JP2010186690A - 表面実装用ボタン型電気化学セル - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のボタン型電気化学セルは実装面積が大きく、実装基板の高密度実装を阻害していた。
【解決手段】 本願発明の表面実装用ボタン型電気化学セルは、正極缶と負極缶とからなる外装缶と、第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、前記第二の外部端子は、導電性部材と絶縁性部材とを密着させたフィルム部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは前記絶縁性部材を介して固定されており絶縁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水電解質電池および電気二重層キャパシタなどの表面実装用ボタン型電気化学セルに関するものである。

ボタン型（コイン型）の２次電池やキャパシタ等の電気化学セルは、小型化が要求される電子機器（例えば時計や携帯機器等）の駆動源又はバックアップ源として用いられている。ボタン型電気化学セルは、リフローハンダ付けにより実装基板（プリント基板）に実装されることが多い。正極端子と負極端子とからなる一対の外部端子を具備したボタン型電気化学セルを、その表面にハンダクリームを塗布した実装基板上に配置し、実装基板とボタン型電気化学セルとをリフロー炉で加熱することにより、リフローハンダ付けが行われる。ボタン型電気化学セルと実装基板との接合性を高め、かつ短時間でのハンダ付けを可能とするために、正極端子・負極端子が必要である。正極端子及び負極端子は、それぞれ正極缶と負極缶にレーザーによるスポット溶接等の手段で接合させ、先端部を実装基板に接続させる方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような外部端子を用いると実装基板への実装は容易になるが、実装領域が大幅に増加してしまう欠点があった。これを解決するため、電気化学セルの底面（実装基板側）に接合される外部端子を、実装基板に投影されるボタン型電気化学セルの直径がなす円の内側に収まるように設ける構造が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−１７０５５１号 特開２００３−９２１０２号

近年、電気化学セルが搭載される電子機器の小型化が著しく、電気化学セルの実装面積も、より小さくすることが求められている。

電気化学セルの底面に接合される外部端子を、ボタン型電気化学セルの直径がなす円の内側に収まるように設けることにより、電気化学セルの実装面積を減少させることが可能である。しかし、図５の従来例に示すように、ボタン型電気化学セルの上面（実装基板と反対側）に接続される外部端子は、外側に折り返す必要がある。これは、電気化学セルのショートを防ぐためである。また、図５の点線に示すように、ボタン型電気化学セルの上面から配設される外部端子と、ボタン型電気化学セルの側壁とは、一定の空間を設ける必要がある。外部端子と電気化学セルの側壁との距離が近ければ、電気化学セルが結露した場合や、外部端子が折れ曲がった場合にショートしてしまうからである。この空間が、超小型の携帯機器等に要求される部品の３次元的な高密度実装化の実現を妨げるものとなっている。

本願発明の目的は、より実装面積が小さく、３次元的な高密度実装が可能なボタン型電気化学セルの提供である。

本願発明の表面実装用ボタン型電気化学セルは、正極缶と負極缶とからなる外装缶と、第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、前記第二の外部端子は、導電性部材と絶縁性部材とを密着させたフィルム部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは前記絶縁性部材を介して固定されており絶縁されている。

また、本願発明の表面実装用ボタン型電気化学セルは、正極缶と負極缶とからなる外装缶と、第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、前記第二の外部端子は、導電性部材が絶縁性部材により被覆されたフィルム部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは絶縁層を介して固定されており絶縁されている。

さらに、本願発明の表面実装用ボタン型電気化学セルは、正極缶と負極缶とからなる外装缶と、第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、前記第二の外部端子は、導電性部材が絶縁性部材により被覆されたワイヤー部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは絶縁層を介して固定されており絶縁されている。

本願発明を用いることにより実装面積を少なくすることができる。

また、本願発明によれば、外部端子を外装缶に沿って底面に延接可能である。従って、外部端子が空間に大きく突出して空間的な拡大領域が発生することが抑制されている。これにより、本願発明の表面実装用ボタン型電気化学セルは、３次元的な高密度実装が可能となる。

本発明の表面実装用ボタン型電気化学セルを示す図である。 本発明の表面実装用ボタン型電気化学セルを示す図である。 本発明の表面実装用ボタン型電気化学セルを示す図である。 本発明の表面実装用ボタン型電気化学セルを示す図である。 従来の表面実装用ボタン型電気化学セルを示す図である。

図１は、本発明の実施例１を示す図である。図１（ａ）は、本発明の外部端子を設けた電気化学セルの正面図である。電気化学セル１０の外装缶は、正極缶１０ａと負極缶１０ｂとからなる。正極缶１０ａと負極缶１０ｂとは、ガスケット１０ｃを介してかしめて封口されている。ガスケット１０ｃは、正極缶と負極缶とを電気的に絶縁し、かつ容器内部の電解液を漏液しないように気密に閉じ込める役割を果たす。本実施例では、外装缶の底面側が正極缶である。

正極缶１０ａの底面には、第一の外部端子１１が接合されている。上面となる負極缶１０ｂの表面には、第二の外部端子１２の導電性部材１２ｂが負極缶にスポット溶接されている。導電性部材１２ｂは、導電性部よりも幅が広く構成された絶縁性材料１２ａに密着している。第二の外部端子１２を構成する導電性部材１２ｂも絶縁性部材１２ａも薄く可撓性に富む性質を利用して、外装缶の形状に沿って隙間のないように密着させて這わせることができる。さらに、第二の外部端子１２は、正極缶１０ａの底面の中心に向かって折れ曲がるように配置されている。

第二の外部端子１２は、可撓性をもつ薄板の導電性材料からなる導電性部材１２ｂと、導電性部材１２ｂよりも幅が広く、かつ可撓性をもつ絶縁性部材１２ａとから構成される。ここで、導電性材料としては、ステンレスあるいは銅等が好適である。特にステンレスを用いる場合は、図１（ｂ）に示すように、導電性部材１２ｂの端部を負極缶１０ｂに接合する工程で、レーザーを用いたスポット溶接を容易に採用できるので作業効率が良い。

絶縁性部材１２ａの絶縁性材料としては、ポリイミドのフィルムが特に好適である。外部端子に要求される耐熱性を十分満足し、かつ、上記ステンレスや銅との接合特性（張合わせ）にも非常に優れている。最高温度が２６０℃となるリフロー処理を６回繰り返したが、これら導電性材料と絶縁材料との剥離は発生しなかった。ポリイミドのフィルムの厚みは、２５μｍから１００μｍが好適である。

図１（ｃ）は、本電気化学セルの底面図である。本実施例では、第一の外部端子１１は、正極缶１０ａの直径がなす円の内側に納まるように設計されたステンレスからなる端子がレーザー溶接で正極缶に接合されている。第一の外部端子１１の実装基板に接する面には錫（Ｓｎ）などのメッキが施されている。一方、第二の外部端子１２は、第一の外部端子１１と対向する側から、底面の中心に向かって配置されるように位置決めされている。正極缶の底面では、第二の外部端子１２の絶縁性部材１２ａは、接着剤１４によって正極缶の底面に固定された構造になっている。
導電性部材１２ｂで実装基板と接合する領域には、後述するハンダとの濡れ性を向上させる目的で、Ｓｎメッキ等のメッキを施すのが望ましい。実装基板には予め錫銀銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）などを成分とする図示しないクリームハンダがパターン状に印刷されている。また、本電気化学セルの第一の外部端子１１、第二の外部端子１２の実装基板と接する面に、クリームハンダを塗布することが好ましい。電気化学セルが実装基板のパターン上に配置された後に、リフロー炉などで加熱され、塗布されたクリームハンダが溶融し、電気化学セルを実装基板に固着させる。外部端子は、電気的接続の他、セルが基板面内で回転せず、所定の方向に定まるように位置決めをする役割を果たしている。

実施例２を、図２に示す。実施例２は、第二の外部端子１２が、表面を絶縁性部材により被覆された可撓性を有するフィルム部材からなるものである。実施例１と異なり、実施例２では、導電性部材１２ｂが絶縁性部材１２aで被覆されている。

図２（ａ）は、第二の外部端子１２の一例を示す図である。表面を絶縁性部材１２ａによって被覆された板状の導電性部材１２ｂの一端は、外装缶の上面に電気的に接続されている。

図２（ｂ）は、第一の外部端子１１と第二の外部端子１２が接続された本願発明の電気化学セルの上面図である。実施例１と同様に、可撓性を有する第二の外部端子１２は、その一端が負極缶１０ｂに接合され、その他端は正極缶１０ａの底面で、底面の中心に向かって折り曲がるように配置されている。
第二の外部端子１２と負極缶１０ｂとは、スポット溶接で接合している。

図２（ｃ）は、本願発明の電気化学セルの底面図である。第一の外部端子１１は、下部缶の底面に溶接されている。一方、第二の外部端子１２は、正極缶１０ａの底面に設けられた絶縁層１３の上に接着剤１４で固定されている。

次に、本実施例の別の形態を、図３に示す。正極缶１０aの底面に設けられた絶縁層１３の上に導電層１５を設けられている。この導電層１５と、導電性部材１２ｂとが電気的に接続されている。導電層１５により、ハンダ付けされる面積が広くなるため、ハンダ付けの信頼性が向上する。

第３の実施例を図４に示す。実施例３における第二の外部端子１２は、ワイヤー形状を有しており、導電性部材１２ｂを絶縁性部材１２ａで被覆している。図４（ａ）は、本実施例の斜視図である。第二の外部端子１２は、外装缶の上面に接合された後、外装缶に沿うように配置される。
第二の外部端子をワイヤーにすることで、外装缶沿いに容易に配置できる。とりわけ小型のボタン型の２次電池やキャパシタに流れる定常的な電流は、μＡオーダーの電流に過ぎない。また、これらの素子を製造する工程での特性試験でも、充放電電流はｍＡのオーダーであり、電流値の点では、細線で十分である。

図４（ｂ）に、ボタン形電気化学セルの底面を示す。第一の外部端子１１は前述の実施例と同様に設置されている。第二の外部端子１２は、第一の外部端子１１と対抗した位置に固定されている。ここで導電層１５は、その面積を適切に設定することで実装基板に確実に実装できる。図４（ｂ）は、導電層１５が、底面内にある絶縁層１３の中に形成された例であり、図４（ａ）は、絶縁層１３及び導電層１５が正極缶１０ａの側面にまで延設されて、側面で第二の外部端子１２と導電層１５が接着剤１４で接合された場合を示す。

このように、可撓性を有する導電材料を細線にしたことにより生じるデメリット、即ち、ボタン型電気化学セルと実装基板との接続の不安定化（あるいは劣化）は、ボタン型電気化学セルの底面に実装のための導電層１５を設けることで解決できる。

以上の発明において、正極缶が上に、負極缶が下になるようにして基板に実装する場合も想定される。この場合でも、上述した趣旨を適用できる。

４ａ 電気化学セル
４ｂ 負極端子
４ｃ 正極端子
４ｄ 実装基板
１０ 電気化学セル
１０ａ 正極缶
１０ｂ 負極缶
１０ｃ ガスケット
１１ 第一の外部端子
１２ 第二の外部端子
１２ａ 絶縁性部材
１２ｂ 導電性部材
１３ 絶縁層
１４ 接着剤
１５ 導電層

Claims (3)

1. 正極缶と負極缶とからなる外装缶と、
   第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、
   前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、
   前記第二の外部端子は、導電性部材と絶縁性部材とを密着させたフィルム部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは前記絶縁性部材を介して固定されており絶縁されていることを特徴とする表面実装用ボタン型電気化学セル。
2. 正極缶と負極缶とからなる外装缶と、
   第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、
   前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、
   前記第二の外部端子は、導電性部材が絶縁性部材により被覆されたフィルム部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは絶縁層を介して固定されており絶縁されていることを特徴とする表面実装用ボタン型電気化学セル。
3. 正極缶と負極缶とからなる外装缶と、
   第一の外部端子と、第二の外部端子からなる一対の外部端子とを有し、
   前記第一の外部端子は前記外装缶の底面に電気的に接続されており、
   前記第二の外部端子は、導電性部材が絶縁性部材により被覆されたワイヤー部材からなり、前記導電性部材の一端は前記外装缶の上面に電気的に接続されるが、前記導電性部材の他端と前記外装缶の底面とは絶縁層を介して固定されており絶縁されていることを特徴とする表面実装用ボタン型電気化学セル。

Images