JP3744907B2 - Coin-type electrical element and printed circuit board on which coin-type electrical element is mounted - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイン型電池やコイン型コンデンサー等のコイン型電気素子と、このコイン型電気素子を半田付けして実装しているプリント基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
コイン型電池やコイン型コンデンサー等のコイン型電気素子は、両端に一対の電極を設けている。このコイン型電気素子は、底を閉塞しているコイン外装缶の開口部を封口板で閉塞しいる。封口板は、絶縁シールを介してコイン外装缶の開口部に固定されて、コイン外装缶を気密に閉塞している。絶縁シールは、封口板とコイン外装缶とを絶縁する。互いに絶縁された封口板と外装缶は、一対の電極として使用される。この構造のコイン型電気素子は、図1に示すように、外装缶3と封口板4からなる電極5に一対のリード板6をスポット溶接して連結している。2枚のリード板6の先端は、プリント基板2の導電部9に半田付けして固定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図1に示すように、2枚のリード板6を介してプリント基板2に半田付けして実装されるコイン型電気素子1は、図2に示すように、リード板6の半田付け部6Bによって、プリント基板2への実装面積が大きくなる。リード板6の半田付け部6Bが、コイン型電気素子1の外側に突出するからである。さらに、この構造は、コイン型電気素子をしっかりと固定するためにリード板の半田付け面積を大きくすると、実装面積がさらに大きくなる欠点がある。
【0004】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、実装面積を著しく小さくして、確実に安定してプリント基板に半田付けして固定できるコイン型電気素子とコイン型電気素子を実装しているプリント基板を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のコイン型電気素子は、底を閉塞しているコイン型に金属を成形しているコイン外装缶3の開口部に、絶縁シール7を介して封口板4を固定して、封口板4でコイン外装缶3を絶縁して閉塞しており、コイン外装缶3と封口板4を一対の電極5としているコイン型電気素子であって、コイン外装缶3の底面または封口板4からなる第1の電極面5Aまたは第2の電極面5Bのうち、第2の電極板5Bはリード板6を連結しており、リード板6の先端部が第1の電極面5Aの表面側に向かって折曲されており、このリード板6の先端部にリフロー半田で固定する半田面14を設けている。
【0006】
コイン型電気素子は、コイン型電池、あるいはコンデンサーとすることができる。また、リード板6の折曲部6Aに対向する位置であって、第1の電極面5Aとなるコイン外装缶3の底面または封口板4の表面に絶縁膜8を設けることができる。
【0007】
本発明のコイン型電気素子を実装するプリント基板は、底を閉塞しているコイン型に金属を成形しているコイン外装缶3の開口部に、絶縁シール7を介して封口板4を固定して、封口板4でコイン外装缶3を絶縁して閉塞しており、コイン外装缶3と封口板4を一対の電極5としているコイン型電気素子1と、このコイン型電気素子1を表面に設けた導電部9に半田付けして固定しているプリント基板2とを備え、コイン外装缶3の底面または封口板4からなる第1の電極面5Aまたは第2の電極面5Bのうち、第2の電極板5Bはリード板6を連結しており、リード板6の先端部が第1の電極面5Aの表面側に向かって折曲されており、このリード板6の先端部に半田面14を設けて、リード板6を介してリフロー半田でプリント基板2の導電部9に固定している。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのコイン型電気素子とコイン型電気素子を実装するプリント基板を例示するものであって、本発明はコイン型電気素子とコイン型電気素子を実装するプリント基板を以下のものに特定しない。
【0009】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0010】
図3及び図4は、コイン型電気素子1を実装するプリント基板2を示す。コイン型電気素子1は、コイン型電池またはコイン型のコンデンサー等の電気素子であって、外装缶3と封口板4を一対の電極5とする素子である。
【0011】
コイン型電気素子1は、図6の断面図に示すように、外装缶3の開口部を封口板4で閉塞している。外装缶3は、底を閉塞しているコイン型である。この形状のコイン外装缶3は、金属板をプレス成形して製作される。封口板4も金属板をプレス成形して製作される。図の封口板4は、周縁を円筒状に成形している。封口板4の筒部とコイン外装缶3との間に絶縁シール7が挟着される。絶縁シール7は、封口板4とコイン外装缶3に密着して、コイン外装缶3の開口部を封口板4で気密に閉塞する。封口板4は、コイン外装缶3の開口部を内側に折曲するカシメ加工によって、外装缶3の開口部に固定される。絶縁シール7は、外装缶3の内部を気密に密閉すると共に、封口板4とコイン外装缶3とを絶縁する。
【0012】
互いに絶縁されたコイン外装缶3と封口板4は、一対の電極5を構成する。コイン型電池は、外装缶3に+−の電極板12を内蔵している。+−の電極板12は、一方をコイン外装缶3に、他方を封口板4に接続している。コイン型のコンデンサーは、外装缶の内部に対向して一対の電極板を設けている。一方の電極板はコイン外装缶に、他方の電極板は封口板に接続される。図のコイン型電気素子1は、封口板4をコイン外装缶3の開口部から突出させている。
【0013】
コイン型電気素子1は、一対の電極5をプリント基板2にリフロー半田して固定される。一対の電極5は、一方をコイン外装缶3の底面として、他方を封口板4としている。従って、一対の電極5は、コイン型電気素子1の両面に配置され、一方を第1の電極面5Aとして、他方を第2の電極面5Bとしている。
【0014】
コイン型電気素子1は、第1の電極面5Aに第1半田面13を設けている。この第1半田面13は、プリント基板2の導電部9にリフロー半田して固定される。さらに、コイン型電気素子1は、第2の電極面5Bにリード板6を連結している。このリード板6は、先端部に第2半田面14を設けている。この第2半田面14は、プリント基板2の導電部9にリフロー半田して固定される。
【0015】
第1半田面13と第2半田面14は、プリント基板2の導電部9に一緒にリフロー半田して固定できるように、ほぼ同一平面に配設している。図3のコイン型電気素子1は、封口板4を第1の電極面5Aとし、外装缶3の底面を第2の電極面5Bとしている。図4のコイン型電気素子1は、外装缶3の底面を第1の電極面5Aとして、封口板4を第2の電極面5Bとしている。
【0016】
第1の電極面5Aとなるコイン外装缶3や封口板4は、プリント基板2の導電部9にリフロー半田して固定される。第1の電極面5Aは、表面をメッキし、あるいは、図4と図5に示すように、金属薄板11を溶接して第1半田面13を設けて、より確実にリフロー半田で固定される。第1の電極面5Aの表面をメッキする場合、半田10と親和性の高い金属でメッキする。第1の電極面5Aの表面のメッキには、錫メッキが最適である。半田10が錫を含むために、錫メッキしている第1の電極面5Aは、半田10との相性がよく確実に固定されるからである。ただ、錫メッキに限らず、ニッケルメッキ、銅メッキ、シンチュウメッキ、亜鉛メッキ等のメッキもリフロー半田でしっかりと固定される。金属薄板11は、リフロー半田と相性のよい金属、例えば、ニッケル板等が使用される。金属薄板11は、異なる金属板を積層しているクラッド材とすることもできる。このクラッド材もリフロー半田に接触する第1半田面を、半田と相性のよい金属とする。
【0017】
第1の電極面5Aにメッキや金属薄板11を設けているコイン型電気素子1は、コイン外装缶3や封口板4をステンレスで製作できる。ステンレスは、リフロー半田との相性がよくない。ただ、メッキや金属薄板11を介在させて第1半田面13を設けることによって、ステンレス製の外装缶3や封口板4も、リフロー半田でしっかりとプリント基板2に固定できる。
【0018】
第2の電極面5Bは、スポット溶接し、あるいはレーザー溶接してリード板6を連結している。リード板6は、コイン型電気素子1の外周に沿って折曲すると共に、その先端部をコイン型電気素子1の内側または外側に折曲している。図3と図4のリード板6は、その先端部を、コイン型電気素子1の内側である第1の電極面5Aの表面側に向かって、即ち、コイン型電気素子1とプリント基板2との間に折曲している。この構造は、コイン型電気素子1の実装面積を最も小さくできる特長がある。
【0019】
この構造のコイン型電気素子1は、リード板6のショートを防止するために、リード板6の折曲部6Aと対向する位置であって、第1の電極面5Aとなるコイン外装缶3の底面または封口板4の表面に絶絶縁膜8を設けている。絶縁膜8は、リフロー半田に耐える耐熱性の絶縁塗料、あるいは絶縁シートである。耐熱性の絶縁塗料には、たとえばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を使用する。リード板6は、折曲加工された後にコイン型電気素子1の第2の電極面5Bに連結され、あるいは、第2の電極面5Bに連結した後に折曲加工される。絶縁膜8は、リード板6を連結する前工程でコイン型電気素子1に付着される。
【0020】
プリント基板2は、第1の電極面5Aを連結する部分と、リード板6の先端部を連結する部分に、互いに離して導電部9を固定している。プリント基板2の導電部9には、以下の状態でコイン型電気素子1が連結される。
【0021】
(1)コイン型電気素子1の第1の電極面5Aが、クリーム半田10を介してプリント基板2の導電部9に仮り接着される。このとき、リード板6の先端部も、クリーム半田10を介してプリント基板2の導電部9に仮り接着される。この状態で、コイン型電気素子1がプリント基板2に押し付けられると、クリーム半田10は第1の電極面5Aと導電部9の隙間に広げられて、第1の電極面5Aに密着される。
【0022】
(2)プリント基板2がリフロー半田装置に搬入される。リフロー半田装置内で、プリント基板2とコイン型電気素子1とリード板6が加熱され、クリーム半田10は熱で溶融される。このとき、クリーム半田10に含有される金属は、固体の状態から液体の状態に溶融されるので、融解熱で温度上昇が制限される。融解熱は、比熱に比較して相当に大きく、半田全体が溶融されるまで半田10の温度を融点に保持する。このため、半田10は、全体が溶融されるまでほとんど温度が上昇せず、温度上昇が遅れる。温度上昇が制限される半田10は第1の電極面5Aに密着して、コイン型電気素子1の温度上昇を制限する。
【0023】
第1の電極面5Aは、半田10の融解熱で温度上昇が制限されながら、リフロー半田の熱に加熱されて温度上昇する。この状態で、第1の電極面5Aが半田10の融点よりも高温になると、半田10の流れがよくなって、第1の電極面5Aに溶融した半田10が密着される。第1の電極面5Aを半田付けする導電部9も温度が上昇して、半田10が密着される。
【0024】
以上のようにして、第1の電極面5Aがプリント基板2の導電部9に半田付けされる。このとき、第2の電極面5Bに連結しているリード板6もプリント基板2の導電部9に半田付けされる。リード板6は、第1の電極面5Aに比較して温度が上昇しやすく、第1の電極面5Aが半田付けされる状態で、しっかりとプリント基板2の導電部9に半田付けされる。
【0025】
リフロー半田装置に搬入された部材は、吸収熱量に比例し、比熱に反比例して温度が上昇する。吸収熱量は、面積が広くなると大きくなる。比熱は、部材の材質で特定する定数である。したがって、表面積が大きく、比熱の小さい部材は、温度上昇が大きくなる。ただ、この関係が成立するのは、部材の形態が変化しないときであって、固体から液体に変化するときは、融解熱が温度上昇を制限する。融解熱は、比熱に比較すると極めて大きく、温度上昇を著しく制限する。例えば、半田に含まれるスズは、融解熱が14cal/gであるのに対し、比熱は0.053cal/gである。また、半田に含まれる鉛は、融解熱が5.5cal/gで比熱が0.0309cal/gである。融解熱は、半田全体が溶融されるまで、加熱される半田の温度上昇を融点に保持する。
【0026】
半田全体が溶融された後、吸収熱量に比例して温度が上昇する。図7は、吸収熱量に対する半田の温度上昇を示すグラフである。固体から液体に変化して加熱される半田は、図に示すように融点まで加熱されると、融解熱によって、半田の温度上昇は融点に保持される。半田全体が固体から液状に溶融されると、温度は次第に上昇する。従って、半田の温度上昇は、融点付近で一時的に制限される。温度の上昇が制限される半田は、第1の電極面5Aに密着されて、第1の電極面5Aの温度上昇を遅くする。
【0027】
第1の電極面5Aは、コイン外装缶3や封口板4である。このため、温度上昇が制限される半田10は、コイン型電気素子1の外装缶3や封口板4の温度上昇を遅くして、熱障害を有効に阻止する。特に、半田10はコイン型電気素子1をしっかりとプリント基板2に固定するために、広い面積で第1の電極面5Aに密着される。このことは、半田10が第1の電極面5Aの温度上昇を制限する効果を向上させる。第1の電極面5Aが、広い面積で温度の上昇を制限されることにより、コイン型電気素子1の温度障害は有効に防止される。第1の電極面5Aである外装缶3や封口板4は、熱伝導の優れた金属製である。このため、第1の電極面5Aの温度上昇が広い面積で制限されると、コイン型電気素子1の温度上昇が制限されて、絶縁シール7等の最高加熱温度は低くなる。リフロー半田されるコイン型電気素子1は、半田不良を解消するために、コイン型電気素子1の限界に近い温度まで加熱されるので、温度上昇をわずかでも低くできることは、製品の信頼性を飛躍的に高くすることに効果がある。絶縁シール7の最高加熱温度が限界を越えると不良品となり、限界を越えない最高温度に制限できると不良品を皆無にできるからである。
【0028】
さらに、リフロー半田は、コイン型電気素子1の第1の電極面5Aを広い面積で温度上昇を有効に制限するが、半田10は溶融して確実に付着される環境となって、半田不良は有効に解消される。それは、半田10を溶融して付着する第1の電極面5A、プリント基板2の導電部9、リード板6等は、融解熱で温度上昇が制限されないからである。
【0029】
即ち、半田10とこれを密着している第1の電極面5Aは、半田10の融解熱で温度上昇を制限されるが、溶融された半田10が付着される部分は、融解熱による温度上昇の制限がなく、温度が上昇しやすい環境にあるので、溶融した半田10の流れがよくなって、半田10は理想的な状態で密着される。
【0030】
【発明の効果】
本発明のコイン型電気素子とコイン型電気素子を実装しているプリント基板は、実装面積を著しく小さくして、確実に安定して半田付けして固定できる特長がある。従来のように、リード板の半田付け部をコイン型電気素子の外側に突出させることなく、コイン型電気素子をプリント基板の導電部にリフロー半田で固定するからである。ちなみに、図1と図2に示す従来の構造のプリント基板におけるコイン型電気素子の実装面積を100とすると、本発明の実施例である図3及び図4に示す構造のプリント基板では実装面積が70になり、コイン型電気素子の実装面積を著しく小さくできた。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図2】図1に示すコイン型電気素子のプリント基板との接触面を示す底面図
【図3】本発明の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図4】本発明の他の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図5】図4に示すコイン型電気素子のプリント基板との接触面を示す底面図
【図6】コイン型電気素子の一例を示す断面図
【図7】半田の吸収熱量に対する温度上昇を示すグラフ
【符号の説明】
1…コイン型電気素子
2…プリント基板
3…外装缶
4…封口板
5…電極 5A…第1の電極面 5B…第2の電極面
6…リード板 6A…折曲部 6B…半田付け部
7…絶縁シール
8…絶縁膜
9…導電部
10…半田
11…金属薄板
12…電極板
13…第1半田面
14…第2半田面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coin-type electric element such as a coin-type battery or a coin-type capacitor, and a printed board on which the coin-type electric element is soldered and mounted.
[0002]
[Prior art]
Coin-type electrical elements such as coin-type batteries and coin-type capacitors are provided with a pair of electrodes at both ends. In this coin-type electric element, an opening of a coin outer can whose bottom is closed is closed with a sealing plate. The sealing plate is fixed to the opening of the coin outer can via an insulating seal, and hermetically closes the coin outer can. The insulating seal insulates the sealing plate and the coin outer can. The sealing plate and the outer can that are insulated from each other are used as a pair of electrodes. As shown in FIG. 1, the coin-type electric element having this structure has a pair of
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 1, the coin-type electrical element 1 mounted by soldering to the printed
[0004]
The present invention has been developed for the purpose of solving the above-mentioned drawbacks, and an important object of the present invention is to remarkably reduce the mounting area and to solder the printed circuit board stably and reliably. Another object is to provide a coin-type electrical element that can be fixed and a printed circuit board on which the coin-type electrical element is mounted.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The coin-type electric element of the present invention has a
[0006]
The coin-type electric element can be a coin-type battery or a capacitor. Further, the
[0007]
A printed circuit board on which a coin-type electric element of the present invention is mounted has a
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment shown below exemplifies a coin-type electric element for embodying the technical idea of the present invention and a printed circuit board on which the coin-type electric element is mounted. The printed circuit board on which the coin-type electric element is mounted is not specified as follows.
[0009]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the examples are referred to as “the scope of claims” and “the means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0010]
3 and 4 show a printed
[0011]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 6, the coin-type electrical element 1 closes the opening of the
[0012]
The coin outer can 3 and the
[0013]
The coin-type electric element 1 is fixed by reflow soldering the pair of
[0014]
The coin-type electric element 1 has a
[0015]
The
[0016]
The coin outer can 3 and the sealing
[0017]
In the coin-type electric element 1 in which the
[0018]
The
[0019]
In order to prevent the
[0020]
In the printed
[0021]
(1) The
[0022]
(2) The printed
[0023]
The
[0024]
As described above, the
[0025]
The member carried into the reflow soldering device increases in temperature in proportion to the amount of heat absorbed and in inverse proportion to the specific heat. The amount of heat absorbed increases as the area increases. Specific heat is a constant specified by the material of the member. Therefore, a member having a large surface area and a small specific heat has a large temperature rise. However, this relationship is established when the shape of the member does not change, and when it changes from solid to liquid, the heat of fusion limits the temperature rise. The heat of fusion is very large compared to the specific heat and significantly limits the temperature rise. For example, tin contained in solder has a heat of fusion of 14 cal / g, while a specific heat of 0.053 cal / g. The lead contained in the solder has a heat of fusion of 5.5 cal / g and a specific heat of 0.0309 cal / g. The heat of fusion keeps the temperature rise of the heated solder at the melting point until the entire solder is melted.
[0026]
After the entire solder is melted, the temperature rises in proportion to the amount of heat absorbed. FIG. 7 is a graph showing the temperature rise of the solder with respect to the amount of heat absorbed. As shown in the figure, when the solder heated from the solid to the liquid is heated to the melting point, the temperature rise of the solder is held at the melting point by the heat of fusion. As the entire solder is melted from solid to liquid, the temperature gradually increases. Therefore, the temperature rise of the solder is temporarily limited near the melting point. The solder whose temperature rise is restricted is in close contact with the
[0027]
The
[0028]
Further, the reflow solder effectively limits the temperature rise of the
[0029]
That is, the temperature rise of the
[0030]
【The invention's effect】
The printed circuit board on which the coin-type electrical element and the coin-type electrical element of the present invention are mounted has a feature that the mounting area is remarkably reduced, and can be reliably soldered and fixed. This is because the coin-type electric element is fixed to the conductive portion of the printed circuit board by reflow soldering without causing the soldered portion of the lead plate to protrude outward from the coin-type electric element as in the prior art. Incidentally, assuming that the mounting area of the coin-type electric element on the printed circuit board having the conventional structure shown in FIGS. 1 and 2 is 100, the printed circuit board having the structure shown in FIG. 3 and FIG. As a result, the mounting area of the coin-type electric element could be remarkably reduced.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of a printed circuit board on which a conventional coin-type electric element is mounted. FIG. 2 is a bottom view showing a contact surface of the coin-type electric element shown in FIG. 1 with the printed circuit board. FIG. 4 is a cross-sectional view of a printed circuit board on which a coin-type electric element is mounted. FIG. 4 is a cross-sectional view of a printed circuit board on which a coin-type electric element of another embodiment of the present invention is mounted. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a coin-type electric element. FIG. 7 is a graph showing a temperature rise with respect to the amount of heat absorbed by solder.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coin type
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