング電極７とが一体的に構成されているので、横長部分に前記ダミー電極１２と同じ作用を持たせつつ、半導体装置の中心部寄りの剥離力が小さい部分にボンディング電極７の役割を持たせる縦長部分を構成して接続面積を大きくして剥離耐性を高くする。

図８（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図が示されている。図８（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、前記図３のように監視用チップ３との接続を行うボンディング電極７を監視用半導体装置の中心部寄りに移動させる。その上で、ボンディング電極７の横方向の延長線上までボンディング電極６を同図の縦方向に延長させて、この延長部分に前記図３のダミー電極１２の役割を持たせるというものである。この構成は、ボンディング電極６の面積増大に対応して、ボンディング電極６及びボンディング電極７に対する剥離耐性の向上とともに、その接続面積が増大し、ボンディングワイヤ８の本数を増加させることも可能となり、充放電制御用チップ２側での寄生抵抗を減らすことができるという効果も合わせて得られることができる。

図９（Ａ）には、この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の更に他の一実施例の上面透過図が示されている。図９（Ｂ）には、上記監視用半導体装置の裏面図が示されている。この実施例では、１つの半導体チップ２には、前記充放電制御用チップ２に対応した充放電制御部と、前記監視用チップ３に対応した監視部とが形成される。監視部との接続を行うボンディング電極７は、前記同様に監視用半導体装置の中心部寄りに移動させる。その上で、ボンディング電極７の横方向の延長線上に前記図３のようなダミー電極１２が設けられる。この構成では、前記充放電制御用チップ２と監視用チップ３との間を接続するボンディングワイヤ１１が省略されて、半導体チップ２に形成された配線手段により置き換えられる。また、タブ５に相当する電極５が形成されて、監視部の所定端子が接続される。

図１０（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）には、この発明に係る電池監視装置の全体構成図が示されている。図１０（Ａ）は、その上面図が示されている。図１０（Ａ）において、特に制限されないが、細長の実装基板２０の中央部分に前記監視用半導体装置１の長手方向の両側に設けられた前記電極６，７が実装基板の長手方向（Ｘ方向）に並ぶように搭載される。実装基板２０は、例えば、ガラス・エポキシ樹脂基板等からなる配線基板であり、電池パックの側面に搭載可能となるように細長くなっている。実装基板２０は、例えば、長手方向であるＸ方向の長さ（横）が、３０ｍｍで、上記Ｘ方向と直交する、Ｙ方向の長さ（縦）が４ｍｍで、厚さが０．８ｍｍ程度となっている。同図では、省略されているが、実装基板２０には所望パターンに配線も設けられ、後述するような所定配線部分には抵抗及びコンデンサを構成するチップ部品も接続されている。

上記細長の実装基板２０に前記監視用半導体装置１を搭載させる位置は、図１０（Ａ）のように中央部である必要はない。前記図１５のような外部応力による実装基板２０の湾曲を考えると、却って実装基板２０の端部側の方が中央部よりも剥離力が小さくなることが予測される。可能ならば監視用半導体装置１を搭載する位置は実装基板２０の端部側にすることが推奨される。このように、細長の実装基板２０の長手方向の如何なる位置に前記監視用半導体装置１を搭載させるものであってもよい。

図１０（Ｂ）は、上記図１０（Ａ）のＸ−Ｘ’線の断面図が示されている。監視用半導体装置１の裏面側において、ボンディング電極６及びタブ４の裏面側は実装基板２０とハンダ１３等により接続されている。ボンディング電極６と充放電制御用チップ２との間は、ボンディングワイヤ８により接続されている。監視用チップ３とそれに対応したタブ５及びボンディング電極７とボンディングワイヤ９，１０も上記同様である。

図１０（Ｃ）は、上記図１０（Ａ）のＹ−Ｙ’線の断面図が示されている。監視用半導体装置１の裏面側において、タブ４及びタブ５の裏面側は実装基板２０とハンダ１３等により接続されている。充放電制御用チップ２と監視用チップ３の間は、ボンディングワイヤ１１により接続されている。

図１１には、この発明が適用された電池監視装置が搭載された電池パックの一実施例のブロック図示されている。この実施例は、リチウムイオン二次電池等の電池パックに適用される。この実施例の電池パックは、電池セルＣＥＬＬ、ヒューズＦＳ、前記監視用チップ３、充放電制御用チップ２及び付加回路として抵抗Ｒvcc 、Ｒidt 、コンデンサＣ１，Ｃ２等により構成される。上記充放電制御用チップ２は、直列形態に接続された２つのパワーＭＯＳＦＥＴＭ１、Ｍ２を有している。電池セルＣＥＬＬの正極＋は、ヒューズＦＳを介して電池パックの正極端子（＋）に接続される。電池セルＣＥＬＬの負極−は、パワーＭＯＳＦＥＴＭ１のソースと、監視用チップ３の接地端子ＧＮＤに接続される。パワーＭＯＳＦＥＴＭ１のドレインは、パワーＭＯＳＦＥＴＭ２のドレインと接続される。パワーＭＯＳＦＥＴＭ２のソースは、電池パックの負極端子（−）に接続される。

上記ＭＯＳＦＥＴＭ１は、ディスチャージ（放電）電流の遮断に用いられ、ゲートには監視用チップ３のディスチャージ制御端子ＤＣＨに接続される。上記ＭＯＳＦＥＴＭ２は、チャージ（充電）電流の遮断に用いられ、ゲートには上記監視用チップ３のチャージ制御端子ＣＨＧに接続される。上記ＭＯＳＦＥＴＭ２のソースは、抵抗Ｒidt を介して上記監視用チップ３の第２接地端子ＩＤＴに接続される。上記電池パックの正極端子（＋）は、抵抗Ｒvcc を介して上記監視用チップ３の電源端子ＶＣＣに接続される。上記監視用チップ３の電源端子ＶＣＣと接地端子ＧＮＤとの間には、電源安定化のためのコンデンサＣ１が接続される。また、監視用チップ３の接地端子ＧＮＤと、電池パックの負極端子（−）との間には、コンデンサＣ２が接続される。

上記電池パックの正極端子（＋）と負極端子（−）は、充電器又は負荷回路が接続される。例えば負荷回路は、ラップトップ型マイクロコンピュータや携帯電話装置のような電子機器とされる。充電動作においては、充電器が接続されて、電池パックの正極端子（＋）から電池セルＣＥＬＬの正極（＋）に向けて電流が流れ、電池セルＣＥＬＬの負極（−）から負極端子（−）に向けて電流が流れる。この場合、ＭＯＳＦＥＴＭ１は、ボディーダイオードを介して常時電流が流れるので、ＭＯＳＦＥＴＭ２をオフ状態にすることにより充電動作の停止が行われる。放電動作においては、負荷回路が接続されて、電池セルＣＥＬＬの正極（＋）から電池パックの正極端子（＋）に向けて電流が流れ、電池パックの負極端子（−）から電池セルＣＥＬＬの負極（−）に向けて電流が流れる。この場合、ＭＯＳＦＥＴＭ２は、ボディーダイオードを介して常時電流が流れるので、ＭＯＳＦＥＴＭ１をオフ状態にすることにより放電動作の停止が行われる。ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のゲートとソース間には、保護用ダイオードが設けられる。

ＩＤＴ端子（検出端子）は、過電流電圧検出入力、充電過電流検出入力及びＣＨＧ出力の負極（接地電位）側電源端子であり、放電電流が増加してＩＤＴ端子の入力電圧が過電流検出電圧、又は短絡電流検知電圧を超えると、ＤＣＨ出力がロウレベル（接地側電圧）になり、ＭＯＳＦＥＴＭ１をオフ状態にする。その後、入力電圧が上記過電流検出電圧以下になるとＤＣＨ出力がハイレベル（電源電圧）になり、上記ＭＯＳＦＥＴＭ１がオン状態になって過電流状態から復帰する。

ＤＣＨ端子は、上記のように放電経路遮断用のゲートに供給されるＭＯＳＦＥＴＭ１の制御信号を出力し、電池セルＣＥＬＬの電圧が正常のときにはハイレベル（ＶＣＣ）となり、上記ＭＯＳＦＥＴＭ１をオン状態にし、過放電状態または過電流状態が検出されるとロウレベル（接地電位）になり、上記ＭＯＳＦＥＴＭ１をオフ状態にする。

ＣＨＧ端子は、上記のように充電経路遮断用のゲートに供給されるＭＯＳＦＥＴＭ２の制御信号を出力し、電池セルＣＥＬＬの電圧が正常のときにはハイレベル（ＶＣＣ）となり、上記ＭＯＳＦＥＴＭ２をオン状態にし、過充電状態または過大な充電電圧が検出されるとロウレベル（ＩＤＴ）になり、上記ＭＯＳＦＥＴＭ２をオフ状態にする。

図１２は、前記監視用チップの一実施例のブロック図が示されている。この実施例の監視用チップは、特に制限されないが、基準電圧発生回路、制御回路、前記ＤＣＨ端子、ＣＨＧ端子に対応した駆動回路、上限電圧検山回路、下限電圧検出回路、発振器、発振器の発振パルスで動作する過充電タイマ、過放電タイマ、過電流タイマ、充電器電圧検出回路、放電電流，充電電流検出回路などから構成される。前記基準電圧発生回路で形成された基準電圧は、上記上限電圧検出回路、下限電圧検出回路、充電器電圧、放電電流、充電電流の各電圧検出回路の検出動作の基準として用いられる。

図１３には、この発明に係る電池監視装置が搭載されたリチウムイオン二次電池パックの模式図が示されている。電池監視装置３０は、前記監視用半導体装置１と実装基板２０により構成される。特に制限されないが、偏平形状のリチュウムイオン二次電池パック４１の（−）電極４２が設けられた上側側面に、前記電池監視装置３０が搭載される。電池監視装置３０の実装基板２０の第１面（図１３では上面）には前記監視用半導体装置１及び同図では省略されているが前記付加回路素子が搭載されている。上記実装基板２０の一端は、折り目が設けられた薄い細長のアルミニュウム等からなる配線手段４４−４５によりリチュウムイオン二次電池パック４１の（＋）電極４３に接続される。上記実装基板２０の他端は、上記同様に薄い細長のアルミニュウム等からなる配線手段４６によりリチュウムイオン二次電池パック４１の（−）電極４２に接続される。

上記配線手段４４は、その長さがリチュウムイオン二次電池パック４１の同図の縦方向の側面の長さに等しくされ、上記配線手段４５と４６の長さが同じくされて、上記配線手段４６が実装基板２０の裏面側に収まるようにされ、上記電池端子装置とその配線手段４４−４５及び４６が全体として上記リチュウムイオン二次電池パック４１の同図の左側面と上面に貼り付くように搭載される。

上記のように実装基板２０は、前記のように薄く形成されること、及びその長手方向の長さが長くされることと、及び電池パック４１の実装方法が前記図１３のように薄い板状の配線手段を用いて取り付られること等から、その組立等において不所望な外部応力が発生して前記監視用半導体装置の電極剥離の危険性が高い。本願のような監視用チップあるいは監視部との接続を行う電極位置及びその形状の工夫によって、電極剥離による発火等の危険性を大幅に低減させることができる。

以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前記監視用チップ３は、前記のような充放電制御を行うものであれば何であってもよい。充放電制御用チップ２は、２つのＭＯＳＦＥＴチップで構成してもよい。つまり、監視用チップと２つのＭＯＳＦＥＴチップとのような３つのチップを１つのパッケージに搭載したり、あるいは抵抗素子やコンデンサ等も１つのパッケージ内に搭載したりするものであってもよい。

リチウムイオン二次電池等のような各種二次電池に設けられる電池監視装置として広く利用できる。

この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置に用いられる監視用半導体装置の更に他の一実施例の上面透過図と裏面図である。 この発明に係る電池監視装置の一実施例の全体構成図である。 この発明が適用された電池監視装置が搭載された電池パックの一実施例のブロック図である。 この発明に係る監視用チップの一実施例のブロック図である。 この発明に係る電池監視装置が搭載されたリチウムイオン二次電池パックの模式図である。 本願発明者において先に検討された監視用半導体装置の上面透過図と裏面図である。 本願発明者において先に検討された細長い実装基板を有する電池監視装置の外部応力による電極剥離の説明図である。

符号の説明

１…封止体（監視用半導体装置）、２…充放電制御用チップ、３…監視用チップ、４…，５…タブ、６，７…ボンディング電極、８〜１１…ボンディングワイヤ、１２…ダミー電極、１３…ハンダ、
２０…実装基板、３０…電池監視装置、４１…リチュウムイオン二次電池パック、４２…（−）電極、４３…（＋）電極、４４〜４６…配線手段。

Claims (10)

1. 細長形状の実装基板と、
   上記実装基板に面付された電池監視用半導体装置とを有し、
   上記電池監視用半導体装置は、
   タブと、
   上記タブを挟んで両側にそれぞれ配置された第１電極と、
   上記タブの両側に対応してそれぞれ配置された第２電極と、
   上記タブに搭載された半導体チップと、
   上記第１電極と、それに対応した上記半導体チップの複数の第１ボンディングパッドとの間にそれぞれ設けられた複数の第１ボンディングワイヤと、
   上記第２電極と、それに対応した上記半導体チップの第２ボンディングパッドとの間にそれぞれ設けられた１本の第２ボンディングワイヤと、
   上記タブ、第１電極及び第２電極の裏面側を露出させた状態で上記半導体チップ、上記第１及び第２ボンディングワイヤを含んで封止する樹脂パッケージとを有し、
   上記実装基板は、
   上記電池監視用半導体装置のタブに対応して設けられた第３電極と、
   上記電池監視用半導体装置の第１電極及び第２電極が長手方向に並ぶように上記電池監視用半導体装置の第１電極及び第２電極に対応して設けられた第４電極及び第５電極と、
   上記実装基板の長手方向の両端に設けられ、監視すべき電池の対応する電源端子に接続される第１電源端子及び第２電源端子と、
   上記第１電源端子及び第２電源端子のそれぞれに対応した上記４電極及び第５電極間を接続する配線とを有し、
   上記電池監視用半導体装置の上記タブの裏面側と上記実装基板の上記第３電極の表面とが導電性接合材により接続され、上記電池監視用半導体装置の上記第１電極及び第２電極の裏面側と上記実装基板の上記第４電極及び第５電極の表面とが導電性接合材により接続されて上記面付けされ、
   上記第１電極は、上記長手方向と直交する短手方向に細長形状とされて上記複数のボンディングワイヤの一端が上記短手方向に並んで接続され、
   上記第２電極は、短手方向の長さが上記第１電極の短手方向の長さよりも短く、上記長手方向において最外側が上記第１電極の最外側よりも内側で上記長手方向に沿った長方形とされて上記１つのボンディングワイヤの一端が接続される、
   電池監視装置。
2. 請求項１において、
   上記半導体チップは、上記監視すべき電池の充放電制御用素子とその制御信号を形成する監視用素子を有する、
   電池監視装置。
3. 請求項１において、
   上記半導体チップは、上記監視すべき電池の充放電制御用素子を有する第１半導体チップと、上記充放電制御用素子の制御信号を形成する監視用素子を有する第２半導体チップからなり、
   上記タブは、上記第１半導体チップに対応した第１タブと、上記第２半導体チップに対応した第２タブからなり、
   上記第１電極は、上記第１半導体チップと接続され、
   上記第２電極は、上記第２半導体チップと接続され、
   上記第２半導体チップで形成された上記制御信号を上記第１半導体チップに伝えるボンディングワイヤを更に有し、
   上記実装基板の上記第３電極は、上記第１タブ及び第２タブにそれぞれ対応した２つの電極からなり、それぞれの中心位置が上記実装基板の長手方向において同位置に並ぶようにされる、
   電池監視装置。
4. 請求項３において、
   上記第２電極は、上記長手方向において最外側が上記第１電極の最内側よりも中心寄りの内側に設けられ、 上記第２電極の上記長手方向の延長線上の外側に第１ダミー電極を更に有し、
   上記実装基板には、上記第１ダミー電極に対応した第２ダミー電極を更に有し、
   上記第１ダミー電極と上記第２ダミー電極とは、前記接合材により接続される、
   電池監視装置。
5. 請求項４において、
   上記第１及び第２ダミー電極は、それぞれに対応した第２電極及び第５電極よりも大きな面積とされる、
   電池監視装置。
6. 請求項４において、
   上記第２電極と第１ダミー電極とは一体的に形成され、
   上記第５電極と上記第２ダミー電極とは一体的に形成され、
   上記一体的に形成された第２電極と第１ダミー電極と上記第５電極と上記第２ダミー電極とは、上記接合材により接続される、
   電池監視装置。
7. 請求項６において、
   上記一体的に形成された第２電極と第１ダミー電極及び上記第５電極と上記第２ダミー電極とは、上記実装基板の短手方向に対して凹型にされる、
   電池監視装置。
8. 請求項６において、
   上記一体的に形成された第２電極と第１ダミー電極及び上記第５電極と上記第２ダミー電極とは、上記実装基板の長手方向に対して凸型にされる、
   電池監視装置。
9. 請求項６において、
   上記一体的に形成された第２電極と第１ダミー電極及び上記第５電極と上記第２ダミー電極とは、上記実装基板の長手方向に対してＬ字状にされる、
   電池監視装置。
10. 請求項３において、
    上記第２電極は、上記長手方向において最外側が上記第１電極の最内側よりも中心寄りの内側に設けられ、 上記第１電極は、上記第２電極の上記長手方向の延長線上まで延びるよう上記短手方向に延長させられる、
    電池監視装置。

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