JP4041961B2 - 燃料電池，電気機器及び燃料電池の実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池，電気機器及び燃料電池の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料気体である水素及び酸素（空気）を供給することで発電体において起電力を発生させる装置であり、通常、電解質膜（プロトン伝導体膜）を気体電極で挟んだ構造を有し、所望の起電力を得る構造となっている。このような燃料電池は、電気自動車やハイブリット式車両への応用が期待されており、実用化に向けて開発が進められているが、かかる用途の他、軽量化や小型化が容易であるという利点を活かして、これとは全く異なる新たな用途への応用も検討されている。例えば携帯可能な電気機器において、現状の乾電池や充電式電池に代わる新たな電源としての用途等である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各種電気機器に内蔵可能な小型の燃料電池については、各方面で研究が進められており、既に提案されているものもある。ただし、これらはいずれも電池自体は小型化されているものの、機器への内蔵を考えると、必ずしも十分に配慮されているとは言えない。例えば、これら提案された燃料電池を機器に内蔵する場合には、通常の乾電池や各種二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）と同様、機器側に電池収納部を設け、ここに固定用の機構や配線用のコネクタ等を設けるというのが一般的である。また、燃料電池への燃料供給を行うためには燃料配管を行う必要があり、配管からの燃料漏れを防止する構造を付加しなくてはならないという問題が発生してしまう。このように従来の手法をそのまま踏襲したのでは、機器全体の小型化への制約や機器設計上の制約を解消することができず、また機器製造の際の製造工程の増加も招く。
【０００４】
また、上記燃料電池を電気機器に組み込む場合、燃料電池の発電体を機器本体に内蔵し、別途燃料貯蔵部、例えば水素タンクを機器本体に装着するという構造を採用するのが一般的であるが、この場合には発電体と水素タンクを近接して配置する必要があり、機器設計上、大きな制約が加わる。また、上記発電体と燃料貯蔵部を離間して配置する場合には、これらの間に燃料の流路となる配管を設置する必要が生ずる。その結果、チューブ等の配管部品を引き回さなくてはならず、部品点数の増加や機器の大型化を招き、組み立て作業も繁雑なものとなる。
【０００５】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、機器の小型化への制約や設計上の制約を解消し得る燃料電池を提供することを目的とし、さらには機器製造の際の製造工程の増加を招くことのない燃料電池を提供することを目的とする。また、本発明は、燃料電池を内蔵しながら設計上の制約を緩和することができ、部品点数の削減や小型化、製造工程の簡略化を実現することが可能な電気機器を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、従来の電気機器実装に用いられる装置を用いて、燃料漏れを防止できるプリント配線板などの電子基板への燃料電池の実装方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の燃料電池は、複数の発電体が空気取り入れ孔を有する筐体内に内蔵されてなり、基板との電気接続用の端子を備えるとともに、燃料供給用の接続口及び流路を備え、複数の発電体のうち２つの発電体が流路を挟んで燃料極同士が対向するように配列され、筐体の空気極と対向する面に空気取り入れ孔が形成されていることを特徴とするものである。また、本発明の電気機器は、本発明の燃料電池が基板に直接実装されていることを特徴とするものである。
【０００９】
燃料電池を基板に直接実装することで、搭載する機器に電池収納部や固定のための機構、コネクタ等を設ける必要がなくなり、その結果、機器構造が簡略化、小型化される。また、燃料電池を基板に直接実装し搭載することにより、各種デバイスの配置や配線パターン等の設計の制約が減り、無駄な配線や空間、出力のロス等も削減される。
【００１２】
さらに、本発明の電気機器は、電気機器本体内に、燃料電池の発電体及び当該発電体に燃料を供給する燃料貯蔵部が内蔵されるとともに基板を備えてなり、上記基板は、配線パターンが形成されるとともに、燃料流路が形成されており、上記燃料は当該基板の燃料流路を介して燃料貯蔵部から発電体へ供給されることを特徴とするものである。上記構成を有する電気機器においては、発電体や燃料貯蔵部を自由に配置することができ、設計上の制約が緩和される。また、燃料は基板を介して供給されるので、チューブ等の配管部品を引き回す必要がなく、部品点数が削減され、機器が小型化される。
【００１４】
更に、本発明の燃料電池は、発電体が空気取り入れ孔を有する筐体内に内蔵されてなり、配線部材との電気接続用の端子を備えるとともに、配線部材と対向する面に燃料供給用の接続口を備えることを特徴とするものである。また、本発明の電子機器は配線部材と燃料電池の間を樹脂封止したことを特徴とする。また、本発明の燃料電池の実装方法は、燃料電池と配線部材の間を接着剤や成形可能な樹脂によって固定することを特徴とする。
【００１５】
燃料電池への燃料供給のための流路を配線部材に形成することで、搭載する機器に電池収納部や固定のための機構、コネクタ、燃料配管等を設ける必要がなくなり、その結果、機器構造が簡略化、小型化される。また、燃料配管が露出していないために、燃料シーリングを効果的に行うことが可能となり、燃料漏れを防止する構造を付加する必要がなくなる。さらに、燃料電池をプリント配線板に直接実装し搭載することにより、各種デバイスの配置や配線パターン等の設計の制約が減り、無駄な配線や配管や空間、出力のロス等も削減される。また、接着剤やモールド樹脂によって燃料電池をプリント配線板に固定することにより、従来の電子機器を実装方法と同様の装置で簡便に燃料電池の固定及び燃料シーリングを行うことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池、さらには、これを応用した電気機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した燃料電池の一例を示すものである。本例は、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ：Dual Inline Package）と呼ばれる挿入実装型のパッケージを採用したものであり、筐体１の中に発電体２が１あるいは２以上内蔵されている。そして、筐体１に設けられた空気取り入れ孔３からカソード側に空気が、同じく筐体１に取り付けられた燃料継ぎ手４からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。
【００１８】
筐体１からは上記発電体２のアノード（燃料極）あるいはカソード（空気極）と接続される複数の端子ピン５ａ，５ｂが導出されており、電気機器との電気的な接続は、この端子ピン５ａ，５ｂを通じて行われる。すなわち、図１に示す構造の燃料電池は、例えば電気機器側に内蔵されているプリント配線板に設けられた接続孔に上記端子ピン５ａ，５ｂを挿入し、これを半田付けすることによって実装される。これにより、燃料電池の電極がプリント配線板に形成された配線と電気的に接続され、電気機器側の回路に電力が供給される。
【００１９】
発電体２は、図２に示すように、イオン伝導体膜２ａの両側を電極（アノード２ｂ及びカソード２ｃ）で挟んだ構造を有し、周囲はシール２ｄによって封止されている。このシール２ｄは、水素のカソード２ｃ側へのリークを防ぐことを目的に設けられている。シール２ｄは、射出成形、打ち抜き等により予め成形されたものを貼り合わせてもよいし、イオン伝導体膜２ａや電極に直接形成してもよい。
【００２０】
図３は、上記燃料電池を分解した状態を示すものである。本例の燃料電池は、上記発電体２が一対の集電体６，７によって挟み込まれた構造を有する。各集電体６，７には、それぞれ燃料取り込み用の開口部６ａ，７ａが設けられており、上記アノード２ｂやカソード２ｃには、これら開口部６ａ，７ａを介して燃料である水素燃料や酸素（空気）が取り込まれる。
【００２１】
カソード２ｃ側の集電体６は、筐体１の表面として露呈する側が絶縁材料により形成される絶縁材料層６ｂ、発電体２と接する側が導電材料からなる集電部６ｃとされ、２層構造を有している。アノード２ｂ側の集電体７には、導電材料が用いられており、特にカソード２ｃ側の集電体６形成されているような絶縁材料層は設けられていない。ここで、カソード２ｃ側の集電体６の集電部６ｃやアノード２ｂ側の集電体７を構成する導電材料としては、金属板、カーボンシート等の他、ポリマーフィルムやガラスエポキシ基板、セラミックス基板等に導電層を形成したいわゆる片面板を用いることができる。あるいは、発電体２にペースト印刷やメッキ等を施し、直接集電体層を形成してもよい。
【００２２】
上記集電体６の集電部６ｃ、あるいは集電体７は、それぞれ端子ピン５ａ，５ｂと電気的に接続されており、これを通じて電気機器との電気的な接続がなされる。端子ピン５ａ，５ｂの先端は、プリント配線板に設けられた接続孔に挿入が可能な形状、例えば細い板状やピン形状とすることが望ましく、なお且つ、プリント配線板に固定できる程度の剛性を持つことが望ましい。かかる端子ピン５ａ，５ｂは、上記集電体６の集電部６ｃや集電体７を金属板により形成する場合には、その先端を細板状、ピン形状に機械加工することにより一体的に設けることも可能である。また、端子ピン５ａ，５ｂを別途形成し、これを集電体６の集電部６ｃや集電体７に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００２３】
また、上記アノード側の集電体７の外側には、燃料である水素燃料の流路８ａを設けた水素供給部８が配置され、これに燃料継ぎ手４が固定されている。さらに、水素供給部８には、上記集電体７に設けられた開口部７ａと対向して開口部８ｂが設けられており、したがって、燃料である水素燃料は、上記燃料継ぎ手４から流路８ａ、開口部８ｂ、開口部７ａを介して発電体２のアノード２ｂへと供給される。なお、上記水素供給部８は、１つの部品として構成してもよいし、集電体７あるいは筐体１と一体型であってもよい。
【００２４】
以上の構成部材（発電体２、集電体６，７、水素供給部８）を重ね合わせて積層体とした後、これらを筐体１と共に固定し、図４に示すようにパッケージ化する。本例では、樹脂モールドによって積層体のパッケージングと筐体形成を一括して行っており、筐体１は上記積層体と一体化されている。勿論、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、筐体を上下２つに分割した部品とし、これらを用いて積層体を挟み込み、ネジ止めにより固定する構造、あるいは、上下筐体部品を超音波溶着や接着等により固定する構造等が採用可能である。
【００２５】
上記構成の燃料電池においては、水素燃料を上記アノード２ｂと接するように水素供給部８内に流入させるとともに、空気（酸素）を上記カソード２ｃと接するように開口部６ａから流入させると、アノード２ｂ側では反応式
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
【００２６】
で示される反応が起こるとともに、カソード２ｃ側では反応式
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ＋反応熱Ｑ
【００２７】
で示される反応が起こり、全体では
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００２８】
で示される反応が起こることになる。すなわち、アノード２ｂ側にて水素が電子を放出してプロトン化し、イオン伝導体膜２ａを通ってカソード２ｃ側に移動し、カソード２ｃにて電子の供給を受けて酸素と反応する。かかる電気化学反応に基いて起電力が得られる。
【００２９】
次に、本発明を適用した燃料電池の変形例について説明する。本例の燃料電池は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）と呼ばれる表面実装型のパッケージ形態を採用したものである。
【００３０】
本例の燃料電池の基本的な構成は、先の例と同様であり、図５に示すように、筐体１１の中に発電体１２が内蔵され、筐体１１に設けられた空気取り入れ孔１３からカソード側に空気が、同じく筐体１１に取り付けられた燃料継ぎ手１４からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。
【００３１】
電気機器との電気的な接続は、端子１５を介して行われるが、ここで、端子１５は、先の例とは異なり、半田等の導電性材料によって形成されたボール状、あるいは突起状等の形状をしており、電気機器側の実装基板上に形成された端子部と機械的及び電気的に接続される。
【００３２】
図６は、図５に示す燃料電池を分解した状態を示す概略断面図である。内蔵される発電体１２の構造は、先の例と同じであり、イオン伝導体膜１２ａの両側が電極（アノード１２ｂ及びカソード１２ｃ）によって挟み込まれた構造を有し、周囲はシール１２ｄによって封止されている。
【００３３】
上記発電体１２がベース基板１７と水素供給部１８とによって挟み込まれている。ベース基板１７は、筐体１１の一部を構成するものであり、例えば、ガラスエポキシ、フェノール樹脂、ポリイミド等の樹脂系基板や、セラミックス、ガラス、シリコン等の無機系基板等が使用される。このベース基板１７は、上記発電体１２を収容し得る凹部１７ａを有するとともに、この凹部１７ａに対応して空気取り入れ用の開口部１７ｂが形成されている。また、ベース基板１７の内面（発電体１２のカソード１２ｃと接する面）にはカソード集電体１９が形成されている。
【００３４】
一方、上記水素供給部１８は、ベース基板１７に収容された発電体１２に蓋をするように配置され、燃料である水素燃料の流路１８ａを有するとともに、上記発電体１２のアノード１２ｂと接する面に、水素燃料取り入れ用の開口部１８ｂが形成されている。また、上記水素供給部１８の発電体１２のアノード１２ｂと接する面には、アノード集電体２０が一体的に形成されている。あるいは、水素供給部１８自体を導電材料で作製し、アノード集電体を兼ねるようにしてもよい。
【００３５】
そして、これらベース基板１７と水素供給部１８とによって発電体１２を挟み込むことで、発電体１２のアノード１２ｂ及びカソード１２ｃの集電構造も実現される。なお、上記ベース基板１７は、本例では３層構造を有しており、上記水素供給部１８と接する部分には、アノード集電体２０と接続される配線層２１が形成されるとともに、ビアホール２２，２３によって各層間の電気的な接続が図られている。水素供給部１８は、この状態でベース基板１７に固定することが好ましいが、後述の蓋基板の取り付けと同時に固定するようにしてもよい。固定方法としては、樹脂による接着等が挙げられる。
【００３６】
上記ベース基板１７の背面側（図中、下面側）には、蓋基板２４が設けられ、上記発電体１２及び水素供給部１８を上記凹部１７ａ内に固定する構造となっている。この蓋基板２４には、上記ビアホール２２，２３に対応してビアホール２５，２６が設けられ、さらに、これらビアホール２５，２６に対応して半球状の端子１５が形成されている。ここで、半球状の端子１５としては、例えば半田ボールを用いることができる。半田ボールは、リフローを行うことによって、電気機器側のプリント配線板に形成された接続端子に対して固着、電気接続がなされる。
【００３７】
図７は、組み立て状態を示すものである。この組み立て状態においては、上記ベース基板１７及び蓋基板２４によって筐体１１が構成されてパッケージングされ、その底面に端子１５が配列される。したがって、かかる構造を有する燃料電池は、表面実装型のパッケージを有する燃料電池として構成されることになる。表面実装型のパッケージ形態としては、ＢＧＡに限らず、例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）等を採用することも可能である。
【００３８】
次に、発電体を複数、例えば２つ内蔵する燃料電池の構造例について説明する。図８は、２つの発電体を内蔵するＢＧＡパッケージ形態の燃料電池の一例を示すものである。本例では、筐体３１内に２組の発電体３２，３３が水素供給部３４の両面に配置され、また、筐体３１にも上下両面に空気取り込み口３５が設けられている。水素供給部３４に外部燃料源と接続するための燃料継ぎ手３６が設けられていることは、先の各例と同じである。
【００３９】
さらに、上記水素供給部３４の両面には、それぞれアノード集電体３７が、また筐体３１の発電体３２，３３と接する面には、それぞれカソード集電体３８が形成されており、ビアホール３９を介して端子４０と接続されている。各端子４０はボール状であり、電気機器のプリント配線板に対して表面実装可能とされている。
【００４０】
次に、本発明を適用したプリント配線板及びその製造方法、さらには、これを応用した電気機器、燃料電池用コネクタについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図９は、本発明を適用したプリント配線板の一例を示すものである。このプリント配線板１０１は、第１の電気回路配線層１０２、燃料流路形成層１０３及び第２の電気回路配線層４とからなる１０３層構造を有しており、燃料流路形成層１０３を内層とし、これを両側から第１の電気回路配線層２及び第２の電気回路配線層１０４で挟み込んだ構造とされている。
【００４２】
各電気回路配線層１０２，１０４や燃料流路形成層１０３の基材としては、樹脂やガラスエポキシ材、セラミックス、ガラス等、任意の絶縁性の材質のものを使用することができる。ただし、燃料流路を構成することを考慮すると、燃料漏れの無い、あるいは少ない材質のものを使用する必要がある。
【００４３】
上記内層となる燃料流路形成層１０３は、溝加工、あるいは穴加工によって所定の燃料流路１０３ａが形成されており、これら燃料流路１０３ａを通って例えば燃料が燃料電池の発電体へと供給される。例えば燃料流路形成層１０３を所定の形状に打ち抜くことによって形成された燃料流路１０３ａは、上記電気回路配線層１０２，１０４によって上下を塞ぐことにより燃料配管として機能する。
【００４４】
上記電気回路配線層１０２，１０４は、通常の多層配線基板等において用いられる配線層と同様の構成を有するものであり、片面板、または両面板、あるいは多層板となっている。そして、その両面、または片面、あるいは多層板の各層に電気回路に応じて配線パターン１０２ａ，１０４ａが形成されている。配線パターン１０２ａ，１０４ａは、例えば銅箔をフォトリソ技術でパターニングすることにより形成されるものである。これら電気回路配線層１０２，１０４間は電気的に接続されていてもよいし、分離されて個々に機能するものであってもよい。特に、電気回路配線層１０２，１０４間が電気的に接続される場合、上記燃料流路形成層１０３も配線パターンが形成された両面配線基板とし、この燃料流路形成層１０３を介して電気回路配線層１０２，１０４間が電気的に接続されるようにすることも可能である。
【００４５】
これら電気回路配線層１０２，１０４及び燃料流路形成層１０３を積層し、加圧して一体化することにより、燃料流路が内蔵されたプリント配線板１０１が構成される。このプリント配線板１０１は、燃料流路１０３ａが内蔵される他は従来のプリント配線板と同様であり、通常のプリント配線板と同様に電気機器内等に組み込むことができる。このとき、燃料流路１０３ａは、プリント配線板１０１の内部に内蔵されていることから、構造上、何ら妨げとならない。
【００４６】
なお、上記の例では、燃料流路形成層１０３に溝加工、穴加工を施し、燃料流路１０３ａを形成するようにしたが、これに限らず、例えばパイプ状の部品を内蔵することにより燃料流路が形成されるようにすることも可能である。この場合には、パイプ状の部品を樹脂層や接着剤層に埋め込み、その両側、あるいは片側に電気回路配線層を貼り合わせればよい。また、上記の例では燃料流路形成層は１層であるようにしたが、これに限らず、複数の層に形成するようにしてもよい。この場合は、既に燃料流路が内蔵された多層配線板同士を積層していけばよい。
【００４７】
次に、上記プリント配線板の製造方法について説明する。上記プリント配線板を作製するには、種々の方法が考えられるが、最初の例は、燃料流路の形状に両面配線板を打ち抜き、その上下に配線基板を積層するというものである。図１０は、かかる製造プロセスの一例を示すものである。
【００４８】
本例では、先ず、図１０（ａ）に示すように、燃料流路形成層となる両面配線板１１１を用意し、いわゆるルーターカットやレーザーカットによって燃料流路となる打ち抜き穴１１２を形成する。この打ち抜き穴１１２は、上記両面配線板１１１の両面にそれぞれ設けられた配線パターン１１１ａ，１１１ｂを避けるように形成される。また、打ち抜き穴１１２の少なくとも一端は、両面配線板１１１の周縁に臨むように形成され、燃料流入口、または燃料流出口とされる。あるいは、打ち抜き穴１１２を、その端部が両面配線板１１１の周縁に臨むことなく形成し、上下に積層される配線板のいずれかにこれと通じる穴を形成し、燃料流入口あるいは燃料流出口とすることも可能である。また、上記両面配線板１１１の両面に設けられた配線パターン１１１ａ，１１１ｂは、必要な箇所において、スルーホール１１１ｃを介して互いに電気的に接続されている。
【００４９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、２枚の配線板１１３、１１４を用意し、接着剤層１１５，１１６を介して上記打ち抜き穴１１２が形成された両面配線板１１１のそれぞれの面に位置を合わせて重ね合わせる。これら配線板１１３，１１４にも、先の両面配線板１１１と同様、配線パターン１１３ａ，１１３ｂ、あるいは配線パターン１１４ａ，１１４ｂが形成されており、各層間はスルーホール１１３ｃによって電気的に接続されている。
【００５０】
この状態で積層プレスを行い、図１０（ｃ）に示すように、３枚の配線板１１１，１１３，１１４が一体化されたプリント配線板を得る。このプリント配線板においては、積層一体化の後、３枚の配線板１１１，１１３，１１４を貫通するスルーホール１１７を形成し、これら配線板１１１，１１３，１１４間の電気的接続を図る。また、配線板１１４において、上記打ち抜き穴１１２に対応した位置に燃料穴１１８を形成し、燃料流路となる打ち抜き穴１１２の燃料流入口、あるいは燃料流出口とする。作製されたプリント配線板は、燃料流路が内蔵されるとともに、多層配線基板として構成され、当該プリント配線板を介して電気的接続及び燃料の供給が可能である。
【００５１】
図１１は、プリント配線板の製造プロセスの他の例を示すものである。本例では、フォトリソ技術を用いて燃料流路を形成している。すなわち、本例では、先ず、図１１（ａ）に示すように、両面板あるいは多層板の各層に配線パターン１２１ａ，１２１ｂが形成されるとともにスルーホール１２１ｃによってこれら配線パターン１２１ａ，１２１ｂ間が電気的に接続された配線板１２１を用意し、その一方の面上に感光性樹脂を塗布して感光性樹脂層１２２を形成する。
【００５２】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、必要な配管形状に応じて上記感光性樹脂層１２２をパターニングし、燃料流路となる溝部１２２ａを形成する。この感光性樹脂層１２２のパターニングは、通常のフォトリソ技術を用いて行えばよい。具体的には、マスクを介して感光性樹脂層１２２を選択的に露光し、これを現像する。
【００５３】
次に、図１１（ｃ）に示すように、接着剤層（樹脂層）１２３が形成された銅（Ｃｕ）箔１２４をこの上に重ねて貼り合わせる。このとき、接着剤層１２３の厚さは、強度等を考慮して任意に設定すればよいが、なるべく薄い方が好ましい。あるいは、燃料流路を埋めてしまわないように流動性の少ない接着剤を用いることが望ましい。この接着剤層１２３付き銅箔１２４を積層することで、上記感光性樹脂層１２２に形成された溝部１２２ａが塞がれ、燃料流路として構成される。
【００５４】
上記積層の後、図１１（ｄ）に示すように、上記銅箔１２４をエッチングして、所定の配線パターンとする。この銅箔１２４のエッチングも、通常のフォトリソ技術を用いて行えばよい。
【００５５】
最後に、図１１（ｅ）に示すように、スルーホール１２５を形成し、上記配線板１２１に形成された配線パターン１２１ａ，１２１ｂと上記銅箔１２４をエッチングした配線パターンとの間の電気的接続を図る。さらに、上記配線板１２１に感光性樹脂層１２２に形成された溝部１２２ａに連なる燃料穴１２６を穿設し、燃料流入口、あるいは燃料流出口とする。
【００５６】
図１２は、プリント配線板の製造方法のさらに他の例を示すものである。本例は、基本的には図１０に示すプロセスと同様であるが、より一層の多層化を進めた点が図２に示すプロセスとは異なる。
【００５７】
先ず、図１２（ａ）に示すように、燃料流路形成層となる片面銅張り板１３１を用意し、いわゆるルーターカットによって燃料流路となる打ち抜き穴１３２を形成する。片面銅張り板１３１は、基材１３１ａ上に銅箔１３１ｂを貼り合わせたものであり、上記打ち抜き穴１３２は、これら基材１３１ａ、銅箔１３１ｂを貫通して形成されている。
【００５８】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、上記片面銅張り板１３１に接着剤層１３３を介して両面配線板１３４を貼り合わせる。この両面配線板１３４は、両面に配線層が形成されるものであるが、この段階では、上記接着剤層１３３と接する側の片面の配線層のみがパターニングされ、配線パターン１３４ａとされている。他方の面の銅箔１３４ｂは、パターニングされていない状態である。
【００５９】
次に、図１２（ｃ）に示すように、スルーホール加工を行い、上記片面銅張り板１３１及び両面配線板１３４を貫通するスルーホール１３５を形成し、さらにメッキを施してスルーホールメッキ及びメッキ層１３６の形成を行う。このメッキ層１３６は、片面銅張り板１３１の打ち抜き穴１３２内を含めて全面に形成される。メッキ層１３６を形成した後、図１２（ｄ）に示すように、メッキ層１３６及び上記両面配線板１３４の外側の銅箔１３４ｂを電気回路に応じてパターニングし、それぞれ配線パターンとする。
【００６０】
さらに、片面銅張り板１３７，１３８を用意し、図１２（ｅ）に示すように、これを上記片面銅張り板１３１上、及び上記両面配線板１３４上に接着剤層１３９，１４０を介して貼り合わせる。片面銅張り板１３７，１３８は、それぞれ基材１３７ａ，１３８ａ上に銅箔１３７ｂ，１３８ｂを貼り合わせたものであり、片面銅張り板１３７を片面銅張り板１３１上に重ねて貼り合わせることにより、上記打ち抜き穴１３２が塞がれ、燃料流路が構成される。最後に、最外層の銅箔１３７ｂ，１３８ｂをエッチングして所定の配線パターンとし、プリント配線板を完成する。
【００６１】
上記プリント配線板は、各種電気機器、特に燃料電池を組み込んだ電気機器に実装して使用される。図１３は、上記プリント配線板の電気機器への組み込み形態の一例を示すものである。この例では、電気機器本体１４１内に燃料電池の発電体１４２及び燃料貯蔵タンク１４３が内蔵されており、発電体１４２の起電力によって電気機器本体１４１内に組み込まれた駆動回路部に電力が供給される。ここで、電気機器本体１４１には、上記燃料流路を内蔵したプリント配線板１４４が実装され、燃料電池の発電体において電池反応に使用される燃料（水素）は、このプリント配線板１４４の燃料流路を介して上記燃料貯蔵タンク１４３から発電体１４２へと供給される。
【００６２】
上記のように燃料電池の発電体１４２を組み込んだ電気機器において、燃料流路を内蔵するプリント配線板１４４を実装し、燃料貯蔵タンク１４３から発電体１４２へ燃料である水素燃料を供給するようにすれば、発電体１４２と燃料貯蔵タンク１４３を自由に配置することが可能となり、設計上の制約を緩和することができ、また機器の小型化を実現することができる。特に、上記プリント配線板１４４を発電体１４２の回路基板として実装し、これを燃料流路として利用するようにすることで、構造の簡略化を図ることができ、組み立て工程を削減することもできる。また、上記発電体１４２と燃料貯蔵タンク１４３との燃料接続を行う際に、チューブ等の配管部品を引き回す必要がないので、部品点数の削減を図ることができる。
【００６３】
上述の燃料流路を内蔵するプリント配線板は、電気機器の回路基板としての利用のみならず、燃料電池用コネクタとしての利用も可能である。この燃料電池用コネクタとしての使用形態の概念を図１４に示す。この例では、燃料電１６１に燃料（水素燃料）を供給する必要が生じたときに、上記プリント配線板を組み込んだ燃料電池用コネクタ１６２を介して燃料サーバ（水素サーバ）１６３に接続し、燃料（水素燃料）の供給を行う。上記プリント配線板を介することにより、水素燃料の授受のみならず、例えば燃料の授受に関する情報等を電気信号により伝達することが可能である。
【００６４】
あるいは、燃料電池用コネクタの他の例として、水素を内蔵した水素デリバリーのコネクタとしての利用も可能である。例えば、図１５に示すように、パーソナルコンピュータ等において使用されているメモリーモジュールのような形態を有する水素デリバリー１７１において、上記プリント配線板をそのままコネクタとして利用する。本例では、内蔵されるプリント配線板の電気的接点１７２が、そのまま水素デリバリー１７１の電気的接点として使用されており、同時にプリント配線板に内蔵される燃料流路１７３がこのコネクタ部において外部に臨み、燃料配管用継手とされている。この場合にも、上記プリント配線板を利用したコネクタを介して電気と水素燃料のやり取りを同時に行うことができる。
【００６５】
次に、本発明を適用した燃料電池、プリント配線板およびこれらの接続方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１６は本願発明の実施の形態として、プリント配線板２１０に燃料電池２４０を複数個実装し、プリント配線板２１０に燃料供給用チューブ２５０を接続して、燃料供給用チューブ２５０からプリント配線板２１０を介して燃料電池２４０に燃料を供給し、空気取り入れ孔２０４ａから空気を取り入れて燃料電池２４０が発電した電流を当該プリント配線板２１０以外に配設される電子部品に供給したり、あるいはプリント配線板２１０に形成された電気回路の駆動を行う態様の概略を示したものである。
【００６６】
図１７は、本発明を適用した燃料電池２４１の一例を示すものである。本例は、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ：Ｓｍａｌｌ ＯｕｔｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれる表面実装型のパッケージを採用したものであり、上側筐体２０１と基板側筐体２０２の中に発電体２０３が１あるいは２以上矜持されて内蔵されている。そして、上側筐体１に設けられた空気取り入れ孔２０４ｂから発電体２０３のカソード側に空気が、基板側筐体２０２のプリント配線板２１０と対向する面（以下配線部材実装面とする）に取り付けられた、筒状の燃料流路である燃料継手２０５から発電体２０３のアノード側に燃料（水素、メタノール等）が供給され、発電が行われる。
【００６７】
上側筐体２０１および基板側筺体２０２からは前記発電体２０３のアノード（燃料極）あるいはカソード（空気極）と接続される複数の端子ピン２０６ａ，２０６ｂが導出されており、プリント配線板２１０との電気的な接続は、この端子ピン２０６ａ，２０６ｂを通じて行われる。
【００６８】
すなわち、図１７に示す構造の燃料電池２４１は、例えば電気機器側に内蔵されているプリント配線板２１０に設けられた接続端子に前記端子ピン２０６ａ，２０６ｂを挿入または接触させ、これを半田付けすることによって実装される。これにより、燃料電池２４１の電極がプリント配線板２１０に形成された配線と電気的に接続され、電気機器側の回路に電力が供給される。
【００６９】
発電体２０３は、図１８に示すように、イオン伝導体膜２０３ａの両側を電極（アノード２０３ｂ及びカソード２０３ｃ）で挟んだ構造を有し、周囲はシール２０３ｄによって封止されている。このシール２０３ｄは、水素のカソード２０３ｃ側へのリークを防ぐことを目的に設けられている。シール２０３ｄは、射出成形、打ち抜き等により予め成形されたものを貼り合わせてもよいし、イオン伝導体膜２０３ａや電極に直接形成してもよい。
【００７０】
図１９は、前記燃料電池２４１を分解した状態を示すものである。本例の燃料電池２４１は、前記発電体２０３が一対の集電体２０７，２０８によって挟み込まれた構造を有する。各集電体２０７，２０８には、それぞれ燃料取り込み用の開口部２０７ａ，２０８ａが設けられており、前記アノード２０３ｂやカソード２０３ｃには、これら開口部２０７ａ，２０８ａを介して燃料である水素燃料や酸素（空気）が取り込まれる。
【００７１】
カソード２０３ｃ側の集電体７は、上側筐体２０１の表面として露呈する側が絶縁材料により形成される絶縁材料層２０７ｂ、発電体２０３と接する側が導電材料からなる集電部２０７ｃとされ、２層構造を有している。アノード２０３ｂ側の集電体２０８には、導電材料が用いられており、特にカソード２０３ｃ側の集電体２０７に形成されているような絶縁材料層は設けられていない。ここで、カソード２０３ｃ側の集電体２０７の集電部２０７ｃやアノード２０３ｂ側の集電体２０８を構成する導電材料としては、金属板、カーボンシート等の他、ポリマーフィルムやガラスエポキシ基板、セラミックス基板等に導電層を形成したいわゆる片面板を用いることができる。あるいは、発電体２０３にペースト印刷やメッキ等を施し、直接集電体層を形成してもよい。
【００７２】
前記集電体２０７の集電部２０７ｃ、あるいは集電体２０８は、それぞれ端子ピン２０６ａ，２０６ｂと電気的に接続されており、これを通じて電気機器との電気的な接続がなされる。端子ピン２０６ａ，２０６ｂの先端は、プリント配線板２１０に設けられた接続端子に挿入または接触が可能な形状、例えば細い板状やピン形状とすることが望ましく、なお且つ、プリント配線板２１０に固定できる程度の剛性を持つことが望ましい。かかる端子ピン２０６ａ，２０６ｂは、前記集電体２０７の集電部２０７ｃや集電体２０８を金属板により形成する場合には、その先端を細板状、ピン形状に機械加工することにより一体的に設けることも可能である。また、端子ピン２０６ａ，２０６ｂを別途形成し、これを集電体２０７の集電部２０７ｃや集電体２０８に機械的及び電気的に接続してもよい。
【００７３】
また、前記アノード側の集電体２０８の外側には、燃料流体である水素燃料等の流路２０９ａを設けた燃料供給部２０９が配置され、これに燃料継手２０５が固定されている。さらに、燃料供給部２０９には、前記集電体２０８に設けられた開口部２０８ａと対向して開口部２０９ｂが設けられており、したがって、水素燃料等の燃料流体は、前記燃料継手２０５から流路２０９ａ、開口部２０９ｂ、開口部２０８ａを介して発電体２０３のアノード２０３ｂへと供給される。なお、前記燃料継手２０５は、一つの部品として構成してもよいし、燃料供給部２０９あるいは集電体２０８あるいは基板側筐体２０２と一体型であってもよい。
【００７４】
以上の構成部材（発電体２０３、燃料継手２０５、集電体２０７，２０８、燃料供給部２０９）を重ね合わせて積層体とした後、これらを上側筐体２０１および基板側筐体２０２で矜持して接着等により固定し、図２０に示すようにパッケージ化する。本例では、筐体を上下２つに分割した部品とし、これらを用いて積層体を挟み込み接着剤で固定を行っているが、勿論、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、樹脂モールドによって積層体のパッケージングと筐体形成を一括して行い、筐体を前記積層体と一体化することや、上下の筺体をネジ止めにより固定する構造、あるいは、上下筐体部品を超音波溶着や固定する構造等が採用可能である。
【００７５】
前記構成の燃料電池においては、水素燃料を前記アノード２０３ｂと接するように燃料継手２０５から燃料供給部２０９内に流入させるとともに、空気（酸素）を前記カソード２０３ｃと接するように開口部２０７ａから流入させると、アノード２０３ｂ側では反応式
【００７６】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
【００７７】
で示される反応が起こるとともに、カソード２０３ｃ側では反応式
【００７８】
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ＋反応熱Ｑ
【００７９】
で示される反応が起こり、全体では
【００８０】
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏで
【００８１】
示される反応が起こることになる。すなわち、アノード２０３ｂ側にて水素が電子を放出してプロトン化し、イオン伝導体膜２０３ａを通ってカソード２０３ｃ側に移動し、カソード２０３ｃにて電子の供給を受けて酸素と反応する。かかる電気化学反応に基いて起電力が得られる。
【００８２】
図２１は図１６に示したプリント配線板２１０の構造を示す平面図である。プリント配線板２１０は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたいわゆるガラエポ板であり、上層２１０ａと内側層２１０ｂと下層２１０ｃの三層構造をなしており、上層２１０ａには上述した燃料電池２４０が実装される位置に対応して、開口部である燃料供給口２１１と電気的接続をとるための接続端子２１２が形成されている。つまり、燃料供給口２１１は燃料電池２４０に形成された燃料継手２０５と接続されるのに適した位置に形成され、接続端子２１２は燃料電池２４０に形成された端子ピン２０６ａおよび２０６ｂに対応した位置に形成されている。
【００８３】
ここで、プリント配線版２１０はガラスエポキシ板である例を示したが、半導体素子や燃料電池などの電子部品同士を電気的に接続するための配線が施され、常圧において燃料の漏洩を起こさない機械的強度を備えた配線部材であればよく、ガラス、セラミックスなどの無機材料を基板部材として用い、これに配線を施したいわゆる無機基板や、ポリイミド・ＰＥＴなどを用い柔軟性を備えたフレキ基板等でも構わない。また、シートあるいは板状の配線部材に管状の燃料流路を埋め込んで形成するようにしてもよい。
【００８４】
また上層２１０ａには、図示していないがプリント配線が施され電子機器２１３が実装されている、もしくは電子機器２１３を実装するための端子が形成されている。プリント配線は各接続端子２１２に接続されており、実装される燃料電池２４１により生じる電圧によって電子機器２１３が駆動されることになる。前記プリント配線および燃料供給口２１１および接続端子２１２は、通常のプリント基板を形成する方法と同様の製造方法によって作られる。
【００８５】
内側層２１０ｂには、フライス加工や打ち出し成形、ルーター加工などによって、前記燃料供給口２１１に対応した位置を経由して、燃料流路２１４ａおよび２１４ｂが形成されている。燃料流路２１４ａ，２１４ｂは内側層２１０ｂの両面に貫通した状態であっても、片面が残された溝状であってもかまわないが、燃料を十分に流すことが可能な断面積を確保する必要がある。また、燃料供給口２１１に対応する位置では、積層工程時の位置ずれを考慮し燃料供給口２１１の径よりも広い範囲に燃料流路２１４ａ，２１４ｂが形成されていることが望ましい。燃料の供給に際しては、燃料流路２１４ａ，２１４ｂには図１に示した燃料供給チューブ２５０が接続され、燃料供給チューブ２５０から燃料流路２１４ａ，２１４ｂに燃料が流入する。
【００８６】
下層２１０ｃは板状の合成樹脂であり、内側層２１０ｂに施された燃料流路２１４ａ，２１４ｂを上層２１０ａとは反対側の面から覆うことにより、燃料流路２１４ａ，２１４ｂからの燃料漏れを防ぐためのものである。
【００８７】
図２２は、上述した上層２１０ａおよび内側層２１０ｂおよび下層２１０ｃを組み合わせて接着し、プリント配線板２１０を形成する場合の、互いの位置関係を示す斜視図である。上層２１０ａに形成されている燃料供給口２１１が、内側層２１０ｂに形成された燃料流路２１４ａ，２１４ｂと対向する位置となるように上層２１０ａおよび内側層２１０ｂおよび下層２１０ｃが接着剤等で接着される。ここでは三層構造の場合を記述したが、内側層２１０ｂと下層２１０ｃが一体となった状態として内側層２１０ｂを形成してもよく、また、多層配線構造のプリント配線板とする場合には層を増加させ、各層間に配線を施すことも適宜行うことができる。
【００８８】
図２３は、図２０に示した燃料電池２４１をプリント配線板２１０に実装する工程を示す断面図である。上層２１０ａ，内側層２１０ｂ，下層２１０ｃを接着剤等で接着して一体としたプリント配線板２１０の、接続端子２１２上に導電剤２１５を印刷する、導電剤２１５としてはクリームはんだや導電ペースト等が挙げられるが、端子ピン２０６ａ，２０６ｂと接続端子２１２との電気的接続を確保するための導電性と、所定の位置に印刷した後に硬化する性質を併せ持つ材質であればよい。このとき、燃料電池２４１のイオン伝導体膜２０３ａが低耐熱の材質である場合には、低温硬化タイプの導電剤２１５を用いる。また、上層２１０ａ面に形成されている燃料供給口２１１周辺の燃料電池２４１を実装する領域には接着剤２１６を積層する（図２３ａ）。ここで接着剤２１６としては、ポリエステル系樹脂等である熱可塑性の接着シートが挙げられるが、プリント配線板２１０と燃料電池２４１とを固着することができる材質であればよく、さらに硬化した後に常圧程度であれば気密性を保持できる材質であることが望ましい。
【００８９】
燃料電池２４１の端子ピン２０６ａ，２０６ｂが接続端子２１２の位置に、燃料継手２０５が燃料供給口２１１および燃料流路２１４ａ，２１４ｂの位置となるように位置決めを行い、燃料継手２０５を燃料供給口２１１に挿入し、プリント配線板２１０上に燃料電池２４１を搭載する。このとき、端子ピン２０６ａ，２０６ｂが導電剤２１５と十分接触し、基板側筐体２０２の配線部材実装面が接着剤２１６と十分接触するように、適宜圧力を印加する（図２３ｂ）。
【００９０】
プリント配線板２１０上に燃料電池２４１を搭載したのち、リフロー処理を行って導電剤２１５を硬化させてはんだ付けを行い、プリント配線板２１０に施された配線と燃料電池２４１の電気的接続を行う。このとき同時に接着剤２１６も硬化させることで、プリント配線板２１０への燃料電池２４１の固着を行う。導電剤２１５と接着剤２１６の硬化する温度条件が異なる場合には、２段階の設定温度によりそれぞれを硬化させる。基板側筐体２０２とプリント配線板２１０の間に接着剤２１６が矜持されていることにより、燃料継手２０５と燃料供給口２１１と燃料電池２４１の間を燃料シールし、燃料の漏洩を防止することができる（図２３ｃ）。
【００９１】
燃料電池２４１をプリント配線板２１０に実装する工程の、別の態様を図２４に示す。上層２１０ａ，内側層２１０ｂ，下層２１０ｃを接着剤等で接着して一体としたプリント配線板２１０の、接続端子２１２上に導電剤２１５を印刷する。このとき、燃料電池２４１のイオン伝導体膜２０３ａが低耐熱の材質である場合には、低温硬化タイプの導電剤２１５を用いる。また、上層２１０ａ面の燃料電池２４１を実装する領域の一部には、熱可塑性の接着剤２１６を積層する（図２４ａ）。
【００９２】
燃料電池２４１の端子ピン２０６ａ，２０６ｂが接続端子２１２の位置に、燃料継手２０５が燃料供給口２１１および燃料流路２１４ａ，２１４ｂの位置となるように位置決めを行い、燃料継手２０５と燃料供給口２１１が接続するように、プリント配線板２１０上に燃料電池２４１を搭載する。燃料継手２０５の周囲には、Ｏリングや燃料ケット等の気密を保持するための気密部材２１７を配置し、プリント配線板２１０と燃料電池２４０の間に気密部材２１７が矜持されるようにする。このとき、端子ピン２０６ａ，２０６ｂが導電剤２１５と十分接触し、基板側筐体２０２の配線部材実装面が接着剤２１６と十分接触し、プリント配線板２１０表面と燃料電池２１０の配線部材実装面が気密部材２１７によって機密保持可能とするように、適宜圧力を印加する（図２４ｂ）。
【００９３】
プリント配線板２１０上に燃料電池２４１を搭載したのち、リフロー処理を行って導電剤２１５を硬化させてはんだ付けを行い、プリント配線板２１０に施された配線と燃料電池２４１の電気的接続を行う。このとき同時に接着剤２１６も硬化させることで、プリント配線板２１０への燃料電池２４１の固着を行う。導電剤２１５と接着剤２１６の硬化する温度条件が異なる場合には、２段階の設定温度によりそれぞれを硬化させる。基板側筐体２０２とプリント配線板２１０の間に機密部材２１７が矜持されていることにより、プリント配線板２１０表面と燃料電池２４１の配線部材実装面との間を燃料シールし、燃料の漏洩を防止することができる（図２４ｃ）。
【００９４】
プリント配線板２１０と燃料電池２４１の間の機密性をさらに高めるために、図２５に示すように、プリント配線板２１０と燃料電池２４１との間隙部分に、エポキシ樹脂等の封止樹脂２１８を注入し、熱処理を行って封止樹脂２１８を硬化させて樹脂封止を行う。この樹脂封止によって、プリント配線板２１０への燃料電池２４１の固着を行い、燃料継手２０５と燃料供給口２１１と燃料電池２４１の間を燃料シールし、燃料の漏洩を防止することができる。封止樹脂２１８として熱可塑性の樹脂を利用すると、燃料電池のリワークが可能となり、修理および部品交換が容易になる。
【００９５】
上述のように、図１６に示した燃料供給チューブ２５０がプリント配線板２１０に設けられた燃料流路２１４ａ，２１４ｂに接続され、水素等の燃料が燃料供給チューブ２５０からプリント配線板２１０に注入されると、燃料は内側層２１０ｂの燃料流路２１４ａ，２１４ｂに流入して、上層２１０ａに設けられた燃料供給口２１１に到達する。燃料供給口２１１に達した燃料は、燃料継手２０５を介して燃料供給部２０９へ流入し、発電体２０３への燃料供給が行われる。
【００９６】
上述したように発電体２０３では、アノード２０３ｂ側にて水素が電子を放出してプロトン化し、イオン伝導体膜２０３ａを通ってカソード２０３ｃ側に移動し、カソード２０３ｃにて電子の供給を受けて酸素と反応し、カソード２０３ｃには水が生成される。このようにして、プリント配線板２１０に設けられた燃料流路を介して、表面実装された燃料電池２４０への燃料供給を継続的に行うことができる。ここでは、燃料流路２１４ａ，２１４ｂの二つの系統から燃料継手２０５への燃料供給が行われる例を示したが、燃料電池２４１のサイズや形状、燃料流路２１４の許容できる流量等によって、一つの系統やさらに多くの系統からの燃料供給を行うように設計する。
【００９７】
次に、本発明を適用した燃料電池の変形例について説明する。本例の燃料電池２４２は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）と呼ばれる表面実装型のパッケージ形態を採用したものである。
【００９８】
本例の燃料電池２４２の基本的な構成は、先の例と同様であり、図２６に示すように、筐体２２１の中に発電体２２３が内蔵され、筐体２２１に設けられた空気取り入れ孔２２４からカソード側に空気が、同じく筐体２２１に取り付けられた、筒状の燃料流路である燃料継手２２５からアノード側に燃料（水素）が供給され、発電が行われる。
【００９９】
電気機器との電気的な接続は、端子２２６を介して行われるが、ここで、端子２２６は、先の例とは異なり、半田等の導電性材料によって形成されたいわゆる半田バンプなどのボール状、あるいは突起状等の形状をしており、電気機器側のプリント配線板２１０上に形成された接続端子２１２と機械的及び電気的に接続される。
【０１００】
図２７は、図２６に示す燃料電池２４２を分解した状態を示す概略断面図である。内蔵される発電体２２３の構造は、先の例と同じであり、イオン伝導体膜２２３ａの両側が電極（アノード２２３ｂ及びカソード２２３ｃ）によって挟み込まれた構造を有し、周囲はシール２２３ｄによって封止されている。
【０１０１】
前記発電体２２３がベース基板２２７と燃料供給部２２８とによって挟み込まれている。ベース基板２２７は、筐体２２１の一部を構成するものであり、例えば、ガラスエポキシ、フェノール樹脂、ポリイミド等の樹脂系基板や、セラミックス、ガラス、シリコン等の無機系基板等が使用される。このベース基板２２７は、前記発電体２２３を収容し得る凹部２２７ａを有するとともに、この凹部２２７ａに対応して空気取り入れ用の開口部２２７ｂが形成されている。また、ベース基板２２７の内面（発電体２２３のカソード２２３ｃと接する面）にはカソード集電体２２９が形成されている。
【０１０２】
一方、前記燃料供給部２２８は、ベース基板２２７に収容された発電体２２３に蓋をするように配置され、燃料流体である水素燃料の流路２２８ａを有するとともに、前記発電体２２３のアノード２２３ｂと接する面および配線部材実装面側に、水素燃料取り入れ用の開口部２２８ｂが形成されている。また、前記燃料供給部２２８の発電体２２３のアノード２２３ｂと接する面には、アノード集電体２３０が一体的に形成されている。あるいは、燃料供給部２２８自体を導電材料で作製し、アノード集電体を兼ねるようにしてもよい。
【０１０３】
そして、これらベース基板２２７と燃料供給部２２８とによって発電体２２３を挟み込むことで、発電体２２３のアノード２２３ｂ及びカソード２２３ｃの集電構造も実現される。なお、前記ベース基板２２７は、本例では３層構造を有しており、前記燃料供給部２２８と接する部分には、アノード集電体２３０と接続される配線層２３１が形成されるとともに、ビアホール２３２，２３３によって各層間の電気的な接続が図られている。燃料供給部２２８は、この状態でベース基板２２７に固定することが好ましいが、後述の蓋基板の取り付けと同時に固定するようにしてもよい。固定方法としては、樹脂による接着等が挙げられる。
【０１０４】
前記ベース基板２２７の背面側（図２７中、下面側）には、蓋基板２３４が設けられ、前記発電体２２３及び燃料供給部２２８を前記凹部２２７ａ内に固定する構造となっている。この蓋基板２３４には、前記ビアホール２３２，２３３に対応してビアホール２３５，２３６が設けられ、さらに、これらビアホール２３５，２３６に対応して半球状の端子２２６が形成されている。ここで、半球状の端子２２６としては、例えばはんだボールを用いることができる。はんだボールは、リフローを行うことによって、電気機器側のプリント配線板２１０に形成された接続端子２１２に対して固着、電気接続がなされる。また蓋基板２３４には、燃料供給部２２８の配線部材実装面側に形成された開口部２２８ｂに対応した位置に、筒状の燃料流路である燃料継手２２５が形成されている。
【０１０５】
図２８は、組み立て状態を示すものである。この組み立て状態においては、前記ベース基板２２７及び蓋基板２３４によって筐体２２１が構成されてパッケージングされ、その配線部材実装面に燃料継手２２５および端子２２６が配列される。したがって、かかる構造を有する燃料電池２４２は、表面実装型のパッケージを有する燃料電池として構成されることになる。表面実装型のパッケージ形態としては、ＢＧＡに限らず、例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等を採用することも可能である。
【０１０６】
図２９は、図１３に示した燃料電池２４２をプリント配線板２１０に実装する工程を示す断面図である。上層２１０ａ，内側層２１０ｂ，下層２１０ｃを接着剤等で接着して一体としたプリント配線板２１０に接続端子２１２が形成されている（図２９ａ）。燃料電池２４２の端子２２６が接続端子２１２の位置に、燃料継手２２５が燃料供給口２１１および燃料流路２１４ａ，２１４ｂの位置となるように位置決めを行い、燃料継手２２５を燃料供給口２１１と接続し、プリント配線板２１０上に燃料電池２４０を搭載する（図２９ｂ）。
【０１０７】
プリント配線板２１０上に燃料電池２４２を搭載したのち、リフロー処理を行って端子２２６と接続端子２１２のはんだ付けを行い、プリント配線板２１０に施された配線と燃料電池２４２の電気的接続を行う（図２９ｃ）。その後、プリント配線板２１０と燃料電池２４２との間隙部分に封止樹脂２３７を注入し、熱処理を行って封止樹脂２３７を硬化させて樹脂封止を行う。この樹脂封止によって、プリント配線板２１０への燃料電池２４２の固着を行い、燃料継手２２５と燃料供給口２１１と燃料電池２４２の間を燃料シールし、燃料の漏洩を防止することができる（図２９ｄ）。ここで、封止樹脂２３７としてはエポキシ樹脂等が挙げられる。
【０１０８】
上述した変形例でも、燃料供給チューブ２５０がプリント配線板２１０に設けられた燃料流路２１４ａ，２１４ｂに接続され、水素等の燃料が燃料供給チューブ２５０からプリント配線板２１０に注入されると、燃料は内側層２１０ｂの燃料流路２１４ａ，２１４ｂに流入して、上層２１０ａに設けられた燃料供給口２１１に到達する。燃料供給口２１１に達した燃料は、燃料継手２０５を介して燃料供給部２０９へ流入し、発電体２２３への燃料供給が行われる。
【０１０９】
上述したように発電体２０３では、アノード２０３ｂ側にて水素が電子を放出してプロトン化し、イオン伝導体膜２０３ａを通ってカソード２０３ｃ側に移動し、カソード２０３ｃにて電子の供給を受けて酸素と反応し、カソード２０３ｃには水が生成される。このようにして、プリント配線板２１０に設けられた燃料流路を介して、表面実装された燃料電池２４２への燃料供給を継続的に行うことができる。ここでは、燃料流路２１４ａ，２１４ｂの二つの系統から燃料継手２０５への燃料供給が行われる例を示したが、燃料電池２４２のサイズや形状、燃料流路２１４の許容できる流量等によって、一つの系統やさらに多くの系統からの燃料供給を行うように設計する。
【０１１０】
図３０は、プリント配線板２１０と燃料電池２４３とを上述した接続方法で接続した電子機器の概要を示す図である。プリント配線板２１０には燃料電池２４３が複数個実装され、プリント配線板２１０に形成された燃料流路２１４ａ，ｂ（図示略）には燃料供給用チューブ２５０が接続されている。また、プリント配線版２１０の上層には、半導体素子などの電子部品２３８が実装されている。さらに、プリント配線板２１０上に形成された接続端子２１２と電気配線２３９によって、燃料電池２４３と電子部品２３８とが電気的に接続されている。プリント配線板２１０への電子部品２３８と燃料電池２４３の実装は、それぞれ別の実装工程を経てもよく、燃料電池２４３の実装時に一括してリフロー処理や樹脂封止を行ってもよい。
【０１１１】
燃料供給用チューブ２５０からプリント配線板２１０の燃料流路２１４を介して燃料電池２４３に燃料を供給し、空気取り入れ孔２０４ｃから空気を取り込んで燃料電池２４３が発電した電気によって電子部品２３８の駆動が行われる。
【０１１２】
なお、上述の実施の形態において、燃料としては水素ガスに限らず、液化水素、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、ｎ―ブタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、メタノール、その他の燃料を用いることが可能である。
【０１１３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の燃料電池は、実装基板に直接実装することができ、搭載する電気機器に燃料電池収納部を設ける必要がなくなるので、実装基板からの配線やコネクタ、収納用のスペース、固定器具、蓋等が不要になり、機器構造を簡略化、小型化することができる。また、実装基板に燃料電池（発電体）を直接搭載することにより、デバイスの配置や配線パターン等の設計上の制約を減らすことができる。例えば、消費電力の大きなデバイスの近くに燃料電池を配置したり、燃料電池を複数個配置する等、自由なレイアウトが可能となり、無駄な配線や空間、出力のロス等を削減することができる。
【０１１４】
さらに、前記燃料電池の作製に際しては、筐体に多層基板を使用したり、樹脂モールドによるパッケージを行う等、いわゆる半導体後工程の生産技術、装置を利用することができるので、大量生産が容易である。また、燃料電池をパッケージ形状にすることにより、生産現場で一般的に使用されている部品実装機で電気機器への組み込みができるので、機器の製造工程を削減することができる。さらにまた、パッケージ寸法や端子の形態・寸法、実装工程等の規格化が容易となるので、互換性を高めることが可能である。
【０１１５】
また、燃料電池の機器への固定、電気接続、燃料の配管を全て１プロセスで行うことができるので、組立工程の大幅な削減が可能となる。さらに、機器への実装と燃料の配管を、従来のチップ実装機を用いて成し遂げることができるので、新たな設備投資が不要となる。さらにまた、燃料電池の下面で固定、電気接続、燃料配管を行うことにより、接続用の部品や取り付けスペースが不要となり、機器の小型化が可能となる。
【０１１６】
また、プリント配線板に形成された流路に直接接続できるので、より気密性の高い燃料シールが可能となる。さらに、封止樹脂に熱可塑性樹脂を使用すると、燃料電池のリワークが可能となり、修理および部品交換が容易になる。
【０１１７】
さらに、プリント配線板に電子部品と燃料電池が混在して実装されていることで、電子機器の小型化および製造工程の短縮を図ることが可能になる。
【０１１８】
また、本発明の電気機器によれば、設計上の制約を緩和することができ、部品点数の削減や小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】挿入実装型のパッケージ構造を有する燃料電池の一例を示す概略斜視図である。
【図２】発電体の一構成例を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図４】組み立て状態を示す概略断面図である。
【図５】表面実装型のパッケージ構造を有する燃料電池の一例を示す概略斜視図である。
【図６】図５に示す燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図７】組み立て状態を示す概略断面図である。
【図８】複数の発電体を内蔵した燃料電池の一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明を適用したプリント配線板の一例を示す分解斜視図である。
【図１０】プリント配線板の製造プロセスの一例を示す概略断面図である。
【図１１】プリント配線板の製造プロセスの他の例を示す概略断面図である。
【図１２】プリント配線板の製造プロセスのさらに他の例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明のプリント配線板を組み込んだ電気機器の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】燃料電池用コネクタの使用形態の一例を示すブロック図である。
【図１５】燃料電池用コネクタの形状例を示す要部概略斜視図である。
【図１６】 本願発明の実施の形態について全体構造を示した概略図である。
【図１７】 挿入実装型のパッケージ構造を有する燃料電池の一例を示す概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図、（ｃ）は部分断面図である。
【図１８】 発電体の一構成例を示す概略断面図である。
【図１９】 図１７に示す燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図２０】 図１７に示す燃料電池の組み立て状態を示す概略断面図である。
【図２１】 プリント配線板の構造を各層毎に示した平面図であって、（ａ）は上層、（ｂ）は内装、（ｃ）は下層である。
【図２２】 プリント配線板の組み合わせを示した斜視図である。
【図２３】 プリント配線板に挿入実装型の燃料電池を実装する工程を示した図である。
【図２４】 プリント配線板に燃料電池を実装する他の態様の工程を示した図である。
【図２５】 プリント配線板に挿入実装型の燃料電池を実装し機密性を高める樹脂封止を行った状態を示す図である。
【図２６】 平面実装型のパッケージ構造を有する燃料電池の一例を示す概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図、（ｃ）は部分断面図である。
【図２７】 図２６に示す燃料電池を分解して示す概略断面図である。
【図２８】 図２６に示す燃料電池の組み立て状態を示す概略断面図である。
【図２９】 プリント配線板に表面実装型の燃料電池を実装する工程を示した図である。
【図３０】 プリント配線板上に燃料電池と電子部品が実装されている電子機器を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，３１ 筐体、２，１２，３２，３３ 発電体、４，１４，３６ 燃料継ぎ手、５ａ，５ｂ 端子ピン、８，１８，３４ 水素供給部、１５，４０ 端子、１０１ プリント配線板、１０２，１０４ 電気回路配線層、１０２ａ，１０４ａ 配線パターン、１０３ 燃料流路形成層、１０３ａ 燃料流路、１４１電気機器本体、１４２ 発電体、１４３ 燃料貯蔵タンク、１４４ プリント配線板、１６１ 燃料電池、１６２ 燃料電池用コネクタ、１６３ 燃料サーバ、２１０ プリント配線板、２４０，２４１，２４２，２４３ 燃料電池、２５０ 燃料供給チューブ、２０１，２０２，２２１ 筐体、２０３，２２３ 発電体、２０４，２２４ 空気取り入れ孔、２０５，２２５ 燃料継手、２０６，２０６ａ，２０６ｂ 端子ピン、２０７，２０８ 集電体、２０９，２２８ 燃料供給部、２１１ 燃料供給口、２１２ 接続端子、２１３ 電子機器、２１４ａ，２１４ｂ 燃料流路、２１５ 導電剤、２１６ 接着剤、２１７ 気密部材、２１８，２３７ 封止樹脂、２２６ 端子、２２７ ベース基板、２２９ カソード集電体、２３０ アノード集電体、２３１ 配線層、２３２，２３３，２３５，２３６ ビアホール、２３４ 蓋基板、２３８ 電子部品、２３９ 電気配線

Claims (24)

1. 複数の発電体が空気取り入れ孔を有する筐体内に内蔵されてなり、基板との電気接続用の端子を備えるとともに、燃料供給用の接続口及び流路を備え、
   前記複数の発電体のうち２つの発電体が前記流路を挟んで燃料極同士が対向するように配列され、前記筐体の空気極と対向する面に前記空気取り入れ孔が形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。
2. 前記電気接続用の端子は、基板に対して挿入実装可能な形状とされていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 前記電気接続用の端子は、基板に対して表面実装可能な形状とされていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
4. 前記電気接続用の端子は、ボール状又は突起状であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
5. 燃料電池が基板に直接実装された構造を有する電気機器であって、
   前記燃料電池は、複数の発電体が空気取り入れ孔を有する筐体内に内蔵されてなり、基板との電気接続用の端子を備えるとともに、燃料供給用の接続口及び流路を備え、
   前記複数の発電体のうち２つの発電体が前記流路を挟んで燃料極同士が対向するように配列され、前記筐体の空気極と対向する面に前記空気取り入れ孔が形成されている
   ことを特徴とする電気機器。
6. 前記燃料電池は、前記基板に対して挿入実装されていることを特徴とする請求項５記載の電気機器。
7. 前記燃料電池は、前記基板に対して表面実装されていることを特徴とする請求項５記載の電気機器。
8. 空気取り入れ孔を有する筐体と、
   前記筐体内に配されてなる発電体と、
   前記発電体と電気的に接続された端子を備えるとともに、燃料の流路となる燃料継手を前記筐体の配線部材実装面に備える
   ことを特徴とする燃料電池。
9. 前記燃料継手を少なくとも一つ備え、前記燃料継手を介して燃料電池外部から前記発電体へと燃料が供給される
   ことを特徴とする請求項８記載の燃料電池。
10. 電子部品を実装するための電気配線が施され、且つ前記筐体の配線部材実装面に対向して配される配線部材に、前記端子が電気的に接続される
    ことを特徴とする請求項８記載の燃料電池。
11. 前記端子は、前記配線部材に対して表面実装可能な形状とされている
    ことを特徴とする請求項１０記載の燃料電池。
12. 前記端子は、球状又は突起状である
    ことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
13. 前記筐体内に複数の前記発電体が内蔵されている
    ことを特徴とする請求項８記載の燃料電池。
14. 電子部品を実装するための電気配線が施され、開口部である燃料供給口が表面に形成され、空洞状の燃料流路が外部から前記燃料供給口を経由して形成されている配線部材と、
    空気取り入れ孔を有する筐体と、前記筐体内に配されてなる発電体と、前記発電体と電気的に接続された端子を備えるとともに、燃料の流路である燃料継手を前記筐体に備える燃料電池の、
    前記燃料継手と前記燃料供給口とを接続し、前記端子と前記電気配線を電気的に接続した
    ことを特徴とする電気機器。
15. 前記燃料継手が、前記筐体の配線部材実装面に形成されている
    ことを特徴とする請求項１４記載の電気機器。
16. 前記燃料電池と前記配線部材との間を樹脂封止することによって、前記燃料電池を前記配線部材に固定した
    ことを特徴とする請求項１４記載の電気機器。
17. 前記樹脂封止が、前記燃料電池と前記配線部材とで接着剤を挟持したものである
    ことを特徴とする請求項１６記載の電気機器。
18. 前記樹脂封止が、樹脂成形によるものである
    ことを特徴とする請求項１６記載の電気機器。
19. 前記燃料電池と前記配線部材との間の前記燃料継手周囲に、気密部材を挟持している
    ことを特徴とする請求項１４記載の電気機器。
20. 前記配線部材に前記燃料電池および前記電子部品が混在されている
    ことを特徴とする請求項１４記載の電気機器。
21. 電子部品を実装するための電気配線が施され、前記電気配線の一部に接続端子が設けられ、開口部である燃料供給口が表面に形成され、中空の燃料流路が外部から前記燃料供給口を経由して形成されている配線部材に、
    空気取り入れ孔を有する筐体と、前記筐体内に配されてなる発電体と、前記発電体と電気的に接続された端子を備えるとともに、燃料の流路である燃料継手を前記筐体に備える燃料電池を実装する方法であって、
    前記端子と前記接続端子が接触し、前記燃料継手と前記燃料供給口が接続されるように、前記燃料電池を前記配線部材に搭載する工程と、
    前記燃料電池と前記配線部材との間を樹脂封止する工程と
    を有することを特徴とする燃料電池の実装方法。
22. 前記燃料電池を前記配線部材に搭載する前に、
    前記配線部材に接着剤を積層する工程と、
    前記電気配線に設けられた接続端子に導電剤を印刷する工程とを有し、
    前記燃料電池を前記配線部材に搭載した後に、
    前記接着剤および前記導電剤を硬化する工程
    を有することを特徴とする請求項２１記載の燃料電池の実装方法。
23. 前記燃料電池を前記配線部材に搭載した後に、
    リフロー処理を行い前記端子と前記接続端子を電気的に接続する工程と、
    前記燃料電池と前記配線部材の間に封止樹脂を注入する工程と、
    前記封止樹脂を硬化させる工程と
    を有することを特徴とする請求項２１記載の燃料電池の実装方法。
24. 前記燃料電池を前記配線部材に搭載する前に、前記燃料電池と前記配線部材の間の前記燃料継手周囲に気密部材を挿入する
    ことを特徴とする請求項２１記載の燃料電池の実装方法。

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