JP2013122938A - Laminate type energy device, laminate type energy device mounting method, and power supply module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネート型エネルギーデバイス、ラミネート型エネルギーデバイス実装方法、ラミネート型エネルギーデバイス実装構造、及び電源モジュールに関する。 The present invention relates to a laminate type energy device, a laminate type energy device mounting method, a laminate type energy device mounting structure, and a power supply module.
従来、ラミネート型エネルギーデバイスとしては、電気二重層キャパシタ(EDLC)、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池等が知られている(特許文献1〜3参照)。例えば、図35(a)に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18からは正負一対の引き出し電極34a,34bが引き出されている。このようなラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に実装する場合は、図35(b)に示すように、所定の実装位置で引き出し電極34a,34bをモジュール基板100側に押さえ、半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25bで半田溶接を行う。
Conventionally, as a laminate type energy device, an electric double layer capacitor (EDLC), a lithium ion capacitor, a lithium ion battery, and the like are known (see
しかしながら、セラミックパッケージ等のパッケージと異なり、ラミネート型では形状が大きく、引き出し電極34a,34bが長くやわらかい。そのため、半田付けの際、引き出し電極34a,34bの押さえが難しく、実装が不安定となる課題があった。
However, unlike a package such as a ceramic package, the laminate type has a large shape and the
本発明の目的は、安定してモジュール基板に実装可能なラミネート型エネルギーデバイス、ラミネート型エネルギーデバイス実装方法、及び電源モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laminate type energy device, a laminate type energy device mounting method, and a power supply module that can be stably mounted on a module substrate.
本発明の一態様によれば、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分に電解液のイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、前記引き出し電極が露出するように、かつ前記活物質電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように2層以上積層された積層体と、前記積層体を封止するラミネートシートと、前記ラミネートシートの両方の面又は一方の面に塗布された粘着剤と、前記粘着剤の表面を覆うはくり紙とを備えるラミネート型エネルギーデバイスが提供される。 According to one aspect of the present invention, while interposing a separator through which ions of the electrolytic solution can pass through the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative electrode active material electrodes and the positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed, A laminate in which two or more layers are laminated so that the lead electrode is exposed and the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternately laminated, and a laminate sheet for sealing the laminate, There is provided a laminate type energy device comprising an adhesive applied to both or one side of the laminate sheet, and a paper strip covering the surface of the adhesive.
また、本発明の他の態様によれば、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分に電解液のイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、前記引き出し電極が露出するように、かつ前記活物質電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように2層以上された積層体と、前記積層体を封止するラミネートシートと、前記ラミネートシートの両方の面又は一方の面に塗布された粘着剤と、前記粘着剤の表面を覆うはくり紙とを備えるラミネート型エネルギーデバイスを基板に実装する際のラミネート型エネルギーデバイス実装方法であって、前記ラミネートシートの両方の面又は一方の面を覆っているはくり紙をはがす工程と、前記はくり紙がはがされた部分に粘着剤が露出している状態で所定の実装位置に前記ラミネート型エネルギーデバイスを固定する工程と、前記引き出し電極を前記基板側に押さえて電気的に接続する工程とを有するラミネート型エネルギーデバイス実装方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a separator capable of allowing electrolyte ions to pass through the active material electrode portion of an electrode in which positive and negative active material electrodes and positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed is interposed. And a laminate having two or more layers so that the extraction electrode is exposed and the positive electrode and the negative electrode of the active material electrode are alternately laminated, and a laminate sheet for sealing the laminate And laminating type energy device mounting when mounting the laminating type energy device on the substrate, the adhesive applied to both surfaces or one surface of the laminating sheet, and the paper that covers the surface of the adhesive In the method, the step of peeling off the peeling paper covering both sides or one side of the laminate sheet, and the adhesive is exposed at the part where the peeling paper is peeled off And fixing the laminate type energy device in a fixed mounting position, laminate type energy device mounting method and a step of electrically connecting to hold the lead electrode on the substrate side is provided.
また、本発明の一態様によれば、ラミネート型エネルギーデバイスと、前記ラミネート型エネルギーデバイスの周辺回路とを備え、前記ラミネート型エネルギーデバイスは、前記周辺回路と一体に基板に実装されている電源モジュールが提供される。 According to one aspect of the present invention, the power supply module includes a laminate type energy device and a peripheral circuit of the laminate type energy device, and the laminate type energy device is mounted on a substrate integrally with the peripheral circuit. Is provided.
本発明によれば、安定してモジュール基板に実装可能なラミネート型エネルギーデバイス、ラミネート型エネルギーデバイス実装方法、及び電源モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laminate type energy device, a laminate type energy device mounting method, and a power supply module that can be stably mounted on a module substrate.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each component and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, and structure of each component. The arrangement is not specified below. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
[第1の実施の形態]
(ラミネート型エネルギーデバイスの基本構造)
第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18は、図1に示すように、例えば基本モジュールとして用いられ、プリント基板(モジュール基板)100に実装されるものを想定している。一般に、モジュール基板100には、ラミネート型エネルギーデバイス18以外にも、ICチップ160,170、トランス120、その他デバイス部品140などが多数搭載されている。
[First Embodiment]
(Basic structure of laminated energy device)
As shown in FIG. 1, the laminated
第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18は、正負極の活物質電極10,12と正負極の引き出し電極34a,34bとが一体に形成された電極の活物質電極10,12部分に電解液44のイオンのみが通過するセパレータ30を介在させながら、引き出し電極34a,34bが露出するように、かつ活物質電極10,12の正電極と負電極とが交互に積層されるように2層以上積層された積層体と、積層体を封止するラミネートシート40と、ラミネートシート40の両方の面又は一方の面に塗布された粘着剤13と、粘着剤13の表面を覆うはくり紙15とを備える。
The laminate
また、引き出し電極34a,34bは、ラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100に実装された際、モジュール基板100の高さ方向に曲げ加工を施されていても良い。
The
また、ラミネートシート40は、ラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100に実装された際、モジュール基板100を包み込む外形となるようにプレス処理を施されていても良い。
Further, the
また、引き出し電極34a,34b又はラミネートシート40は、ラミネート型エネルギーデバイス18が実装されるモジュール基板面と反対側のモジュール基板面のみを被覆していても良い。
Further, the
また、引き出し電極34a,34b又はラミネートシート40のモジュール基板100の高さ方向の長さは、モジュール基板100の高さよりも長くなされていても良い。
Further, the length in the height direction of the
ラミネート型エネルギーデバイス18は、正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極34a,34bとが一体に形成された電極の活物質電極部分に電解液のイオンが通過可能なセパレータを介在させながら、引き出し電極34a,34bが露出するように、かつ活物質電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように2層以上の積層体を積層した構造となっている。この積層体に電解液を含浸させ、積層体の前面及び後面からラミネートシートを重ねて圧縮封止する。ラミネートシートの内部電極の基本構造については後に詳しく説明する。
The laminate-
図2は、第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18の模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体を覆うラミネートシートの一方の面にはシール部14が装着されている。シール部14は、図3に示すように、ラミネートシートの一方の面に塗布された粘着剤13と、粘着剤13の表面を覆うはくり紙15とからなる。粘着剤13としては、熱伝導性がよく、絶縁性の材料を用いるのが好ましい。はくり紙15は、紙の表面に剥離加工を施したものである。シール部14をラミネートシートに装着する方法は特に限定されるものではないが、両面テープの片面のはくり紙をはがして、その片面をラミネートシートに貼り付けるのが簡単である。ここでは、ラミネートシートの一方の面にシール部14を装着している場合を例示しているが、ラミネートシートの両方の面にシール部14を装着するようにしてもかまわない。
FIG. 2 is a schematic bird's-eye view structural view of the laminate
(ラミネート型エネルギーデバイスの実装方法)
次に、第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に実装する方法を説明する。
(Lamination type energy device mounting method)
Next, a method for mounting the
第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス実装方法は、前述のラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に実装する際のラミネート型エネルギーデバイス実装方法であって、ラミネートシート40の両方の面又は一方の面を覆っているはくり紙15をはがす工程と、はくり紙15がはがされた部分に粘着剤13が露出している状態で所定の実装位置にラミネート型エネルギーデバイス18を固定する工程と、引き出し電極34a,34bをモジュール基板100側に押さえて電気的に接続する工程とを有する。
The laminate type energy device mounting method according to the first embodiment is a laminate type energy device mounting method when mounting the above-described laminate
また、第1の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイスは、上述のラミネート型エネルギーデバイス実装方法を用いて、モジュール基板100に実装されたラミネート型エネルギーデバイス実装構造を備える。
The laminate type energy device according to the first embodiment includes a laminate type energy device mounting structure mounted on the
まず、図4(a)に示すように、ラミネートシートを覆っているはくり紙15をはがす。はくり紙15がはがされた部分に粘着剤13が露出している状態で、図4(b)に示すように、モジュール基板100の所定の実装位置にラミネート型エネルギーデバイス18を固定する。この状態のモジュール基板100の模式的平面パターン構成図を図5に、また、図5のI−Iに沿う模式的断面構造を図6に示す。これらの図に示すように、引き出し電極34a,34bの先端34tは、半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25b付近にくるようになっている。この時点でラミネート型エネルギーデバイス18の本体は粘着剤13によってモジュール基板100に固定されているが、長くやわらかい引き出し電極34a,34bはモジュール基板100に固定されておらず不安定な状態である。そこで、図7に示すように、耐熱性ラバー26等を用いて引き出し電極34a,34bをモジュール基板100側に押さえ、半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25bで半田溶接(電気的に接続)を行う。このようにすれば、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体と引き出し電極34a,34bの両方が固定された状態で、引き出し電極34a,34bの半田溶接を行うことができる。
First, as shown in FIG. 4A, the peeling
引き出し電極34a,34bは、モジュール基板100の高さ方向(以下、「基板高さ方向」という。)に事前に曲げ加工を施されているのが好ましい。基板高さ方向は、図6や図7でいうと上下方向に相当する。このようにすれば、引き出し電極34a,34bの先端34tが半田接合部24a,24bの溶接孔25a,25bにより近づくので、半田溶接をより簡単に行うことが可能となる。曲げ加工の程度は、ラミネート型エネルギーデバイス18の厚さや実装位置等に応じて適宜変更すればよいが、数mm〜数十mm程度にするのが妥当である。
The
ここでは、2つの引き出し電極34a,34bを備えた構成を例示したが、図8に示すように、3つの引き出し電極34a,34b,34cを備えてもよい。この3端子のラミネート型エネルギーデバイス18は、2端子のラミネート型エネルギーデバイス18を2つ直列に接続したものである。図9及び図10は、3端子のラミネート型エネルギーデバイス18が備える3つの引き出し電極34a,34b,34cの配置のバリエーションを例示している。これらの図に示されるように、3つの引き出し電極34a,34b,34cは、ラミネート型エネルギーデバイス18の任意の側面から引き出すことができる。このような3端子のラミネート型エネルギーデバイス18でも、ラミネートシートにシール部14を備える点は2端子の場合と同様である。なお、以下の説明では、個々の引き出し電極34a,34b,34cを区別することなく単に「引き出し電極34」という場合がある。
Here, the configuration including the two
図11及び図12は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。まず、図11に示すように、ICチップ160,170やトランス120等の部品をモジュール基板100上にベアチップに搭載し、ワイヤボンディングによって電気的に接続する。また、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34a,34b,34cをベアチップの所定位置で押さえて半田溶接を行う。次いで、図12に示すように、ハードコート200によってICチップ160,170やトランス120等の部品を覆う。そして、ラミネート型エネルギーデバイス18のはくり紙15をはがした状態で引き出し電極34a,34b,34cを折り曲げて、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をハードコート200の外面に貼り合わせる。このようにすれば、ハードコート200によって絶縁されたモジュール基板100を提供することができるのはもちろん、ハードコート200の上にラミネート型エネルギーデバイス18が固定されるので、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
11 and 12 are diagrams for explaining another method for mounting the
図13及び図14は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。引き出し電極34a,34b,34cを更に延ばしてラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100の裏面に固定される点を除けば、図11及び図12と同様である。すなわち、図13に示すように、ICチップ160,170やトランス120等の部品をモジュール基板100上にベアチップに搭載し、ワイヤボンディングによって電気的に接続する。また、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34a,34b,34cをベアチップの所定位置で押さえて半田溶接を行う。次いで、図14に示すように、ハードコート200によってICチップ160,170やトランス120等の部品を覆う。そして、ラミネート型エネルギーデバイス18のはくり紙15をはがした状態で引き出し電極34a,34b,34cを折り曲げて、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をモジュール基板100の裏面に貼り合わせる。モジュール基板100の裏面とは、ICチップ160,170やトランス120等の部品が搭載される面と反対の面である。このようにすれば、ハードコート200によって絶縁されたモジュール基板100を提供することができるのはもちろん、モジュール基板100の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18が固定されるので、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
13 and 14 are diagrams for explaining another mounting method of the
ここでは、引き出し電極34a,34b,34cの半田溶接を行った後にラミネート型エネルギーデバイス18をハードコート200の外面やモジュール基板100の裏面に貼り合わせることとしているが、実装手順はこれに限定されるものではない。すなわち、ラミネート型エネルギーデバイス18をハードコート200の外面やモジュール基板100の裏面に貼り合わせた後に引き出し電極34a,34b,34cの半田溶接を行うことも可能である。
Here, the laminate
以上、説明したように、第1の実施の形態によれば、ラミネート型エネルギーデバイス18が粘着剤13によって実装位置に固定されるので、安定してラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に実装することができる。これにより、電気的な接続の信頼性が向上するため、ラミネート型エネルギーデバイス18の実装を自動化してモジュール基板100を大量生産する場合、特に効果的である。また、ハードコート200の外面やモジュール基板100の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18を固定した場合は、限られた基板スペースを有効に活用することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, since the laminate
[第2の実施の形態]
以下、第2の実施の形態を第1の実施の形態と異なる点のみ説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, only differences between the second embodiment and the first embodiment will be described.
図15は、第2の実施の形態に係るラミネート型エネルギーデバイス18を説明するための図であって、図15(a)は模式的平面パターン構成図、図15(b)はモジュール基板100に装着した場合の模式的断面構造図である。この図に示すように、ラミネートシート40は、モジュール基板100を包み込む外形となるようにプレス処理を施されている。すなわち、通常は、所定のラミネートラインに沿ってラミネートシートを圧縮封止した後、そのラミネートラインより若干外側のラインでプレス処理を施して、不要なラミネートシートを取り除く。それに対して、本実施の形態では、図15(a)に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に大きくラミネートシート40を残した状態でプレス処理を施す。このようにすれば、図15(b)に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に装着した際、そのラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によってモジュール基板100を包み込むことができる。モジュール基板100を包み込む態様は様々あるため、後に詳しく説明する。少なくとも、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に固定することができればよい。ラミネートシート40の材質は絶縁性のフィルム等であればよいが、モジュール基板100に対して接着性の高いものが好ましい。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining a
図16及び図17は、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図16中の符号210a,210bは各種の部品を接続するワイヤである。これらの図に示すように、ICチップ160,170やトランス120等の部品をハードコート200によって覆った状態で、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100の裏側に固定し、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によってモジュール基板100を包み込むようにしてもよい。
16 and 17 are diagrams for explaining another method for mounting the
以上、説明したように、第2の実施の形態によれば、ラミネートシート40によってモジュール基板100を包み込むことができるため、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に安定して実装することが可能である。また、ICチップ160,170やトランス120等の部品もラミネートシート40によって包み込むようにした場合は、これら部品を安定して実装することができるようになるのはもちろん、不要な電気的接続から保護するというメリットもある。
As described above, according to the second embodiment, since the
なお、ここでは、ラミネート型エネルギーデバイス18が粘着剤13によってモジュール基板100に固定されている場合を例示しているが、本実施の形態では、粘着剤13を用いるかどうかは特に限定されるものではない。すなわち、ラミネートシート40によってモジュール基板100を包み込むだけでも、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に固定するという点で一定の効果を期待することができる。
In addition, although the case where the laminate
[第3の実施の形態]
以下、第3の実施の形態を第1又は第2の実施の形態と異なる点のみ説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, only differences between the third embodiment and the first or second embodiment will be described.
図18は、第3の実施の形態に係るバッテリーアシスト電源モジュールを説明するための図であって、図18(a)は模式的平面パターン構成図、図18(b)は図18(a)のII−II線に沿う模式的断面構造図である。ここでは、ラミネート型エネルギーデバイス18としてEDLCを例示して説明する。
18A and 18B are diagrams for explaining a battery-assisted power supply module according to the third embodiment. FIG. 18A is a schematic plane pattern configuration diagram, and FIG. 18B is a diagram in FIG. It is typical sectional structure drawing which follows the II-II line. Here, an EDLC will be described as an example of the
第3の実施の形態に係る電源モジュールは、上述のラミネート型エネルギーデバイス18と、EDLCチャージャー回路150と、電圧監視IC170と、DC/DCコンバータ160とを備える。ここで、ラミネート型エネルギーデバイス18は、EDLCチャージャー回路150、電圧監視IC170、及びDC/DCコンバータ160と一体にモジュール基板100に実装される。
A power supply module according to the third embodiment includes the
さらに、第3の実施の形態に係る電源モジュールは、メイン基板にアドオン接続するための接続部110を備えていても良い。
Furthermore, the power supply module according to the third embodiment may include a
バッテリーアシスト電源モジュールは、バッテリーをアシストする電源モジュールであって、緊急時に最低限の電源をメイン基板に供給してデバイスを保護するためのものである。具体的には、図18に示すように、EDLCチャージャー回路150、電圧監視IC170、DC/DCコンバータ(又は、スイッチングレギュレータ)160と一体にラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100に実装されている。ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100に実装する方法は、特に言及しない限り、第1又は第2の実施の形態と同様である。すなわち、図18(b)では、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をハードコート200の外面に貼り合わせているが、その他の実装方法を採用することも可能である。モジュール基板100は、メイン基板にアドオン接続するためのコネクタ(接続部)110を備えている。このコネクタ110をメイン基板のコネクタに直接するか、又はケーブル等を介してメイン基板に接続しておく。
The battery assist power supply module is a power supply module that assists the battery and supplies a minimum power to the main board in an emergency to protect the device. Specifically, as shown in FIG. 18, the
図19は、第3の実施の形態に係るバッテリーアシスト電源モジュールの模式的ブロック構成図である。ここでは、メイン基板(負荷)としてSSD190を例示している。EDLCチャージャー回路150は、DC電源によってラミネート型エネルギーデバイス18を充電するための回路である。電圧監視IC170は、DC電源の電圧を監視し、電源異常を検出すると、DC電源からラミネート型エネルギーデバイス18にスイッチを切り換える。具体的には、電圧V1が正常に供給されている場合、MOSスイッチQ1をオン状態にするとともに、MOSスイッチQ2をオフ状態にする。これにより、DC電源からDC/DCコンバータ160を介してSSD190に電源が供給され、また、DC電源によってラミネート型エネルギーデバイス18を充電する。一方、停電等が原因で電圧V1が供給されなくなった場合、MOSスイッチQ1をオフ状態にするとともに、MOSスイッチQ2をオン状態にする。これにより、ラミネート型エネルギーデバイス18が放電され、ラミネート型エネルギーデバイス18からDC/DCコンバータ160を介してSSD190に電源が供給される。
FIG. 19 is a schematic block diagram of a battery-assisted power supply module according to the third embodiment. Here, the
図20は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、引き出し電極34の曲げ加工のバリエーションを説明するための図である。図20(a)は、曲げ加工を施していない場合、図20(b)は、引き出し電極34の略中央部分でへの字状の曲げ加工34sを施している場合を例示している。このようなへの字状の曲げ加工34sを施しておけば、引き出し電極34が何らかの荷重を受けたときでも、その応力を吸収することができる。図20(c)は、曲げ加工を施すことなく図面上で左側へなだらかに傾斜させている場合、図20(d)は、図面上で左側へ急激に傾斜する曲げ加工34kを施している場合を例示している。図20(c)及び図20(d)のいずれによっても引き出し電極34の先端34tの高さ位置を調整することは可能であるが、図20(c)よりも図20(d)の方が引き出し電極34の先端34tをラミネート型エネルギーデバイス18側に寄せることができる。
FIG. 20 is a diagram for explaining a variation of bending of the
図21は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図であって、図21(a)は模式的平面パターン構成図、図21(b)は底面図、図21(c)は右側面図である。この図に示すように、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100の裏側に固定し、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート180によってEDLCチャージャー回路150、電圧監視IC170、DC/DCコンバータ160を包み込むようにしてもよい。
FIG. 21 is a diagram for explaining another mounting method of the
図22は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図22(a)では、引き出し電極34を折り返して、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をハードコート200の外面に貼り合わせている。図22(b)では、引き出し電極34を折り返して、ラミネート型エネルギーデバイス18の粘着剤13が露出している面をEDLCチャージャー回路150やDC/DCコンバータ160等の部品が搭載されている面と反対の面に貼り合わせている。言い換えると、引き出し電極34は、ラミネート型エネルギーデバイス18が実装される基板面と反対側の基板面のみを被覆している。そのため、この場合は、引き出し電極34の基板高さ方向の長さΔL1は、モジュール基板100の高さΔTよりも長くしておく。
FIG. 22 is a diagram for explaining another method for mounting the
図23は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。図23(a)では、ラミネート型エネルギーデバイス18をモジュール基板100の裏側に固定し、ラミネート型エネルギーデバイス18の左右両側に設けられたラミネートシート40によって、ラミネート型エネルギーデバイス18が実装される基板面と反対側の基板面のみを被覆している。このような構成は、符号210の部品がLEDの場合、特に効果的である。すなわち、LED210からの光を遮ることなく、ラミネートシート40によってモジュール基板100を包み込むことができる。ラミネートシート40は、基板面のみを被覆してもよいが、図23(b)に示すように、ラミネートシート40の端部が特定の部品42aと接触したり、特定の部品42aを被覆してもよい。この場合も、ラミネートシート40の基板高さ方向の長さΔL2は、モジュール基板100の高さΔTよりも長くしておく。
FIG. 23 is a diagram for explaining another mounting method of the
図24は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18の他の実装方法を説明するための図である。ここでは、引き出し電極34a,34bとラミネートシート40の両方によってラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100に固定されている。ラミネートシート40の端部はハードコート200の外面を被覆している。このように、様々な実装態様を適宜組み合わせることが可能である。
FIG. 24 is a diagram for explaining another method for mounting the
以上、説明したように、第3の実施の形態によれば、緊急時に最低限の電源をメイン基板に供給してデバイスを保護するバッテリーアシスト電源モジュールを提供することができる。このようにラミネート型エネルギーデバイス18をアドオンモジュール化することで、容量や形状の自由度が上がるため、レイアウト効率を上げることが可能となる。このような電源モジュールは、EDLC等のラミネート型エネルギーデバイス18を使用しているため、応答性がよく瞬停対策に適している。
As described above, according to the third embodiment, it is possible to provide a battery-assisted power supply module that protects a device by supplying a minimum power to the main board in an emergency. By making the laminate
以上の説明では、第3の実施の形態に係るバッテリーアシスト電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18としてEDLCを例示して説明したが、ラミネート型エネルギーデバイス18としてリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池等を採用してもよい。以下、それぞれの内部電極の基本構造について説明する。
In the above description, in the battery-assisted power supply module according to the third embodiment, the EDLC is exemplified as the laminate
(EDLC内部電極)
図25は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、EDLC内部電極の基本構造を例示している。EDLC内部電極は、少なくとも1層の活物質電極10,12に、電解液44のイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34bが活物質電極10,12から露出するように構成され、引き出し電極34a,34bは電源電圧に接続されている。引き出し電極34a,34bは、例えば、アルミ箔から形成され、活物質電極10,12は、例えば、活性炭から形成される。セパレータ30は、活物質電極10,12全体を覆うように、活物質電極10,12よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。セパレータ30は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。EDLC内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。
(EDLC internal electrode)
FIG. 25 illustrates a basic structure of an EDLC internal electrode as the
(リチウムイオンキャパシタ内部電極)
図26は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、リチウムイオンキャパシタ内部電極の基本構造を例示している。リチウムイオンキャパシタ内部電極は、少なくとも1層の活物質電極11,12に、電解液44のイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34b1が活物質電極10,12から露出するように構成され、引き出し電極34a,34b1は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極12は、例えば、活性炭から形成され、負極側の活物質電極11は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極34aは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極34b1は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ30は、活物質電極11,12全体を覆うように、活物質電極11,12よりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオンキャパシタ内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。
(Lithium ion capacitor internal electrode)
FIG. 26 illustrates a basic structure of a lithium ion capacitor internal electrode as the
(リチウムイオン電池内部電極)
図27は、第3の実施の形態に係る電源モジュールにおいて、ラミネート型エネルギーデバイス18として、リチウムイオン電池内部電極の基本構造を例示している。第3の実施の形態に係るリチウムイオン電池内部電極は、少なくとも1層の活物質電極11,12aに、電解液44のイオンのみが通過するセパレータ30を介在させ、引き出し電極34a,34b1が活物質電極11,12aから露出するように構成され、引き出し電極34a,34b1は電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極12aは、例えば、LiCoO2から形成され、負極側の活物質電極11は、例えば、Liドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極34aは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極34b1は、例えば、銅箔から形成される。セパレータ30は、活物質電極11,12a全体を覆うように、活物質電極11,12aよりも大きいもの(面積の広いもの)を用いる。リチウムイオン電池内部電極には、電解液44が含侵されており、セパレータ30を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。
(Lithium ion battery internal electrode)
FIG. 27 illustrates a basic structure of a lithium ion battery internal electrode as the laminate
[第4の実施の形態]
以下、第4の実施の形態を第1〜第3の実施の形態と異なる点のみ説明する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, only differences between the fourth embodiment and the first to third embodiments will be described.
図28は、第4の実施の形態に係る電源モジュールMを説明するための図であって、図28(a)は模式的平面パターン構成図、図28(b)は模式的側面パターン構造図である。この電源モジュールMは、モジュール基板100の端部を挟み込んだクリップピンP1,P2,P3を介してラミネート型エネルギーデバイス18からメイン基板300に電源を供給する。例えば、モジュール基板100の一方の面に周辺回路150・160が実装され、その一方の面にラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34の先端34tが接続され、その引き出し電極34がコの字形に折り曲げられてモジュール基板100の他方の面にラミネート型エネルギーデバイス18の本体が実装される。ラミネート型エネルギーデバイス18の本体は、粘着剤によってモジュール基板100の他方の面に固定されていてもよい。電源モジュールMは、粉体塗装又は樹脂モールドにより外面が絶縁膜で覆われていてもよい。
28A and 28B are diagrams for explaining a power supply module M according to the fourth embodiment. FIG. 28A is a schematic plane pattern configuration diagram, and FIG. 28B is a schematic side pattern structure diagram. It is. The power supply module M supplies power from the
周辺回路とは、ラミネート型エネルギーデバイス18を正常に機能させるために必要な回路である。この周辺回路には、ラミネート型エネルギーデバイス18を充電するEDLCチャージャー回路150と、電源の電圧を監視する監視回路と、電源とラミネート型エネルギーデバイス18を切り換える切換回路が含まれてもよい。さらに、電源の電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ(昇降圧回路)160が含まれる場合もある。
The peripheral circuit is a circuit necessary for the
以下、このような電源モジュールMを更に詳しく説明する。 Hereinafter, the power supply module M will be described in more detail.
モジュール基板100の表面の上端には、ラミネート型エネルギーデバイス18の引き出し電極34の先端34tが溶接される。溶接する方が半田付けする場合に比べて引き出し電極34の長さを短くすることができる。この引き出し電極34はコの字形に折り曲げられ、モジュール基板100の裏面にラミネート型エネルギーデバイス18の本体が実装される。その際、ラミネート型エネルギーデバイス18の本体とモジュール基板100とは粘着剤13によって固定されるのが望ましい。
The
モジュール基板100の下端には半田接合部が設けられ、この半田溶接部をクリップピンP1,P2,P3で挟み込んで半田付けする。クリップピンP1,P2,P3の接合位置については後に詳しく説明する。クリップピンP1,P2,P3の間隔は例えば2.54mm、クリップピンP1,P2,P3の長さは例えば10mmである。
A solder joint is provided at the lower end of the
このような電源モジュールMの外面は粉体塗装される。例えば、図29に示すように、樹脂基材の粉体50を溶融化して塗装装置51内の電源モジュールM上に溶射し、その溶射溶融物を冷却する。これにより、図30に示すように、電源モジュールMの外面に粉体塗装された絶縁膜60を形成することができる。電源モジュールMが高温になることを避けるため、例えば常温硬化型の樹脂モールドにより電源モジュールMの外面を絶縁膜で覆うようにしてもよい。粉体塗装や樹脂モールドの方法としては公知の様々な方法を採用することができる。
The outer surface of such a power supply module M is powder-coated. For example, as shown in FIG. 29, the
図31は、第4の実施の形態に係る電源モジュールMをメイン基板300に実装する様子を示す模式的鳥瞰構造図である。この図に示すように、メイン基板300に設けられたパッドP1a,P2a,P3aに電源モジュールMのクリップピンP1,P2,P3をそれぞれ挿入して半田付けする。これにより、クリップピンP1,P2,P3がメイン基板300の回路パターンと電気的に接続されるようになっている。その結果、ラミネート型エネルギーデバイス18からクリップピンP1,P2,P3を介してメイン基板300に電源供給することが可能となる。
FIG. 31 is a schematic bird's-eye view showing a state in which the power supply module M according to the fourth embodiment is mounted on the
以下、ラミネート型エネルギーデバイス18の周辺回路について更に詳しく説明する。既に説明した通り、周辺回路とは、ラミネート型エネルギーデバイス18を正常に機能させるために必要な回路である。このような周辺回路としては、第3の実施の形態で説明した回路構成(図19)を採用することができる。ただし、一般に電圧監視IC170は高価であるため、図32に示すように、電圧監視IC170を用いない構成を採用してもよい。この場合は、電源電圧Vを監視して正常電圧になるまでリセット信号を出し続けるリセットIC171を備えておく。SW開閉回路172は、MOSスイッチQ1,Q2をオン/オフすることでDC電源とラミネート型エネルギーデバイス18を切り換える。EDLCチャージャー回路150は第3の実施の形態で説明した通りである。図32中の符号P1,P2,P3は、それぞれクリップピンP1,P2,P3との接合位置を表している。ここでは、3つのクリップピンP1,P2,P3を備えた電源モジュールMを例示しているが、クリップピンの数は回路構成に応じて適宜変更する。
Hereinafter, the peripheral circuit of the laminate
図33(a)は電源電圧Vの波形、図33(b)はリセットIC171の出力電圧Vrの波形である。この図に示すように、DC電源がオンになっても、電源電圧VがリセットIC171の検出値VHに達しない間はリセット状態となっている。検出値VHを超えた時点t1でリセット状態が解除され、MOSスイッチQ1がオン状態、MOSスイッチQ2がオフ状態になる。これにより、DC電源からメイン基板300に電源が供給され、また、DC電源によってラミネート型エネルギーデバイス18が充電される。一方、DC電源がオフになると、電源電圧VがリセットIC171の検出値VHを下回った時点で瞬時にリセット状態となり、MOSスイッチQ1がオフ状態、MOSスイッチQ2がオン状態になる。これにより、ラミネート型エネルギーデバイス18が放電され、ラミネート型エネルギーデバイス18からメイン基板300に電源が供給される。もちろん、リセットIC171の特性はこれに限定されるものではない。
Shown in FIG. 33 (a) is a waveform of the power supply voltage V, FIG. 33 (b) is a waveform of the output voltage V r of the
図34は、第4の実施の形態に係る他の電源モジュールMの模式的ブロック構成図である。電源としてリチウムイオン電池を採用した場合、その電圧は例えば3.7Vであるが、5Vの出力電圧VOが必要なときもある。そこで、図34に示すように、電源電圧Vを昇降圧するDC/DCコンバータ(昇降圧回路)160を入力側と出力側の一方又は両方に備えてもよい。このようにすれば、電源電圧VをDC/DCコンバータ160で昇降圧して所望の出力電圧VOを得ることができる。
FIG. 34 is a schematic block diagram of another power supply module M according to the fourth embodiment. When a lithium ion battery is used as the power source, the voltage is 3.7 V, for example, but an output voltage V O of 5 V is sometimes required. Therefore, as shown in FIG. 34, a DC / DC converter (buck-boost circuit) 160 that steps up and down the power supply voltage V may be provided on one or both of the input side and the output side. In this way, the desired output voltage V O can be obtained by stepping up and down the power supply voltage V by the DC /
以上、説明したように、第4の実施の形態によれば、ラミネート型エネルギーデバイス18とその周辺回路を一体にモジュール基板100に実装しているため、コンパクトで使い勝手のよい電源モジュールMを提供することが可能である。
As described above, according to the fourth embodiment, since the
また、クリップピンP1,P2,P3を介してラミネート型エネルギーデバイス18からメイン基板300に電源を供給するようにしているため、メイン基板300に対して直立した状態で電源モジュールMが実装されることになり、限られた基板スペースを有効に活用することができる。クリップピンP1,P2,P3を用いることでメイン基板300との半田付けが容易となり、実装性が向上するというメリットもある。
In addition, since power is supplied from the
さらに、前記の説明では特に言及しなかったが、従来は、電源部のピーク電流を抑制するためにアルミ電解コンデンサを挿入するのが一般的であった。しかしながら、アルミ電解コンデンサでは、大電流で高速な変動には追従できない。それに対して、本実施の形態に係る電源モジュールMでは、EDLC等のラミネート型エネルギーデバイス18を採用しているため、アルミ電解コンデンサでは追従できなかったピーク電流を平滑化することが可能である。このような電源モジュールMは、従来のアルミ電解コンデンサのように容易にメイン基板300に取り付けることができ、非常に実用的価値の高いものと言える。
Further, although not particularly mentioned in the above description, conventionally, an aluminum electrolytic capacitor has been generally inserted in order to suppress the peak current of the power supply section. However, aluminum electrolytic capacitors cannot follow high-speed and high-speed fluctuations. On the other hand, in the power supply module M according to the present embodiment, since the
以上説明したように、本発明によれば、安定してモジュール基板に実装可能なラミネート型エネルギーデバイス、ラミネート型エネルギーデバイス実装方法、及び電源モジュールを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laminated energy device, a laminated energy device mounting method, and a power supply module that can be stably mounted on a module substrate.
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1〜第3の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described according to the first to third embodiments. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are exemplary and limit the present invention. should not do. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。例えば、第1〜第3の実施の形態に記載のラミネート型エネルギーデバイス実装方法によってラミネート型エネルギーデバイス18がモジュール基板100に実装された場合のラミネート型エネルギーデバイス実装構造が本発明に含まれることはもちろんである。
As described above, the present invention includes various embodiments not described herein. For example, the present invention includes a laminate type energy device mounting structure when the laminate
本発明に係るラミネート型エネルギーデバイスは、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池等に適用することができる。また、本発明に係るラミネート型エネルギーデバイスは、LED−Flashモジュール、通信(高出力)モジュール、太陽電池モジュール、電源モジュール、玩具等のバックアップ用電源等に応用することが可能である。 The laminate type energy device according to the present invention can be applied to electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, lithium ion batteries and the like. Moreover, the laminate type energy device according to the present invention can be applied to an LED-Flash module, a communication (high output) module, a solar cell module, a power supply module, a backup power supply for toys and the like.
また、電気二重層キャパシタ内部電極としては、LED−Flash、モータ駆動用パワー電源(例えば、玩具向け)、電気自動車用蓄電素子(例えば、回生、スタータ用として)、太陽電池や振動発電からのエネルギー蓄電素子、高出力通信向けパワー蓄電素子、耐環境性蓄電素子(例えば、道路鋲、自転車用ライトの蓄電素子)などに適用できる。リチウムイオンキャパシタ内部電極としては、太陽電池や風力発電からのエネルギー蓄電素子、モータ駆動用パワー電源などに適用できる。リチウムイオン電池キャパシタ内部電極としては、携帯機器用のバッテリー、電気自動車用蓄電素子(定常運転時)、大規模蓄電素子(一般家庭向け)などに適用できる。 In addition, as an electric double layer capacitor internal electrode, LED-Flash, motor drive power supply (for example, for toys), electric vehicle storage element (for example, for regeneration and starter), energy from solar cells and vibration power generation The present invention can be applied to power storage elements, power storage elements for high-power communication, environment-resistant power storage elements (for example, power storage elements for roadsides and bicycle lights), and the like. The lithium ion capacitor internal electrode can be applied to an energy storage element from a solar cell or wind power generation, a power source for driving a motor, or the like. As an internal electrode of a lithium ion battery capacitor, it can be applied to a battery for a portable device, a storage element for an electric vehicle (during steady operation), a large-scale storage element (for general household use), and the like.
10,11,12…活物質電極
13…粘着剤
15…はくり紙
18…ラミネート型エネルギーデバイス
30…セパレータ
34a,34b,34c…引き出し電極
34s,34k…曲げ加工
40,180…ラミネートシート
44…電解液
50…粉体
60…絶縁膜
100…モジュール基板(基板)
110…コネクタ(接続部)
150…EDLCチャージャー回路
160…DC/DCコンバータ(昇降圧回路)
170…電圧監視IC(監視回路、切換回路)
171…リセットIC(監視回路)
172…SW開閉回路(切換回路)
300…メイン基板
ΔL1…引き出し電極の基板高さ方向の長さ
ΔL2…ラミネートシートの基板高さ方向の長さ
ΔT…モジュール基板の高さ(基板高さ)
P1,P2,P3…クリップピン
DESCRIPTION OF
110 ... Connector (connection part)
150 ...
170 ... Voltage monitoring IC (monitoring circuit, switching circuit)
171 ... Reset IC (monitoring circuit)
172 ... SW open / close circuit (switching circuit)
300... Main board .DELTA.L1... Length of extraction electrode .DELTA.L2... Length of laminate sheet in board height direction .DELTA.T... Module board height (board height)
P1, P2, P3 ... Clip pins
Claims (17)
前記ラミネート型エネルギーデバイスの周辺回路と
を備え、前記ラミネート型エネルギーデバイスは、前記周辺回路と一体に基板に実装されていることを特徴とする電源モジュール。 Laminated energy device,
And a peripheral circuit of the laminate type energy device, wherein the laminate type energy device is mounted on a substrate integrally with the peripheral circuit.
前記積層体を封止するラミネートシートと、
前記ラミネートシートの両方の面又は一方の面に塗布された粘着剤と、
前記粘着剤の表面を覆うはくり紙と
を備えることを特徴とするラミネート型エネルギーデバイス。 While interposing a separator through which ions of the electrolyte can pass through the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative electrode active material electrodes and the positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed, the lead electrode is exposed. And the laminated body laminated | stacked two or more layers so that the positive electrode and negative electrode of the said active material electrode may be laminated | stacked alternately,
A laminate sheet for sealing the laminate,
An adhesive applied to both sides or one side of the laminate sheet;
A laminate-type energy device comprising: a paper sheet covering a surface of the pressure-sensitive adhesive.
前記ラミネートシートの両方の面又は一方の面を覆っているはくり紙をはがす工程と、
前記はくり紙がはがされた部分に粘着剤が露出している状態で所定の実装位置に前記ラミネート型エネルギーデバイスを固定する工程と、
前記引き出し電極を前記基板側に押さえて電気的に接続する工程と
を有することを特徴とするラミネート型エネルギーデバイス実装方法。 While interposing a separator through which ions of the electrolyte can pass through the active material electrode portion of the electrode in which the positive and negative electrode active material electrodes and the positive and negative electrode lead electrodes are integrally formed, the lead electrode is exposed. And the laminated body laminated | stacked two or more layers so that the positive electrode and negative electrode of the said active material electrode may be laminated | stacked alternately, the laminated sheet which seals the said laminated body, and both surfaces or one side of the said laminated sheet A laminated energy device mounting method for mounting a laminated energy device comprising a pressure-sensitive adhesive applied to the surface of the adhesive and a paper sheet covering the surface of the pressure-sensitive adhesive on a substrate,
Peeling off the peeling paper covering both sides or one side of the laminate sheet;
Fixing the laminated energy device at a predetermined mounting position in a state where the adhesive is exposed at the part where the peeling paper is peeled off, and
A laminate type energy device mounting method, comprising: pressing the lead electrode toward the substrate to electrically connect the lead electrode.
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