JP2012119147A - Battery module and method for manufacturing the same - Google Patents

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良輔 臼井
Yasunori Inoue
恭典 井上
Koichi Saito
浩一 齋藤
Mayumi Nakazato
真弓 中里
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery module which has improved connection reliability between a wiring layer provided on a circuit board and terminals of a battery.SOLUTION: A battery module 10 comprises: a circuit board 20 having a wiring layer 26 formed on one main surface of an insulating resin layer 24; and a plurality of batteries 30 connected to the circuit board 20. The batteries 30 are connected in series via the wiring layer 26. A cathode terminal 50 and an anode terminal 60 of each of the batteries 30 are bonded to the wiring layer 26 by diffusion bonding.

Description

本発明は、複数個の電池が直列接続された電池モジュールに関する。   The present invention relates to a battery module in which a plurality of batteries are connected in series.

一般に、電池(単セル)の起電力は低く、起電力が高いといわれるリチウムイオン電池においても4V程度である。そのため、より高い電圧が必要な場合には、複数個の電池を直列接続してモジュール化することが行われている。   Generally, the electromotive force of a battery (single cell) is low, and it is about 4 V even in a lithium ion battery that is said to have a high electromotive force. Therefore, when a higher voltage is required, a plurality of batteries are connected in series and modularized.

複数個の電池をモジュール化した構造(電池モジュール)として、電池監視用の回路基板に設けられた配線層と、電池の端子とを電圧検出ラインを介してはんだ接続する構造が知られている(特許文献1参照)。   As a structure in which a plurality of batteries are modularized (battery module), a structure in which a wiring layer provided on a circuit board for battery monitoring and a battery terminal are connected by solder via a voltage detection line is known ( Patent Document 1).

特開2010−123299号公報JP 2010-123299 A

回路基板に設けられた配線層と、電池の端子とがはんだ接続された構造では、はんだの経年劣化により、配線層と電池の端子との接続信頼性が低下し、十分な耐振動性を得ることができない場合があった。   In the structure in which the wiring layer provided on the circuit board and the battery terminal are connected by soldering, the connection reliability between the wiring layer and the battery terminal is lowered due to aging of the solder, and sufficient vibration resistance is obtained. There was a case that could not be done.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路基板に設けられた配線層と電池の端子との接続信頼性を向上させることができる技術の提供にある。   This invention is made | formed in view of such a subject, The objective is to provide the technique which can improve the connection reliability of the wiring layer provided in the circuit board, and the terminal of a battery.

本発明のある態様は、電池モジュールである。当該電池モジュールは、基材と基材に設けられた配線層とを有する回路基板と、電極体と、電極体が収容された筐体と、筐体の外部に設けられ、電極体に電気的に接続されている外部端子とを有する電池と、を備え、外部端子と配線層とが拡散接合により接合されていることを特徴とする電池モジュール。   One embodiment of the present invention is a battery module. The battery module is provided with a circuit board having a base material and a wiring layer provided on the base material, an electrode body, a housing in which the electrode body is housed, an external body, and an electrical connection to the electrode body. A battery module comprising: an external terminal connected to the external terminal; and the external terminal and the wiring layer are joined by diffusion bonding.

この態様の電池モジュールによれば、回路基板に設けられた配線層と電池の外部端子とが拡散接合により一体化された構造となることで接続信頼性の向上が図られる。この結果、振動によって電池の外部端子が配線層から外れることが抑制される。また、配線層と電池の外部端子との間に金属界面がないため、低抵抗化を図ることができる。   According to the battery module of this aspect, the connection reliability can be improved because the wiring layer provided on the circuit board and the external terminal of the battery are integrated by diffusion bonding. As a result, the external terminal of the battery is prevented from being detached from the wiring layer due to vibration. Further, since there is no metal interface between the wiring layer and the external terminal of the battery, the resistance can be reduced.

上記態様の電池モジュールにおいて、外部端子と配線層との接合部が、筐体を回路基板に投影した領域から外れた位置にあってもよい。   In the battery module of the above aspect, the joint between the external terminal and the wiring layer may be located at a position outside the region where the housing is projected onto the circuit board.

本発明のある態様は、電池モジュールの製造方法である。当該電池モジュールの製造方法は、銅を主成分とする金属で形成または被覆された外部端子を有する電池と、銅を主成分とする金属で形成された配線層を有する回路基板とを用意する工程と、外部端子と、配線層との間に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を充填し、外部端子および配線層の最表面に銅を主成分とする金属を露出させる工程と、外部端子と配線層との間の距離を縮めるように外部端子と配線層とを加圧する工程と、外部端子と配線層とを加圧した状態で、加熱により外部端子と配線層とを接合する工程と、を備えることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a battery module. The manufacturing method of the battery module includes a step of preparing a battery having an external terminal formed or coated with a metal containing copper as a main component and a circuit board having a wiring layer formed of a metal containing copper as a main component. Filling a solution eluting with copper oxide as a main component between the external terminal and the wiring layer to expose a metal having copper as a main component on the outermost surface of the external terminal and the wiring layer And pressurizing the external terminal and the wiring layer so as to reduce the distance between the external terminal and the wiring layer, and heating the external terminal and the wiring layer in a state where the external terminal and the wiring layer are pressurized. And a step of bonding.

上記態様の電池モジュールの製造方法において、溶液は銅に対して不活性であってもよい。溶液が銅と錯体を形成する配位子を有する物質を含んでもよい。錯体が加熱分解性であってもよい。また、溶液がアンモニア水であってもよい。   In the battery module manufacturing method of the above aspect, the solution may be inert to copper. The solution may include a substance having a ligand that forms a complex with copper. The complex may be heat decomposable. Further, the solution may be aqueous ammonia.

本発明によれば、回路基板に設けられた配線層と電池の端子との接続信頼性を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the connection reliability of the wiring layer provided in the circuit board and the terminal of a battery can be improved.

実施の形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the battery module which concerns on embodiment. 電池の概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a battery. 回路基板に接続された電池の配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of the battery connected to the circuit board. 図4(A)は、電池の正極端子と配線基板の配線層との接続構造を示す図である。図4(B)は、電池の負極端子と配線基板の配線層との接続構造を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing a connection structure between the positive electrode terminal of the battery and the wiring layer of the wiring board. FIG. 4B is a diagram showing a connection structure between the negative electrode terminal of the battery and the wiring layer of the wiring board. 図5(A)および図5(B)は、電池と回路基板の接続方法を示す概略図である。FIG. 5A and FIG. 5B are schematic views showing a method for connecting a battery and a circuit board.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図1は、実施の形態に係る電池モジュール10の分解斜視図である。電池モジュール10は、回路基板20、複数個の電池30およびハウジング40を有する。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module 10 according to an embodiment. The battery module 10 includes a circuit board 20, a plurality of batteries 30, and a housing 40.

回路基板20は、金属基板22、絶縁樹脂層24および配線層26を有する。   The circuit board 20 includes a metal substrate 22, an insulating resin layer 24, and a wiring layer 26.

金属基板22は、絶縁樹脂層24の一方の主表面に積層されている。金属基板22は、熱伝導性に優れたAl、Cuなどの金属を平板状にした部材であり、回路基板20の放熱性を高める機能を担う。   The metal substrate 22 is laminated on one main surface of the insulating resin layer 24. The metal substrate 22 is a member obtained by flattening a metal such as Al or Cu having excellent thermal conductivity, and has a function of improving the heat dissipation of the circuit board 20.

絶縁樹脂層24は、回路基板20の「基材」であり、たとえば、BTレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、PPE樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。回路基板20の放熱性向上の観点から、絶縁樹脂層24は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁樹脂層24は、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。   The insulating resin layer 24 is a “base material” of the circuit board 20, and for example, heat such as melamine derivatives such as BT resin, liquid crystal polymer, epoxy resin, PPE resin, polyimide resin, fluorine resin, phenol resin, polyamide bismaleimide, and the like. A curable resin is exemplified. From the viewpoint of improving the heat dissipation of the circuit board 20, the insulating resin layer 24 desirably has high thermal conductivity. For this reason, it is preferable that the insulating resin layer 24 contains silver, bismuth, copper, aluminum, magnesium, tin, zinc, alloys thereof, and the like as a high thermal conductive filler.

配線層26は、絶縁樹脂層24の他方の主表面に所定パターンをなして形成されている。本実施の形態の配線層26は銅で形成されている。   The wiring layer 26 is formed in a predetermined pattern on the other main surface of the insulating resin layer 24. The wiring layer 26 of the present embodiment is made of copper.

回路基板20の一方の主表面には、チップ部品28が搭載されている。チップ部品28は、ICなどの半導体素子や、抵抗、コンデンサなどの受動素子からなる。チップ部品28は、電池30の電圧や温度を監視し、電池30の接続状態を制御する回路部をなす。より具体的には、回路部は各電池30の電圧や温度を監視し、電圧や温度が異常を示した場合に、当該電池30のみ、または当該電池30を含む複数の電池の接続を遮断する。   A chip component 28 is mounted on one main surface of the circuit board 20. The chip component 28 includes a semiconductor element such as an IC and a passive element such as a resistor and a capacitor. The chip component 28 forms a circuit unit that monitors the voltage and temperature of the battery 30 and controls the connection state of the battery 30. More specifically, the circuit unit monitors the voltage and temperature of each battery 30, and when the voltage or temperature indicates abnormality, the circuit unit cuts off only the battery 30 or a plurality of batteries including the battery 30. .

また、回路基板20の一方の主表面には、電池30が接続されている。電池30の外部端子と回路基板20の配線層26との接続構造については後述する。   A battery 30 is connected to one main surface of the circuit board 20. A connection structure between the external terminal of the battery 30 and the wiring layer 26 of the circuit board 20 will be described later.

ハウジング40は、電池30を収容可能な容器状の部材であり、ハウジング40の開口部分を塞ぐように、ハウジング40の内部に電池30が設けられた面を向けて回路基板20が組み付けられている。ハウジング40内に電池30を収容することで、電池30が外部環境から保護される。   The housing 40 is a container-like member that can accommodate the battery 30, and the circuit board 20 is assembled with the surface on which the battery 30 is provided inside the housing 40 so as to close the opening of the housing 40. . By housing the battery 30 in the housing 40, the battery 30 is protected from the external environment.

図2は、電池30の概略構造を示す断面図である。電池30は、図2に示すように、外装缶(筐体)31内に、正負極が渦巻状に巻回されてなる電極体32が外装缶31の缶軸方向に対し横向きに収納されており、封口板33により外装缶31の開口が封口されている。封口板33には電池30の外方に突出した正極端子50と負極端子60が設けられている。また、封口板33には、ガス排出弁(図示せず)が形成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the battery 30. As shown in FIG. 2, the battery 30 includes an outer can (housing) 31 in which an electrode body 32 in which positive and negative electrodes are wound in a spiral shape is housed laterally with respect to the can axis direction of the outer can 31. The opening of the outer can 31 is sealed by the sealing plate 33. The sealing plate 33 is provided with a positive electrode terminal 50 and a negative electrode terminal 60 that protrude outward from the battery 30. The sealing plate 33 is formed with a gas discharge valve (not shown).

正極端子50は、ガスケット34に当接された状態で、封口板33の正極用開口に嵌め込まれている。また、正極端子50は、封口板33の電池内側において正極タブ部材53と接続している。なお、封口板33の正極用開口に嵌め込まれた正極端子50の端部には、封口板33の正極用開口に沿って側壁が形成されるような凹部51が設けられている。凹部51の縁部分が広がるようにかしめることで、正極端子50が固定されている。正極端子50の芯部(図示せず)はアルミニウムで形成されており、芯部の周りを銅めっき層(図示せず)が被覆している。正極タブ部材53と封口板33の電池内側面との間に絶縁板35が設けられている。封口板33の正極用開口において、絶縁板35とガスケット34とが当接している。これにより、正極タブ部材53および正極端子50が封口板33から絶縁されている。   The positive electrode terminal 50 is fitted into the positive electrode opening of the sealing plate 33 while being in contact with the gasket 34. The positive electrode terminal 50 is connected to the positive electrode tab member 53 on the battery inner side of the sealing plate 33. A recess 51 is provided at the end of the positive electrode terminal 50 fitted in the positive electrode opening of the sealing plate 33 such that a side wall is formed along the positive electrode opening of the sealing plate 33. The positive terminal 50 is fixed by caulking so that the edge part of the recessed part 51 spreads. The core part (not shown) of the positive electrode terminal 50 is made of aluminum, and a copper plating layer (not shown) covers the core part. An insulating plate 35 is provided between the positive electrode tab member 53 and the battery inner surface of the sealing plate 33. The insulating plate 35 and the gasket 34 are in contact with each other at the positive electrode opening of the sealing plate 33. Thereby, the positive electrode tab member 53 and the positive electrode terminal 50 are insulated from the sealing plate 33.

正極タブ部材53は、電極体32の一方の端面から突出した正極集電板群32aに接続されている。なお、正極集電板群32aは、電極体32の一方の端面から突出した複数の正極集電板を束ねたものである。   The positive electrode tab member 53 is connected to the positive electrode current collector plate group 32 a protruding from one end face of the electrode body 32. The positive electrode current collector plate group 32 a is a bundle of a plurality of positive electrode current collector plates protruding from one end face of the electrode body 32.

負極端子60は、ガスケット34に当接された状態で、封口板33の負極用開口に嵌め込まれている。また、負極端子60は、封口板33の電池内側において負極タブ部材62と接続している。なお、封口板33の負極用開口に嵌め込まれた負極端子60の端部には、封口板33の負極用開口に沿って側壁が形成されるような凹部61が設けられている。凹部61の縁部分が広がるようにかしめることで、負極端子60が固定されている。負極端子60は全体が銅で形成されている。負極タブ部材62と封口板33の電池内側面との間に絶縁板35が設けられている。封口板33の負極用開口において、絶縁板35とガスケット34とが当接している。これにより、負極タブ部材62および負極端子60が封口板33から絶縁されている。   The negative electrode terminal 60 is fitted into the negative electrode opening of the sealing plate 33 while being in contact with the gasket 34. The negative electrode terminal 60 is connected to the negative electrode tab member 62 inside the sealing plate 33 on the battery side. A recess 61 is formed at the end of the negative electrode terminal 60 fitted in the negative electrode opening of the sealing plate 33 so that a side wall is formed along the negative electrode opening of the sealing plate 33. The negative terminal 60 is fixed by caulking so that the edge part of the recessed part 61 spreads. The entire negative electrode terminal 60 is made of copper. An insulating plate 35 is provided between the negative electrode tab member 62 and the battery inner surface of the sealing plate 33. In the negative electrode opening of the sealing plate 33, the insulating plate 35 and the gasket 34 are in contact with each other. Thereby, the negative electrode tab member 62 and the negative electrode terminal 60 are insulated from the sealing plate 33.

負極タブ部材62は、電極体32の他方の端面から突出した負極集電板群32bに接続されている。なお、負極集電板群32bは、電極体32の他方の端面から突出した複数の負極集電板を束ねたものである。   The negative electrode tab member 62 is connected to the negative electrode current collector plate group 32 b protruding from the other end face of the electrode body 32. The negative electrode current collector plate group 32 b is a bundle of a plurality of negative electrode current collector plates protruding from the other end face of the electrode body 32.

図3は、回路基板20に接続された電池30の配列を示す平面図である。本実施の形態では、計10個の電池30が5個ずつに分かれてそれぞれ列をなしている。なお、図3においては、前述のチップ部品28がなす回路部および監視のための配線の図示は省略している。   FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the batteries 30 connected to the circuit board 20. In the present embodiment, a total of ten batteries 30 are divided into five and each form a line. In FIG. 3, the circuit portion formed by the chip component 28 and the wiring for monitoring are not shown.

第1の列をなす5個の電池30aは、電池30の長手方向が略平行になるように所定の間隔で並設されている。電池30aの正極端子50および負極端子60の先端部分は、電池30aの長手方向に電池30aの筐体から突出している。隣接する電池30aの正極端子50および負極端子60は、互いに反対側になるように配列されている。第1の列において、互いに隣接する一方の電池30aの正極端子50と他方の電池30aの負極端子60とが共通の配線層26aに接続されている。すなわち、配線層26aはインターコネクタとして機能している。これにより、第1の列の電池30aが直列接続されている。   The five batteries 30a forming the first row are arranged in parallel at predetermined intervals so that the longitudinal directions of the batteries 30 are substantially parallel. The tip portions of the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 of the battery 30a protrude from the casing of the battery 30a in the longitudinal direction of the battery 30a. The positive terminal 50 and the negative terminal 60 of the adjacent battery 30a are arranged so as to be opposite to each other. In the first row, the positive terminal 50 of one battery 30a and the negative terminal 60 of the other battery 30a adjacent to each other are connected to a common wiring layer 26a. That is, the wiring layer 26a functions as an interconnector. Thereby, the batteries 30a in the first row are connected in series.

一方、第2の列をなす5個の電池30bは、電池の長手方向が略平行になるように所定の間隔で並設されている。電池30bの正極端子50および負極端子60の先端部分は、電池30bの長手方向に電池30bの筐体から突出している。隣接する電池30bの正極端子50および負極端子60は、互いに反対側になるように配列されている。第2の列において、互いに隣接する一方の電池30bの正極端子50と他方の電池30bの負極端子60とが共通の配線層26bに接続されている。すなわち、配線層26bはインターコネクタとして機能している。これにより、第2の列の電池30bが直列接続されている。   On the other hand, the five batteries 30b forming the second row are arranged in parallel at predetermined intervals so that the longitudinal directions of the batteries are substantially parallel. The tip portions of the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 of the battery 30b protrude from the casing of the battery 30b in the longitudinal direction of the battery 30b. The positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 of the adjacent battery 30b are arranged to be opposite to each other. In the second row, the positive terminal 50 of one battery 30b and the negative terminal 60 of the other battery 30b adjacent to each other are connected to a common wiring layer 26b. That is, the wiring layer 26b functions as an interconnector. Thereby, the batteries 30b in the second row are connected in series.

さらに、第1の列をなす電池30aの直列接続の一方の終端となる負極端子60’と、第2の列をなす電池30bの直列接続の一方の終端となる正極端子50’とが共通の配線層26cに接続されている。これにより、第1の列をなす電池30aと第2の列をなす電池30bとが直列接続される。第1の列をなす電池30aの直列接続の一方の終端となる正極端子50’’は、配線層26dに接続されている。また、第2の列をなす電池30bの直列接続の一方の終端となる負極端子60’’は、配線層26eに接続されている。配線層26d、26eからそれぞれ回路基板20の外部に配線が引き回され、外部負荷と接続可能になっている。   Further, the negative terminal 60 ′ serving as one terminal of the series connection of the batteries 30a forming the first row and the positive terminal 50 ′ serving as one terminal of the series connection of the batteries 30b forming the second row are common. It is connected to the wiring layer 26c. As a result, the battery 30a forming the first row and the battery 30b forming the second row are connected in series. The positive terminal 50 ″, which is one end of the series connection of the batteries 30 a forming the first row, is connected to the wiring layer 26 d. Further, the negative terminal 60 ″ serving as one end of the series connection of the batteries 30 b forming the second row is connected to the wiring layer 26 e. Wirings are routed from the wiring layers 26d and 26e to the outside of the circuit board 20, and can be connected to an external load.

図4(A)は、電池30の正極端子50と回路基板20の配線層26との接続構造を示す図である。また、図4(B)は、電池30の負極端子60と回路基板20の配線層26との接続構造を示す図である。   FIG. 4A is a diagram illustrating a connection structure between the positive terminal 50 of the battery 30 and the wiring layer 26 of the circuit board 20. FIG. 4B is a diagram showing a connection structure between the negative electrode terminal 60 of the battery 30 and the wiring layer 26 of the circuit board 20.

図4(A)に示すように、正極端子50の接続部分は、アルミニウムからなる芯部52と芯部52の周りを被覆する、銅からなる表層部54からなる。表層部54は、芯部52の周りに形成されためっき層である。表層部54と配線層26とは、拡散接合により接合されている。表層部54と配線層26とが拡散接合により一体化しているため、両者の間に界面が存在しない。一方、図4(B)に示すように、負極端子60の接続部分は銅で形成されている。負極端子60と配線層26とは、拡散接合により接合されている。負極端子60と配線層26とが拡散接合により一体化しているため、両者の間に界面が存在しない。   As shown in FIG. 4A, the connecting portion of the positive electrode terminal 50 includes a core part 52 made of aluminum and a surface layer part 54 made of copper covering the periphery of the core part 52. The surface layer portion 54 is a plating layer formed around the core portion 52. The surface layer portion 54 and the wiring layer 26 are joined by diffusion bonding. Since the surface layer portion 54 and the wiring layer 26 are integrated by diffusion bonding, there is no interface between them. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the connection portion of the negative electrode terminal 60 is formed of copper. The negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 are joined by diffusion bonding. Since the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 are integrated by diffusion bonding, there is no interface between them.

以上説明した電池モジュール10によれば、電池の外部端子(正極端子50および負極端子60)と回路基板20の配線層26とが拡散接合により接合し、一体化した構造を備えることにより、電池の外部端子と配線層26との接続信頼性の向上を図ることができる。この結果、振動によって電池の外部端子が配線層26から外れることを抑制することができる。また、電池の外部端子と配線層26との間に金属界面がないため、低抵抗化を図ることができる。   According to the battery module 10 described above, the battery external terminals (the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60) and the wiring layer 26 of the circuit board 20 are joined by diffusion bonding, thereby providing an integrated structure. The connection reliability between the external terminal and the wiring layer 26 can be improved. As a result, it is possible to prevent the external terminals of the battery from being detached from the wiring layer 26 due to vibration. Moreover, since there is no metal interface between the external terminal of the battery and the wiring layer 26, the resistance can be reduced.

(電池モジュールの製造方法)
電池モジュールの製造方法のうち、特に、電池と回路基板の接続方法について、図5(A)および図5(B)を参照して説明する。なお、図5(A)および図5(B)では、説明を簡便にするため一列分の電池30が示されている。
(Battery module manufacturing method)
Among the battery module manufacturing methods, in particular, a method for connecting a battery and a circuit board will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). In FIGS. 5A and 5B, one row of batteries 30 is shown for ease of explanation.

まず、アルミニウムからなる正極端子の芯部の表面にめっき法を用いて銅を被覆し、表層部を形成する。こうして得られた銅を主成分とする金属で芯部が被覆された正極端子と銅を主成分とする金属で形成された負極端子を用いて、図3に示したような電池30を形成する。なお、電池30の正極端子および負極端子の最表面は、銅が大気中で自然酸化することにより、酸化銅を主成分とする酸化物で形成されている。ここで、「銅を主成分とする」および「酸化銅を主成分とする」という表現中、「主成分とする」は、銅または酸化銅の含有量が50%よりも大きいことを意味する。   First, the surface of the core portion of the positive electrode terminal made of aluminum is coated with copper using a plating method to form a surface layer portion. The battery 30 as shown in FIG. 3 is formed by using the positive electrode terminal obtained by covering the core with a metal containing copper as a main component and the negative electrode terminal formed using a metal containing copper as a main component. . In addition, the outermost surfaces of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery 30 are formed of an oxide containing copper oxide as a main component by spontaneous oxidation of copper in the atmosphere. Here, in the expressions “mainly composed of copper” and “mainly composed of copper oxide”, “mainly composed” means that the content of copper or copper oxide is larger than 50%. .

次に、図5(A)に示すように、配線層26の所定位置と電池30の正極端子50および負極端子60とを位置合わせした状態で、正極端子50と配線層26との間、および負極端子60と配線層26との間に、酸化銅が溶出または溶解する溶液(図示せず)を充填する。本実施の形態では、溶液はアンモニア水である。正極端子50と配線層26との間に溶液を充填したときの、正極端子50と配線層26との距離は、たとえば、1μmである。同様に、負極端子60と配線層26との距離は、たとえば、1μmである。   Next, as shown in FIG. 5A, with the predetermined position of the wiring layer 26 and the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 of the battery 30 aligned, and between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26, and A solution (not shown) in which copper oxide is eluted or dissolved is filled between the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26. In the present embodiment, the solution is aqueous ammonia. The distance between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 when the solution is filled between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 is, for example, 1 μm. Similarly, the distance between the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 is, for example, 1 μm.

室温で1分程度放置すると、正極端子50および負極端子60の最表面に形成された酸化銅が溶液中に溶出し、正極端子50の最表面から酸化銅が消失する。また、接合部分となる配線層26の最表面に形成された酸化銅が溶液中に溶出し、接合部分となる配線層26の最表面から酸化銅が消失する。酸化銅が溶液に溶出することにより、正極端子50および負極端子60の最表面およびこれと対応する配線層26の最表面に銅が露出する。また、溶液中では、銅錯体が形成される。本実施の形態では、銅錯体は、[Cu(NH2+で表される加熱分解性のテトラアンミン銅錯イオンとして存在すると考えられる。なお、アンモニア水は銅に対して不活性であるため、正極端子50、負極端子60および配線層26を構成する銅はアンモニア水と反応せずに残存している。 When left at room temperature for about 1 minute, the copper oxide formed on the outermost surfaces of the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 is eluted in the solution, and the copper oxide disappears from the outermost surface of the positive electrode terminal 50. Moreover, the copper oxide formed in the outermost surface of the wiring layer 26 used as a junction part elutes in a solution, and copper oxide lose | disappears from the outermost surface of the wiring layer 26 used as a junction part. By elution of copper oxide into the solution, copper is exposed on the outermost surfaces of the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 and the corresponding outermost surface of the wiring layer 26. Moreover, a copper complex is formed in the solution. In the present embodiment, the copper complex is considered to exist as a thermally decomposable tetraammine copper complex ion represented by [Cu (NH 3 ) 4 ] 2+ . In addition, since ammonia water is inactive with respect to copper, the copper which comprises the positive electrode terminal 50, the negative electrode terminal 60, and the wiring layer 26 remains without reacting with ammonia water.

次に、図5(B)に示すように、正極端子50と配線層26との間の距離、および負極端子60と配線層26との間の距離を縮めるように、プレス機を用いて正極端子50と配線層26とを加圧する。同様に、プレス機を用いて負極端子60と配線層26とを加圧する。加圧時の圧力は、たとえば1MPaである。本実施の形態では、電池30の正極端子50および負極端子60の先端部分は、電池30の長手方向に電池30の筐体から突出している。言い換えると、正極端子50と配線層26との接合部および負極端子60と配線層26との接合部が、電池30の筐体を回路基板20に投影した領域から外れた位置にある。このため、正極端子50および負極端子60に対してプレスを行う際に、電池30の筐体が障害とならず、正極端子50および負極端子60に対して直にプレスを行うことができる。   Next, as shown in FIG. 5B, a positive electrode is used to reduce the distance between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 and the distance between the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 using a press machine. The terminal 50 and the wiring layer 26 are pressurized. Similarly, the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 are pressurized using a press. The pressure at the time of pressurization is 1 MPa, for example. In the present embodiment, the tip portions of the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 of the battery 30 protrude from the casing of the battery 30 in the longitudinal direction of the battery 30. In other words, the joint portion between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 and the joint portion between the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 are positioned away from the region where the casing of the battery 30 is projected onto the circuit board 20. For this reason, when pressing is performed on the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60, the casing of the battery 30 does not become an obstacle, and the positive electrode terminal 50 and the negative electrode terminal 60 can be pressed directly.

次に、正極端子50と配線層26、および負極端子60と配線層26とを加圧した状態で200℃〜300℃の比較的低温な条件下で加熱することにより溶液中の銅以外の成分を除去して銅を析出または再結晶化させる。本実施の形態では、加熱により水分が蒸発するとともに、テトラアンミン銅錯イオンが熱分解してアンモニア成分が蒸発する。これにより、溶液において銅の割合が徐々に高まるとともに、プレス機による加圧により正極端子50の最表面と配線層26の最表面との距離が徐々に近づく。同様に、負極端子60の最表面と配線層26の最表面との距離が徐々に近づく。   Next, components other than copper in the solution are heated by heating the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 and the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 under a relatively low temperature condition of 200 ° C. to 300 ° C. Is removed to precipitate or recrystallize copper. In the present embodiment, the moisture evaporates by heating, and the tetraammine copper complex ions are thermally decomposed to evaporate the ammonia component. Thereby, the ratio of copper in the solution gradually increases, and the distance between the outermost surface of the positive electrode terminal 50 and the outermost surface of the wiring layer 26 gradually approaches due to pressurization by a press. Similarly, the distance between the outermost surface of the negative electrode terminal 60 and the outermost surface of the wiring layer 26 gradually approaches.

次に、溶液中の銅以外の成分の除去が完了すると、正極端子50の最表面と配線層26の最表面とが酸化銅由来の銅からなる析出銅により接合される。同様に、負極端子60の最表面と配線層26の最表面とが酸化銅由来の銅からなる析出銅により接合される。この析出銅は、配向性および安定性が優れている。析出銅により接合が完了した後、加熱を停止して析出銅による接合部分を徐々に室温程度まで冷却する。なお、加熱開始から加熱停止までの時間は、たとえば、10分間である。冷却完了後、加圧を解除し、正極端子50と配線層26、および負極端子60と配線層26との接合工程が完了する。   Next, when the removal of components other than copper in the solution is completed, the outermost surface of the positive electrode terminal 50 and the outermost surface of the wiring layer 26 are joined by precipitated copper made of copper derived from copper oxide. Similarly, the outermost surface of the negative electrode terminal 60 and the outermost surface of the wiring layer 26 are joined by deposited copper made of copper derived from copper oxide. This deposited copper is excellent in orientation and stability. After the joining with the precipitated copper is completed, the heating is stopped and the joined portion with the precipitated copper is gradually cooled to about room temperature. The time from the start of heating to the stop of heating is, for example, 10 minutes. After the cooling is completed, the pressure is released, and the joining process of the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 and the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 is completed.

なお、図4に示した接合構造では、正極端子50と配線層26との仮想的な境界は、配線層26の最表面を延在した面と一致しているが、上述のように、正極端子50に対してプレスを行うことにより、正極端子50と配線層26との仮想的な境界は、配線層26の最表面を延在した面に対して配線層26の中に押し込まれることがある。負極端子60と配線層26との仮想的な境界も、同様に、配線層26の最表面を延在した面に対して配線層26の中に押し込まれることがある。   In the junction structure shown in FIG. 4, the virtual boundary between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 coincides with the surface extending from the outermost surface of the wiring layer 26, but as described above, the positive electrode By pressing the terminal 50, the virtual boundary between the positive electrode terminal 50 and the wiring layer 26 can be pushed into the wiring layer 26 with respect to the surface extending the outermost surface of the wiring layer 26. is there. Similarly, the virtual boundary between the negative electrode terminal 60 and the wiring layer 26 may be pushed into the wiring layer 26 with respect to the surface extending the outermost surface of the wiring layer 26.

以上説明した電池モジュールの製造方法によれば、真空装置などの大がかりな設備を用いることなく、比較的低温な条件下で電池30の外部端子と回路基板20の配線層26を接合することができる。具体的には、電池30の外部端子の接合面と配線層26の接合面とが活性化された後、析出銅を介して接合される。これにより、電池30の外部端子と配線層26との間にボイドが発生したり副生成物が介在することが抑制されるため、電池30の外部端子の配線層26との接続信頼性を高めることができる。   According to the battery module manufacturing method described above, the external terminals of the battery 30 and the wiring layer 26 of the circuit board 20 can be joined under relatively low temperature conditions without using a large-scale facility such as a vacuum apparatus. . Specifically, the joint surface of the external terminal of the battery 30 and the joint surface of the wiring layer 26 are activated and then joined through the deposited copper. As a result, voids and by-products are prevented from being generated between the external terminals of the battery 30 and the wiring layer 26, so that the connection reliability between the external terminals of the battery 30 and the wiring layer 26 is improved. be able to.

また、電池30の外部端子と配線層26との接合を担う析出銅として、電池30の外部端子および配線層26の最表面に酸化被膜として存在していた酸化銅由来の銅が用いられているため、電池30の外部端子と配線層26とを接合するために、接合材料を別途用意する必要がない。このため、電池30の外部端子と配線層26との接続に要するコストを低減することができる。   In addition, as the deposited copper responsible for joining the external terminal of the battery 30 and the wiring layer 26, copper derived from copper oxide that was present as an oxide film on the outermost surface of the external terminal of the battery 30 and the wiring layer 26 is used. Therefore, it is not necessary to separately prepare a bonding material in order to bond the external terminal of the battery 30 and the wiring layer 26. For this reason, the cost required for the connection between the external terminal of the battery 30 and the wiring layer 26 can be reduced.

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. The form can also be included in the scope of the present invention.

10 電池モジュール、20 回路基板、22 金属基板、24 絶縁樹脂層、26 配線層、30 電池、31 外装缶、32 電極体、50 正極端子、60 負極端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery module, 20 Circuit board, 22 Metal substrate, 24 Insulation resin layer, 26 Wiring layer, 30 Battery, 31 Exterior can, 32 Electrode body, 50 Positive electrode terminal, 60 Negative electrode terminal

Claims (7)

基材と前記基材に設けられた配線層とを有する回路基板と、
電極体と、前記電極体が収容された筐体と、前記筐体の外部に設けられ、前記電極体に電気的に接続されている外部端子とを有する電池と、
を備え、
前記外部端子と前記配線層とが拡散接合により接合されていることを特徴とする電池モジュール。
A circuit board having a base material and a wiring layer provided on the base material;
A battery having an electrode body, a housing in which the electrode body is accommodated, and an external terminal provided outside the housing and electrically connected to the electrode body;
With
The battery module, wherein the external terminal and the wiring layer are joined by diffusion bonding.
前記外部端子と前記配線層との接合部が、前記筐体を前記回路基板に投影した領域から外れた位置にある請求項1に記載の電池モジュール。   2. The battery module according to claim 1, wherein a joint portion between the external terminal and the wiring layer is located away from a region where the housing is projected onto the circuit board. 銅を主成分とする金属で形成または被覆された外部端子を有する電池と、銅を主成分とする金属で形成された配線層を有する回路基板とを用意する工程と、
前記外部端子と、前記配線層との間に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を充填し、前記外部端子および前記配線層の最表面に銅を主成分とする金属を露出させる工程と、
前記外部端子と前記配線層との間の距離を縮めるように前記外部端子と前記配線層とを加圧する工程と、
前記外部端子と前記配線層とを加圧した状態で、加熱により前記外部端子と前記配線層とを接合する工程と、
を備えることを特徴とする電池モジュールの製造方法。
Preparing a battery having an external terminal formed or coated with a metal mainly composed of copper, and a circuit board having a wiring layer formed of a metal mainly composed of copper;
Filled between the external terminal and the wiring layer is a solution from which an oxide mainly composed of copper oxide is eluted, and exposes the metal mainly composed of copper on the outermost surface of the external terminal and the wiring layer. A process of
Pressurizing the external terminal and the wiring layer so as to reduce the distance between the external terminal and the wiring layer;
Bonding the external terminal and the wiring layer by heating in a state where the external terminal and the wiring layer are pressurized;
A method for manufacturing a battery module, comprising:
前記溶液は銅に対して不活性である請求項3に記載の電池モジュールの製造方法。   The method for producing a battery module according to claim 3, wherein the solution is inert to copper. 前記溶液が銅と錯体を形成する配位子を有する物質を含む請求項3または4に記載の電池モジュールの製造方法。   The method for manufacturing a battery module according to claim 3 or 4, wherein the solution contains a substance having a ligand that forms a complex with copper. 前記錯体が加熱分解性である請求項5に記載の電池モジュールの製造方法。   The method for producing a battery module according to claim 5, wherein the complex is heat decomposable. 前記溶液がアンモニア水である請求項3乃至6のいずれか1項に記載の電池モジュールの製造方法。   The method for manufacturing a battery module according to claim 3, wherein the solution is aqueous ammonia.
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