JP2012186058A - リード付基板及びパック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板における導電ランドにニッケルブロックが半田接続され、当該ニッケルブロックにリード板が溶接されたリード付基板において、Ｎｉブロックの上にリード板をスポット溶接する際に、薄いＮｉブロックを使っても半田ボールが発生するのを抑えられるようにする。
【解決手段】回路基板２０の基板本体には、溶接棒５２を挿通させる切り欠き２０ａが形成され、リード接続用の導電ランド２３が、回路基板２０の表面における切り欠き２０ａの周囲に、切り欠き２０ａを挟んで対向する位置にまたがって形成されている。Ｎｉブロック２５は、回路基板２０の上で、切り欠き２０ａをまたいで導電ランド２３上に半田接合され、接続リード３１は、Ｎｉブロック２５の上面に溶接されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、パック電池などに用いられるリード付基板、並びにリード付基板が内蔵されているパック電池に関する。

携帯用電子機器の電源として、素電池の外面上に、回路基板が取り付けられたパック電池も開発され、広く用いられている。
一般的なパック電池では、回路基板に保護回路が組み込まれ、素電池の端子と回路基板の導電ランドとの間はリード板で結ばれ、素電池からリード板及び回路基板を経由して外部に電力が供給されるようになっている。

ここで、回路基板の導電ランドとリード板とを接続する方法として、ニッケルブロック（Ｎｉブロック）を介して接続する方法が多く用いられている。
例えば、特許文献１に開示されているように、回路基板の表面に設けられた複数の導電ランドにまたがるようにＮｉブロックが配置され、導電ランドとＮｉブロックとが半田付けされる。

そして、このＮｉブロックの上にリード板をスポット溶接する。このとき、図７（ａ）に示すように、Ｎｉブロック２６の上にリード板３３を重ねて、そのリード板３３の上から１対の溶接棒６１，６２を押し当て、電流を流して発熱させることによって溶接する方法が用いられている。

特開２００３−２９７３１５号公報

上記のようにＮｉブロックの上にリード板をスポット溶接する際に発生する熱で、導電ランドとＮｉブロックとを接合している半田が溶融して、球状の半田ボールが発生することがある。この半田ボールが発生すると、回路基板において短絡が発生する原因となる。
そこで、このような溶接に伴う半田ボールの発生を抑えるために、Ｎｉブロックとして、エンボス仕様のものを用いることも行われている。

しかし、エンボス仕様のＮｉブロックは、厚みが０．４ｍｍ程度と大きく、高価であるため、これを用いると製造コストが上がることになる。
本発明は、上記課題に鑑み、回路基板における導電ランドにニッケルブロックが半田接続され、当該ニッケルブロックにリード板が溶接されたリード付基板において、Ｎｉブロックの上にリード板をスポット溶接する際に、薄いＮｉブロックを使っても半田ボールが発生するのを抑えられるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかるリード付基板は、回路基板の基板本体に、溶接棒通過用の孔または切り欠きを貫通して形成し、リード接続用の導電ランドを、基板本体の表面における孔または切り欠きの周囲に形成し、ニッケルブロックを、回路基板の表面上に、孔または切り欠きをまたいで配し、導電ランドに半田接合し、リード板を、そのニッケルブロックの上面に溶接することとした。

導電ランドは、基板本体の表面における孔または切り欠きを挟んで対向する位置にまたがるよう形成することが好ましい。
リード板は、ニッケルブロックの上面における孔または切り欠きと対応する箇所に溶接することが好ましい。
上記孔または切り欠きは、直径が０．５ｍｍの丸棒を挿通可能な形状を有することが好ましい。

本発明のリード付基板は、素電池の外面上に配設して、リード付基板のリード板を素電池の端子に接続してパック電池を構成するのに適している。

上記本発明にかかるリード付基板は、回路基板の基板本体に、溶接棒通過用の孔または切り欠きを貫通して形成し、リード接続用の導電ランドを、基板本体の表面における孔または切り欠きの周囲に形成し、ニッケルブロックを、回路基板の表面上に、孔または切り欠きをまたいで配し、導電ランドに半田接合しているので、そのニッケルブロックの上面にリード板を溶接する際に、１対の溶接棒の中、１方の溶接棒をリードの表面側に当てると共に、他方の溶接棒を孔または切り欠きから挿入してニッケルブロックの裏側に当てて、Ｎｉブロック及びリードを１対の溶接棒で挟み込んだ状態でダイレクト溶接することができる。

そして、このようにしてダイレクト溶接を行うと、溶接時における電流経路の位置は、孔または切り欠きの中央部に対応する位置となる。すなわち電流経路の位置が導電ランドから比較的離れた位置となる。
従って、溶接に伴って導電ランド上の半田が受ける熱量は比較的少ないので、薄いＮｉブロックを使っても半田ボールが発生しにくい。

そして、Ｎｉブロックの厚みが小さいものを用いる場合には、テープキャリアの形態でＮｉブロックを供給できるので、リード付基板を効率よく製造することができる。
上記本発明にかかるリード付基板において、導電ランドを、基板本体の表面における孔または切り欠きを挟んで対向する位置にまたがるように形成すれば、Ｎｉブロックと導電ランドとの半田接続を安定して行うことができる。

また、上記本発明にかかるリード付基板において、孔または切り欠きは、直径０．５ｍｍの棒を挿通可能な形状とすることが、溶接棒を、孔または切り欠きに容易に挿入できるようにする上で好ましい。

実施の形態１に係るパック電池１の外観を示す斜視図である。 実施の形態１に係るパック電池１のコアパック２を示す斜視図である。 コアパック２の正面図及び断面図である。 コアパック２の分解斜視図である。 回路基板２０の導電ランド２３，２４に接続リード３１，３３を接続する工程を示す図であって、（ａ）はＮｉブロックを半田付けする工程、（ｂ）はＬ字形の接続リードをＮｉブロックに重ねる工程、（ｃ）はスポット溶接する工程を示す。 接続リード３３とＮｉブロック２６を、溶接棒５１，５２で挟み込んでダイレクト溶接する様子を示す図であって、（ａ）は接続リードとＮｉブロックが重ねられた部分に溶接棒を近づける様子、（ｂ）は溶接棒で挟んだ状態を示す。 接続リードとＮｉブロックを溶接する際の電流経路を示す図であって、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施の形態を示す。 接続リード３１，３３をＵ字状に折り曲げる前のコアパック２を示す側面図である。

図１は、実施の形態にかかるパック電池の外観を示す斜視図である。
このパック電池１は、角形の素電池１０の上部に沿って回路基板２０及び基板ホルダ４０が取付けられ、底部に底板１０２が装着されてなるコアパック２に対して、回路基板２０を覆うように樹脂モールド１０１が形成され、素電池１０の外側面全体を被覆するように外装ラベル１０３が貼り付けられて構成されている。

素電池１０のサイズは、例えば、横方向４２ｍｍ×縦方向６２ｍｍ×厚み４．５ｍｍである。
樹脂モールド１０１，底板１０２は、絶縁性の材料（例えばポリカーボネート系樹脂などの樹脂材料）で形成されている。
図２は、コアパック２の斜視図であり、図３は、コアパック２の正面図及び断面図である。図４はコアパック２の分解斜視図である。

図２〜４に示すように、素電池１０は、扁平な角形のリチウムイオン二次電池であって、Ａｌ合金からなる扁平な直方体形状の外装缶１１に電極体および電解液が充填され、外装缶１１の開口部が外装蓋１２で封口されて形成されている。
外装蓋１２は長尺板状であって、外装蓋１２の中央部には負極端子１３が凸設され、その端部にクラッド板である正極端子１４が設けられている。

負極端子１３は、外装蓋１２の中央部に開設された孔を上下に貫通するように配設され、外装蓋１２とはガスケットによって絶縁されている。
回路基板２０は、絶縁材料からなる長方形状の基板本体に、プリント配線（不図示）が形成され、保護回路などを形成する素子２１が実装された板状部品であって、素電池１０の外装蓋１２の上に基板ホルダ４０及び絶縁板４１を介して装着されている。

上記素電池１０の負極端子１３は、基板ホルダ４０に開設された孔を上方に突き抜けている。
回路基板２０の上面側に、外部へ出力するための外部端子２２が配設されている。この外部端子２２は、樹脂モールド１０１の天面部に開設された窓から外部に露出されている。

一方、回路基板２０下面側には、上記の素子２１の他に、正極側の導電ランド２３及び負極側の導電ランド２４が設けられている。なお、上記外部端子２２、導電ランド２３，２４は、プリント配線の端部に形成され、上記素子２１は、プリント配線上に実装されている。
回路基板２０と外装蓋１２との間には、上記の基板ホルダ４０の他に、接続リード３１，リード付安全素子３２、接続リード３３なども介在している。

図３の断面図Ｃ−Ｃ及びその部分Ｄの拡大図に示すように、接続リード３１は断面Ｕ字状の導電板であって、素電池１０の正極端子１４と回路基板２０の下面側にある導電ランド２３とを接続している。
リード付安全素子３２は、ＰＴＣ本体３２ａの上面側にリード３２ｂ、下面側にリード３２ｃが接合されて構成され、リード３２ｂは、ＰＴＣ本体３２ａの上面から伸長して負極端子１３に接続されている。一方、リード３２ｃは、ＰＴＣ本体３２ａの下面から伸長して、接続リード３３に接続されている。

図３の断面図Ａ−Ａ及びその部分Ｂの拡大図に示すように、接続リード３３も断面Ｕ字状の導電板であって、上記リード付安全素子３２のリード３２ｃと、回路基板２０の下面側にある導電ランド２４とを接続している。
（回路基板２０の導電ランド２３，２４と接続リード３１，３３との接続形態）
接続リード３１と導電ランド２３との接続は、Ｎｉブロック２５を介してなされている。また、接続リード３３と導電ランド２４との接続も、Ｎｉブロック２６を介してなされている。

詳しくは、下記図５（ａ）〜（ｃ）を参照した製造工程に示されるが、回路基板２０の基板本体には、これを貫通する切り欠き２０ａが形成され、上記導電ランド２３は、回路基板２０の基板本体の表面における切り欠き２０ａの周囲に形成され、Ｎｉブロック２５が、回路基板２０の表面上において切り欠き２０ａをまたいで配設され、Ｎｉブロック２５の隅部分が導電ランド２３上に半田接合されている。具体的には、回路基板２０の表面上において、４つの導電ランド２３が切り欠き２０ａを挟んで対向する位置に形成されている。そして、矩形状のＮｉブロック２５の４隅部分が導電ランド２３上に溶接されている。接続リード３１は、このＮｉブロック２５の上面に溶接されている。

同様に、回路基板２０の基板本体には、これを貫通する切り欠き２０ｂが形成され、上記導電ランド２４は、回路基板２０の基板本体の表面において、切り欠き２０ｂの周囲に形成され、特に、切り欠き２０ｂを挟んで対向する位置にまたがって形成されている。そして、Ｎｉブロック２６は、回路基板２０の上で、切り欠き２０ｂをまたいで導電ランド２４に半田接合され、接続リード３３は、Ｎｉブロック２６の上面に溶接されている。

Ｎｉブロック２５、２６は、ニッケル板が成形されたものであって、切り欠き２０ｂをまたいで各導電ランド２４に接触できる形状に成形されている。
ここではＮｉブロック２５、２６の形状は、矩形状とするが、必ずしも矩形状である必要はなく、多角形、あるいは丸みをもった形状であってもよい。
（コアパック２の組み立て）
接続リード３１，３３は、Ｕ字形に曲折する前のＬ字形状のものを用いる。

（１）回路基板２０の導電ランド２３,２４に、Ｌ字形状の接続リード３１，３３を接続する。
（２）Ｌ字形状の接続リード３３と、リード付安全素子３２のリード３２ｃとを溶接接続する。また、基板ホルダ４０、絶縁板４１を外装蓋１２の上に装着して、リード付安全素子３２のリード３２ｂと負極端子１３とを溶接接続する。また、Ｌ字形状の接続リード３１と外装蓋１２とを、正極端子１４を介して溶接接続する。

（３）素電池１０に底板１０２を装着する。
なお、上記（１）〜（３）の工程は、この順序に行ってもよいし、順序を入れ換えてもよい。（１）工程と（２）工程の順序を入れ換えた場合、Ｌ字形状の接続リード３１，３３が素電池１０に取付けられた状態で、この接続リード３１，３３と回路基板２０の溶接工程を行うことになる。

図８は、このように組み立てられたコアパック２である。
ただし、接続リード３１，３３はＬ字状の状態であるので、接続リード３１，３３をＵ字状に折り曲げることによって、コアパック２が出来上がる。
（回路基板２０への接続リード３１，３３の接続工程）
図５は、回路基板２０の導電ランド２３，２４に接続リード３１，３３を接続する工程を示す図である。

図５（ａ）に示すように、導電ランド２３は、切り欠き２０ａの周囲に複数分散して配置され、導電ランド２４は、切り欠き２０ｂの周囲に複数分散して配置されている。
導電ランド２３、２４に、リフロー方式で、Ｎｉブロック２５，２６を半田付けする。
すなわち、各導電ランド２３，２４の上に、半田ペーストを印刷し、Ｎｉブロック２５を、切り欠き２０ａをまたいで各導電ランド２３を覆うように配置し、Ｎｉブロック２６を、切り欠き２０ｂをまたいで各導電ランド２４を覆うように配置する。そして、赤外線あるいは熱風で半田に熱を加えて溶融することによって、半田付けする。

ここで、複数の導電ランド２３は、上記のように回路基板２０の表面における切り欠き２０ａを挟んで対向する位置にまたがるように形成されているので、Ｎｉブロック２５と導電ランド２３との半田接続が安定してなされる。また、複数の導電ランド２４も、回路基板２０の表面における切り欠き２０ｂを挟んで対向する位置にまたがるように形成されているので、Ｎｉブロック２６と導電ランド２４との半田接続が安定してなされる。

図５（ｂ）に示すように、Ｕ字形に曲げる前のＬ字形の接続リード３１，３３を準備し、これらＬ字形の接続リード３１，３３を、Ｎｉブロック２５，２６の上に重ねて載置する。そして、接続リード３１とＮｉブロック２５をダイレクト溶接すると共に、接続リード３３とＮｉブロック２６をダイレクト溶接する。
図５（ｃ）及び図６（ａ），（ｂ）は、接続リード３３とＮｉブロック２６を、溶接棒５１，５２で挟み込んでダイレクト溶接する様子を示す図であって、図６（ａ），（ｂ）は、回路基板２０上で接続リード３３とＮｉブロック２６が重ねられた部分を、回路基板２０の長手方向に切断した断面を示している。

これらの図に示すように、溶接棒５１で上から接続リード３３の上面を押さえ、溶接棒５２で、下から切り欠き２０ｂを挿通して、Ｎｉブロック２６の下面を押さえて、接続リード３３とＮｉブロック２６を押圧する。
この状態で、溶接棒５１と溶接棒５２の間に電力を供給する。
図７は接続リードとＮｉブロックを溶接する際の電流経路を示す図であって、（ａ）が比較例、（ｂ）が実施形態を示している。

図７（ｂ）に示すように、軸が一致するように縦に並んだ溶接棒５１と溶接棒５２との間に電流が流れ、その電流によって発生する熱で接続リード３３とＮｉブロック２６とが溶接されるが、このときの電流経路Ｅ2は切り欠き２０ｂの中央付近で縦方向に流れるので、半田２４ａが存在する箇所から離れている。従って、溶接に伴って半田２４ａに加わる熱が少なく、半田２４ａは溶融しにくい。また、ダイレクト溶接なので、比較的小さな電流でも良好に溶接することができ、この点からも、溶接に伴って半田２４ａに加わる熱は比較的が少なくなる。

よって、実施形態の場合は、用いるＮｉブロック２６の厚みが０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ程度と薄くても、溶接に伴って半田ボールは発生しにくい。
なお、コアパック２の組み立て時に、上記（１）工程と（２）工程の順序を入れ換えた場合、すなわち、Ｌ字形状の接続リード３１，３３が素電池１０に取付けられた状態で、この接続リード３１，３３と回路基板２０の溶接工程を行う場合も、接続リード３１，３３をＮｉブロック２５、２６にダイレクト溶接することができ、同様の効果を奏する。

一方、比較例では、図７（ａ）に示すように、回路基板１２０には溶接棒が挿通できる切り欠きは形成されていない。従って、導電ランド１２４上に半田１２４ａを印刷してＮｉブロック２６を溶接するときに、溶接棒をＮｉブロック２６の下面に当てることができないので、図７（ａ）に示すように、溶接棒６１及び溶接棒６２をＮｉブロック２６の上に並べて押し当ててシリーズ溶接を行うことになる。

このシリーズ溶接において、溶接棒６１と溶接棒６２との間に電流が流れ、発生する熱で接続リード３３とＮｉブロック２６が溶接されるが、溶接棒６１と溶接棒６２が横に並んだ状態で溶接されるため、その電流経路Ｅ1は半田１２４ａが存在する箇所に近いところを通るので、半田１２４ａは溶融しやすい。従って、比較例では、Ｎｉブロック２６として０．４ｍｍ程度の厚いものを用いれば半田ボールの発生を抑えることができるが、Ｎｉブロック２６として、厚みが０．１ｍｍ程度の薄いものを用いると半田ボールは発生しやすい。

以上のように、実施形態にかかるリード付基板によれば、Ｎｉブロック２５，２６の厚みが０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ程度と薄くても、接続リード３１，３３とＮｉブロック２５，２６を溶接する際に半田ボールが発生しにくいのに対して、比較例にかかるリード付基板によれば、半田ボールの発生を抑えるために厚みが０．１ｍｍ、あるいは０．１５ｍｍ程度の薄いＮｉブロックを用いると、半田ボールが発生しやすい。

そして、実施形態にかかるリード付基板では、上記のように厚みの小さいＮｉブロック２６を用いることができるので、テープにＮｉブロックを貼り付けたテープキャリアの形態でＮｉブロック２６を供給でき、リード付基板を効率よく製造することができる。
一方、比較例のリード付基板でも、Ｎｉブロックの厚みが大きいものを用いれば、半田ボールの発生を抑えることができるが、Ｎｉブロックの厚みが大きいと、テープキャリアの形態で供給しにくくなるので、その分、リード付基板を製造する効率が低下する。

（切り欠き２０ａ，２０ｂのサイズ、形状について）
切り欠き２０ａ，２０ｂの形状は、特に限定されないが、切り欠き２０ａ，２０ｂにおける溶接棒５２が通過する箇所の間隙幅は、溶接棒５２が通過できるように、スポット溶接に用いる溶接棒５２の太さに合わせて設定する。通常、スポット溶接に用いる溶接棒の径は０．５ｍｍ以上なので、切り欠き２０ａ，２０ｂの間隔Ｗは、径Φ０．５ｍｍの丸棒が通過できるだけの大きさとする。

ところで、スポット溶接に用いる溶接棒５２の径Φは、小さい方が回路基板２０に開ける切り欠き２０ａ，２０ｂのサイズが小さくて済むが、溶接棒５２の径Φが小さいと電極棒の消耗が早くなる。従って、このような点を考慮して、スポット溶接に用いる溶接棒５２の径Φを選択する。そして、切り欠き２０ａ，２０ｂの間隙幅Ｗは、スポット溶接に用いる溶接棒５２の径Φに合わせて、溶接棒５２の径Φ＋０．５ｍｍ程度に設定することが好ましい。

例えば、スポット溶接に用いる溶接棒５２の径φが１．０ｍｍの場合は、切り欠き２０ａ，２０ｂの間隙幅Ｗを１．５ｍｍ程度とし、溶接棒５２の径φが１．３ｍｍの場合は切り欠き２０ａ，２０ｂの間隙幅Ｗを１．８ｍｍ程度、溶接棒５２の径が１．７ｍｍの場合は切り欠き２０ａ，２０ｂの間隙幅Ｗを２．２ｍｍ程度とする。
本実施形態では、回路基板２０に切り欠き２０ａ，２０ｂを形成したが、回路基板に、切り欠きの代わりに、溶接棒が通過できる孔を形成しても、同様に実施することができる。

（変形例など）
上記実施の形態では、パック電池に内蔵される素電池がリチウムイオン電池である場合を例にとって説明したが、パック電池に内蔵される素電池のタイプは特に限定されず、角形のアルカリ電池などであってもよい。
また上記実施の形態では、角形の素電池にリード付基板が接続されたパック電池について説明したが、円筒形の素電池にリード付基板が接続されたパック電池においても適用できる。

また、上記実施の形態では、リード付基板を内蔵するパック電池について説明したが、本発明にかかるリード付基板は、パック電池用に限らず、携帯用電子機器などに広く適用できる。

本発明にかかるリード付基板は、その回路基板を素電池の外面上に配設して、リード板を素電池の端子に接続してパック電池を構成するのに適している。

１ パック電池
２ コアパック
１０ 素電池
１１ 外装缶
１２ 外装蓋
１３ 負極端子
１４ 正極端子
２０ 回路基板
２１ 素子
２２ 外部端子
２３，２４ 導電ランド
２４ａ 半田
２５，２６ Ｎｉブロック
３１，３３ 接続リード
３２ リード付安全素子
４０ 基板ホルダ
５１，５２ 溶接棒

Claims (5)

1. 基板本体にリード接続用の導電ランドが形成された回路基板と、前記導電ランドに接続されたニッケルブロックと、当該ニッケルブロックに溶接されたリード板とを備えるリード付基板であって、
   前記基板本体には、溶接棒通過用の孔または切り欠きが当該基板本体を貫通して形成され、
   前記導電ランドは、
   前記基板本体の表面における前記孔または切り欠きの周囲に形成され、
   前記ニッケルブロックは、
   前記回路基板の表面上に、前記孔または切り欠きをまたいで配されて、前記導電ランドに半田接合され、
   前記リード板は、前記ニッケルブロックの上面に溶接されていることを特徴とするリード板付回路基板。
2. 前記導電ランドは、
   前記基板本体の表面における前記孔または切り欠きを挟んで対向する位置にまたがって形成されていることを特徴とする請求項１記載のリード板付基板。
3. 前記リード板は、前記ニッケルブロックの上面における前記孔または切り欠きと対応する箇所に溶接されていることを特徴とする請求項１または２記載のリード付基板。
4. 前記孔または切り欠きは、
   直径が０．５ｍｍの丸棒が挿通可能な形状を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のリード付基板。
5. 請求項１〜４のいずれか記載のリード付基板が素電池の外面上に配設され、
   前記リード付基板のリード板が、前記素電池の端子に接続されてなるパック電池。

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