JP2016507870A

JP2016507870A - バッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置

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Publication number: JP2016507870A
Application number: JP2015552598A
Authority: JP
Inventors: キムヨンデ
Original assignee: TES Co Ltd
Current assignee: TES Co Ltd
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP6067883B2; CN104937744B; CN104937744A; US10164238B2; WO2014168363A1; KR101411584B1; US20160133911A1

Abstract

本発明は、不良率を減少させると共に、浪費を減らすことで生産性を向上させたバッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置に関する。本発明の一特徴によるバッテリー保護装置の製造方法は、上面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ上板、下面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ下板、及び少なくとも一側が前記ＰＣＢ上板及び前記ＰＣＢ下板の側面に突き出され、少なくとも一つの絶縁孔が形成されているスペーサ用金属板を準備するステップａと、前記スペーサ用金属板を介在させたままで、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを接合するステップｂと、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板に回路パターンを形成するステップｃと、前記絶縁孔より小さく、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板との両方を貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔を通じて前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを電気的に接続させるステップｄと、前記スペーサ用金属板が露出されるように、前記ＰＣＢ上板に露出孔を形成し、前記露出孔を通じて前記スペーサ用金属板と前記ＰＣＢ上板とを電気的に接続させるステップｅと、前記スペーサ用金属板の前記突出部を２段折り曲げし、垂直延長部と水平延長部を形成するステップｆと、を含めて構成される。

Description

本発明は、バッテリー保護装置の製造方法、及びこれによって製造されたバッテリー保護装置に関し、特に、不良率を減少させると共に、浪費を減らすことで生産性を向上させたバッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置に関する。

近来、スマートフォンやスマートパッドなどの各種携帯端末が広く使われているところ、このような携帯端末の電源には、一般的に充電が可能な２次電池（以下、単に「バッテリー」と称する。）が使用されている。リチウムイオンバッテリーは携帯端末として最も広く使われているバッテリーであるが、過充電や過電流によってよく発熱すると共に、発熱が持続されて温度が上昇すると、その性能が劣化し、更に爆発の危険性も有する。

よって、従来のリチウムイオンバッテリーなどの携帯端末のバッテリーパックには、過充電、過放電、及び過電流を感知及び遮断する保護回路モジュール（ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｉｒｃｕｉｔＭｏｄｕｌｅ、以下、単に「ＰＣＭ」と称する。）が内蔵されている。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ従来のバッテリー保護装置の回路構成図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、従来のバッテリー保護装置の回路構成は、スイッチング素子として機能する２つのＦＥＴ（未図示）を内蔵している保護用ＩＣＵ０と、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２などを含めて構成される。一方、図１Ｂの回路は図１Ａの回路に比べてＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）機能をさらに備えている。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて、「Ｂ＋」端子と「Ｂ−」端子は、バッテリーセルに連結される端子であって、ＰＣＭを基準とする場合、入力側に該当する。「Ｐ＋」端子と「Ｐ−」端子はＰＣＭの出力側に該当するところ、この端子を通じてＰＣＭを経由した充電及び放電が行われる。最後に、「ＣＦ」端子は、バッテリーの種類を示すＩＤ端子であって、「Ｐ−」端子とは抵抗Ｒ３で連結されているところ、連結された抵抗値によって充電電流が決定される。「ＤＵＭＭＹ」端子は、後述する金属製スペーサが溶接される端子であって、電気的には他の部品と絶縁されている。つまり、「ＤＵＭＭＹ」端子は電気的特性とは関係なく、単に機構的な固定のために必要なものなので、場合によってはなくても良い。

図２Ａないし図２Ｃは、それぞれ従来のバッテリー保護装置の平面図、正面図、及び底面図である。図２Ａないし図２Ｃに示すように、従来のバッテリー保護装置は、バッテリーセル４０の上面に搭載されるように、大略バッテリーセル４０の横長及び縦長で構成され、その上面及び下面にそれぞれパターンが形成されている両面ＰＣＢ１０を採択している。

前述した構成において、ＰＣＢの下面には、前述したような保護用ＩＣ、複数の抵抗及びコンデンサのような回路素子３０及びサーミスタ３２が搭載されると共に、ＰＣＢ１０の上面には複数のパッド、例えば、「Ｐ＋」端子、「ＣＦ」端子、及び「Ｐ−」端子が露出されている。図面において、参照番号１２はＰＣＢ１０を貫通するように形成され、サーミスタ３２をバッテリーセル４０に溶接、スポット溶接することができるようにサーミスタ３２を露出させる露出孔を示す。

参照番号５０は、バッテリーセル４０とＰＣＭ回路素子３０、３２とを電気的に絶縁させ、ＰＣＭを安定的に固定させるために、バッテリーセル４０とＰＣＭのＰＣＢ１０との間に介在される絶縁材質、例えば、合成樹脂製機構物を示し、参照番号２０は、ＰＣＢ１０の下面の両端に取り付けられ、ＰＣＢ１０をバッテリーセル４０の上面に接合、例えば、スポット溶接によって接合するための、大略「乙」字状の金属製スペーサを示す。

前述した構造によって、金属製スペーサ２０は、ＰＣＢ１０にスポット溶接される水平延長部２２、水平延長部２２の端部から少なくとも合成樹脂製機構物５０の厚さだけ垂直に延長された垂直壁体２４、及び垂直壁体２４の他端から水平に延長されてバッテリーセル４０にスポット溶接される水平延長部２６を備える。

しかし、前述したような従来のバッテリー保護装置によると、ＰＣＢ１０とは別に、金属製スペーサ２０を備えなければならないと共に、このような金属製スペーサ２０をＳＭＴ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）工程によってＰＣＢ１０にソルダリングしなければならないので、長時間が所要され、浪費が増加、すなわち、生産性が低下してしまう問題があった。さらに、金属製スペーサ２０をＳＭＴ工程によってソルダリングする過程において、整列し難いので、不良率が高まるという問題があった。

本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたものであって、不良率を減少させると共に、浪費を減らすことで生産性を向上させたバッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための本発明の一特徴によるバッテリー保護装置の製造方法は、上面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ上板、下面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ下板、及び少なくとも一側が前記ＰＣＢ上板及び前記ＰＣＢ下板の側面に突き出され、少なくとも一つの絶縁孔が形成されているスペーサ用金属板を準備するステップａと、前記スペーサ用金属板を介在させたままで、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを接合するステップｂと、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板に回路パターンを形成するステップｃと、前記絶縁孔より小さく、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板との両方を貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔を通じて前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを電気的に接続させるステップｄと、前記スペーサ用金属板が露出されるように、前記ＰＣＢ上板に露出孔を形成し、前記露出孔を通じて前記スペーサ用金属板と前記ＰＣＢ上板とを電気的に接続させるステップｅと、前記スペーサ用金属板の前記突出部を２段折り曲げし、垂直延長部と水平延長部を形成するステップｆと、を含めて構成される。

前述した構成において、前記ステップｄにおいては、前記ＰＣＢ下板の回路接続点と、前記ＰＣＢ上板の少なくとも「Ｐ＋」端子、「Ｐ−」端子、及び「ＣＦ」端子を電気的に接続させることを特徴とする。

前記ステップｅにおいては、前記ＰＣＢ上板の「Ｐ＋」端子と前記スペーサ用金属板とを電気的に接続させることを特徴とする。

前記ステップｂは、絶縁材質の接着剤または接着シートによって構成され、前記ステップｂの以降に、前記接着剤または接着シートによって前記絶縁孔の内部が充填されることを特徴とする。

前記スペーサ用金属板は、表面がニッケル鍍金されたアルミニウム、銅、リン青銅、またはベリリウム銅板材で構成されるか、或いは、アルミニウム、銅、リン青銅、ベリリウム銅、またはニッケル板材で構成されることを特徴とする。

前記スペーサ用金属板は、左右の２個部分に分離され、前記分離された部位の空間は絶縁材質で充填されることを特徴とする。

本発明の第２の特徴によるバッテリー保護装置は、上面に回路パターンが形成されているＰＣＢ上板と、前記ＰＣＢ上板の下部に接合され、前記ＰＣＢ上板の少なくとも一側に突き出され、垂直延長部と水平延長部が形成されているスペーサ用金属板と、下面に回路パターンが形成されており、前記スペーサ用金属板の下部に接合されるＰＣＢ下板と、を含めて構成され、前記スペーサ用金属板には絶縁孔が形成されており、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板は、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板を貫通し、前記絶縁孔より小さな貫通孔を通じて電気的に接続され、前記ＰＣＢ上板と前記スペーサ用金属板は前記露出孔によって電気的に接続されて構成される。

前述した第２の特徴において、前記ＰＣＢ下板は、前記ＰＣＢ上板の少なくとも「Ｐ＋」端子、「Ｐ−」端子、及び「ＣＦ」端子と、前記貫通孔を通じて連結され、前記ＰＣＢ上板の「Ｐ＋」端子は、前記露出孔を通じて前記スペーサ用金属板と電気的に接続されることを特徴とする。

本発明のバッテリー保護装置の製造方法、及びこれによって製造されたバッテリー保護装置によると、不良率を減少させると共に、浪費を減らすことで生産性を向上させることができ、結果的にコスト節減に寄与することができる。さらに、スペーサ用金属板がＰＣＢの間に介在されているので、ＰＣＭから発生する熱を迅速に放出することができ、これによってＰＣＭの信頼性が向上し、長寿命化が図れる。

従来のバッテリー保護装置の回路構成図である。従来のバッテリー保護装置の回路構成図である。従来のバッテリー保護装置の正面図、平面図、及び底面図である。従来のバッテリー保護装置の正面図、平面図、及び底面図である。従来のバッテリー保護装置の正面図、平面図、及び底面図である。従来のバッテリー保護装置において、金属製スペーサの機能を説明するための機構の構成図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法を説明するための工程のフローチャートである。本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の他の実施例に係わる横の縦断面図である。

以下では、添付した図面を参照しながら本発明のバッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置の好ましい実施例について詳細に説明する。

図４は、本発明のバッテリー保護装置の製造方法を説明するための工程のフローチャートである。図５Ａないし図５Ｅは、本発明のバッテリー保護装置の製造方法の主要ステップにおける工程の断面図である。本発明のバッテリー保護装置の製造方法によると、ステップＳ１０においては、図５Ａに示すように、ＰＣＢ上板１００、ＰＣＢ下板３００、及びスペーサとして機能する金属板（以下、「スペーサ用金属板」と称する。）２００を準備する。ステップＳ１０において、ＰＣＢ上板１００は上面に金属薄膜、好ましくは銅薄膜１２０が形成された合成樹脂板材１１０、例えば、ＦＲ４、ＢＴ、またはポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）材質のハードＰＣＢまたはフレキシブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ＰＣＢであり、ＰＣＢ下板３００も下面に金属薄膜３２０、好ましくは銅薄膜が形成された合成樹脂板材３１０、例えば、ＦＲ４、ＢＴ、またはポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）材質のハードＰＣＢまたはフレキシブルＰＣＢである。

ＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００はほぼ同じサイズに具現され、接合時に完全に重畳されることができる。スペーサ用金属板２００は、その縦長がＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００の縦長と同一であるか、または少し短く、横長はＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００の横長より長くなり、これによって接合時にＰＣＢの両側にスペーサ用金属板２００が突き出されるようになる。

一方、ＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００との間のパターン、例えば、ＰＣＢ上板１００の「Ｐ＋」端子と、ＰＣＢ下板３００の「Ｂ＋」端子、ＰＣＢ上板１００の「Ｐ−」端子と、ＰＣＢ下板３００の「Ａ」点（図１Ａを参照）、及びＰＣＢ上板１００の「ＣＦ」端子及びＰＣＢ下板３００の「Ｄ」点（図１Ａを参照）をそれぞれの貫通孔（後述する。）を通じて電気的に接続することにおいて、スペーサ用金属板２００が電気的に共に連結されることを防止するために、スペーサ用金属板２００に前記貫通孔より直径が大きな孔（以下、「絶縁孔」と称する。）２１０を予め形成、例えば、ドリルリング、レーザー、またはプレス加工（パンチング）によって形成するようになる。

スペーサ用金属板２００は、例えば、アルミニウム、銅、リン青銅、ベリリウム銅、またはニッケル金属板で構成され得る。ニッケル金属板を使用していない場合は、スポット溶接が確実に行われるように、少なくとも前記突出した部分をニッケル鍍金することが好ましい。

ステップＳ２０においては、図５Ｂに示すように、スペーサ用金属板２００を介在させたままでＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００とを接合、例えば、スペーサ用金属板２００との間に絶縁材質、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤（あるいは、接着シート、以下、「接着剤」と称する。）４００を介在させたままで熱圧着して接合し、これによって絶縁孔２１０の内部には絶縁材質の接着剤４００が充填されるようになる。

次に、ステップＳ３０においては、ＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００に通常の方法を使用して回路パターンを形成し、またステップＳ４０においては、図５Ｃに示すように、スペーサ用金属板２００に形成された絶縁孔２１０より直径が小さく、ＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００との両方を貫通する貫通孔を形成、例えば、ドリルリング、レーザー、またはプレス加工によって形成する。さらに、このステップＳ３０においては、スペーサ用金属板２００が露出されるようにＰＣＢ上板１００に露出孔を形成することができ、その後、前記露出孔はＰＣＢ上板１００に形成された「Ｐ＋」端子（パッド）とスペーサ用金属板２００を電気的に接続するのに用いられ得る。

続いて、図５Ｄに示すように、公知の鍍金工程等により、前記貫通孔と前記露出孔を鍍金体５００で満たすことで、ＰＣＢ上板１００のパターンとＰＣＢ下板３００のパターン、即ち、「Ｐ−」端子、「ＣＦ」端子、「Ｐ＋」端子、または「ＮＦＣ」端子を電気的に接続するところ、このような鍍金体５００によってスペーサ用金属板２００とは電気的に絶縁されたままでＰＣＢ上板１００とＰＣＢ下板３００の関連部分が電気的に接続される。これに加えて、前記露出孔にも鍍金体５１０を満たすことで、ＰＣＢ上板１００のパターン、即ち、「Ｐ＋」端子とスペーサ用金属板２００とを電気的に接続させる。

次に、ステップＳ５０においては、図５Ｅに示すように、プレス加工などによってスペーサ用金属板２００の両端の突出部を２段に折り曲げし、垂直延長部２２２と水平延長部２２４とを形成する。

このようにしてＰＣＢ工程が完了すれば、ＳＭＴ工程によって、ＰＣＢ下面３００に回路部品、即ち、保護用ＩＣ、抵抗、及びコンデンサなどを搭載することで、バッテリー保護装置の製造が完了する。

その後、このように製造されたバッテリー保護装置を合成樹脂製機構物が予め設けられたバッテリーセルの上面に搭載し、「Ｂ＋」端子及び「Ｂ−」端子をバッテリーセルに電気的に接続し、バッテリーセルの上面の端部に水平延長部２２４をスポット溶接して接合するようになる。

一方、前述した構成において、絶縁孔２１０は複数の貫通孔５００を包括する一つの長孔で形成されることもできる。また、２段折り曲げ部、即ち、垂直延長部２２２と水平延長部２２４は、ＰＣＢの一側、即ち、「Ｐ＋」端子が露出された部位のみに形成されることもできる。

その他にも、貫通孔５００をＰＣＢパターンの形成前に予め形成することもできる。また、２段折り曲げ工程をＰＣＢパターンの形成前に行うか、パターンの形成後及び貫通孔の形成前に行うこともできる。貫通孔をプレス加工によって形成する場合、２段折り曲げ工程と同時に貫通孔を形成することもできる。２段折り曲げ工程は各種回路部品の実装後に最終的に行われることもできる。

図６は、本発明のバッテリー保護装置の他の実施例に係わる横の縦断面図であり、図５Ｅと同じ部分には同じ参照番号を付け、その詳細な説明は省略する。図６の実施例においては、前述した実施例とは異なって、スペーサ用金属板２００’が２個部分に分離されてＰＣＢの両端に形成されているところ、スペーサ用金属板２００’の間の空間には、接着剤５００またはＰＣＢ板材と同じ材質のＦＲ４、ＢＴ、またはポリイミドなどが充填されることができる。

以上、添付した図面を参照しながら本発明のバッテリー保護装置の製造方法、及びバッテリー保護装置の好ましい実施例について詳しく説明したが、これは例示に過ぎないものであり、本発明の技術的思想の範疇内で様々な変形と変更が可能であるだろう。従って、本発明の権利範囲は、以下の特許請求の範囲の記載によって定められるべきであろう。一方、特許請求の範囲に記載の製造方法において、記載順またはアルファベット順の通りに各ステップが行われるわけではない。

１０：ＰＣＢ
１２：貫通孔
２０：金属製スペーサ
２２、２６：水平延長部
２４：垂直延長部
３０：回路素子
３２：サーミスタ
４０：バッテリーセル
５０：合成樹脂製機構物
１００：ＰＣＢ上板
１１０：合成樹脂板材
１１０：金属薄膜
２００：スペーサ用金属板
２１０：絶縁孔
２２０：折り曲げ部
２２２：垂直延長部
２２４：水平延長部
３００：ＰＣＢ上板
３１０：合成樹脂板材
３２０：金属薄膜
４００：接着剤
５００、５１０：鍍金体

Claims

上面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ上板と、下面に金属薄膜が形成されたＰＣＢ下板と、少なくとも一側が前記ＰＣＢ上板及び前記ＰＣＢ下板の側面に突き出され、少なくとも一つの絶縁孔が形成されているスペーサ用金属板とを準備するステップａと、
前記スペーサ用金属板を介在させたままで、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを接合するステップｂと、
前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板に回路パターンを形成するステップｃと、
前記絶縁孔より小さく、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板との両方を貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔を通じて前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板とを電気的に接続させるステップｄと、
前記スペーサ用金属板が露出されるように、前記ＰＣＢ上板に露出孔を形成し、前記露出孔を通じて前記スペーサ用金属板と前記ＰＣＢ上板とを電気的に接続させるステップｅと、
前記スペーサ用金属板の前記突出部を２段折り曲げし、垂直延長部と水平延長部を形成するステップｆと、を含めて構成される、バッテリー保護装置の製造方法。
前記ステップｄにおいては、前記ＰＣＢ下板の回路接続点と、前記ＰＣＢ上板の少なくとも「Ｐ＋」端子、「Ｐ−」端子、及び「ＣＦ」端子を電気的に接続させることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー保護装置の製造方法。
前記ステップｅにおいては、前記ＰＣＢ上板の「Ｐ＋」端子と前記スペーサ用金属板とを電気的に接続させることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー保護装置の製造方法。
前記ステップｂは、絶縁材質の接着剤または接着シートによって構成され、前記ステップｂの以降に、前記接着剤または接着シートによって前記絶縁孔の内部が充填されることを特徴とする、請求項１から３までの何れか１項に記載のバッテリー保護装置の製造方法。
前記スペーサ用金属板は、表面がニッケル鍍金されたアルミニウム、銅、リン青銅、またはベリリウム銅板材で構成されるか、或いは、アルミニウム、銅、リン青銅、ベリリウム銅、またはニッケル板材で構成されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー保護装置の製造方法。
前記スペーサ用金属板は、左右の２個部分に分離され、前記分離された部位の空間は絶縁材質で充填されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー保護装置の製造方法。
上面に回路パターンが形成されているＰＣＢ上板と、
前記ＰＣＢ上板の下部に接合され、前記ＰＣＢ上板の少なくとも一側に突き出され、垂直延長部と水平延長部が形成されているスペーサ用金属板と、
下面に回路パターンが形成されており、前記スペーサ用金属板の下部に接合されるＰＣＢ下板と、を含めて構成され、
前記スペーサ用金属板には絶縁孔が形成されており、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板は、前記ＰＣＢ上板と前記ＰＣＢ下板を貫通し、前記絶縁孔より小さな貫通孔を通じて電気的に接続され、前記ＰＣＢ上板と前記スペーサ用金属板は前記露出孔によって電気的に接続されているバッテリー保護装置。
前記ＰＣＢ下板は、前記ＰＣＢ上板の少なくとも「Ｐ＋」端子、「Ｐ−」端子、及び「ＣＦ」端子と、前記貫通孔を通じて連結されることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリー保護装置。
前記ＰＣＢ上板の「Ｐ＋」端子は、前記露出孔を通じて前記スペーサ用金属板と電気的に接続されることを特徴とする、請求項７または８に記載のバッテリー保護装置。