JP4152309B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、小型携帯機器に用いられる電池パックに関する。

携帯電話機等の小型携帯機器の電源として、リチウム系２次電池セル（以下、単に電池セルという。）を用いた電池パックが利用されている。この電池パックは、小型携帯機器本体、電池セルおよび使用者の安全に配慮して保護回路を搭載した保護回路基板を含む。保護回路の動作には、過放電保護、過充電保護、過電流保護、短絡保護等がある。そして、電池セルと保護回路基板との間は、はんだ付けとスポット溶接とで接続されている。

保護回路基板は、例えば、ガラスエポキシ基板等のプリント基板であるため、保護回路基板に直接スポット溶接をすることはできない。このため、従来は、保護回路基板にスポット溶接をするためのプレートをＳＭＴ（表面実装技術）を用いて保護回路基板上に配置してはんだ付けし、はんだ付けしたプレートにスポット溶接を行っていた。ここで、プレートは、例えば、ニッケル材等である。

図６は、従来技術を用いてプレートを保護回路基板にはんだ付けする場合を示す上面図である。図７は、従来技術を用いてプレートを保護回路基板にはんだ付けする場合を示す側面図である。保護回路基板２に形成したランド１０の全体にクリームはんだ１１を塗布し、クリームはんだ１１を塗布したランド１０にＳＭＴを用いてプレート５を配置する。そして、プレート５を配置した保護回路基板２をリフロー装置を用いて、クリームはんだ１１の液状化と固化とを行ない、プレート５を保護回路基板２に固定していた。

特許文献１には、ランド電極の周囲を絶縁性のオーバーコート膜で覆い、ランド電極に塗布し、リフロー装置によって熱せられて液状化したはんだの表面張力によってはんだがランド電極上で位置ずれせずに、ランド電極と接続する端子とはんだ付けされる回路基板が記載されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献２には、ランドに接合する面に段またはテーパを付け、ランドよりも小型化した接続用端子をランドにはんだ付けする方法が記載されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−２３２４４号公報（第３−４頁、第４図） 特開平１１−５４８９５号公報（第３−４頁、第２図）

プレート５は保護回路基板２のランド１０上に塗布されたクリームはんだ１１の表面の所定の位置に配置される。しかし、クリームはんだ１１がランド全体に塗布されている場合、プレート５がリフロー装置で熱せられて溶けた液状のクリームはんだ１１の上で浮遊して、ランド面より外側へ移動してプレート５の位置が所定の位置からずれてしまうことがあった。プレート５の位置が所定の位置からずれると、はんだ付け強度が低下して信頼性を損なったり、プレート５にスポット溶接をするスペースを確保できなくなってしまうことがあった。また、リフロー装置で熱せられた液状のクリームはんだ１１がランド外に流れ落ちてしまうことがあった。

特許文献１に記載されている回路基板は、ランド電極に塗布されたはんだの量が適切でないと、ランド電極に接続する端子は位置ずれしてしまう。

また、特許文献２に記載されている方法は、ランドに接続する端子に段またはテーパを付けるため、端子の加工に手間がかかる。

そこで、本発明は、保護回路基板に形成されたランドに、位置ずれすることなくプレートをはんだ付けした電池パックを提供することを目的とする。

本発明による電池パックは、電荷を蓄える電池セルの正極に導電体である正極タブが接続され、電池セルの負極に導電体である負極タブが接続され、正極タブに導電体である矩形の正極プレートが接続され、負極タブに導電体である矩形の負極プレートが接続され、正極プレートと負極プレートとが保護回路が形成されている基板である保護回路基板に接続され、保護回路基板における正極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成された同形状で同面積のランドに、正極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされ、保護回路基板における負極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成された同形状で同面積のランドに、負極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされていることを特徴とする。

保護回路基板における正極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成されているランドは、矩形領域の中心（対角線の交点）のまわりに点対称に配置され、ランドの形状は、例えば、矩形、矩形領域の中央部に近い辺を長辺とする三角形、または四角形の角のうちの矩形領域の中央部に近い角からの所定領域が円弧状に切り欠かれた形状である。いずれの形状であっても、ランドは分散して形成されているので、正極プレートを保護回路基板に接続するときに使用されるはんだの量を少なくすることができる。

保護回路基板における負極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成されているランドは、矩形領域の中心のまわりに点対称に配置され、ランドの形状は、例えば、矩形、矩形領域の中央部に近い辺を長辺とする三角形、または四角形の角のうちの矩形領域の中央部に近い角からの所定領域が円弧状に切り欠かれた形状である。いずれの形状であっても、ランドは分散して形成されているので、負極プレートを保護回路基板に接続するときに使用されるはんだの量を少なくすることができる。

本発明による他の態様の電池パックは、電荷を蓄える電池セルの正極に導電体である正極タブが接続され、電池セルの負極に導電体である負極タブが接続され、正極タブに導電体である矩形の正極プレートが接続され、負極タブに導電体である矩形の負極プレートが接続され、正極プレートと負極プレートとが保護回路が形成されている基板である保護回路基板に接続されて、保護回路基板における正極プレートに相当する矩形領域のそれぞれの四辺の中央部を含む領域に形成された同形状で同面積のランドに、正極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされ、保護回路基板における負極プレートに相当する矩形領域のそれぞれの四辺の中央部を含む領域に形成された同形状で同面積のランドに、負極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされていることを特徴とする。

本発明によれば、ランドが矩形領域の四隅または四辺に配置されているので、はんだの表面張力で正極プレートおよび負極プレートを引く力が四隅または四辺にかかり、また、はんだが冷えて固まるときにはんだが収縮してバランスよく正極プレートおよび負極プレートを引き合うことになり、保護回路基板に形成されたランドに、位置ずれすることなく正極プレートおよび負極プレートがランドにはんだ付けされる。

図１は、本発明による電池パックの実施の形態の一構成例を示す構成図である。本実施の形態による電池パックは、例えば、凸部が負極で他の外装全体が正極であって、缶状のリチウムイオン電池等の２次電池である電池セル１と、電池セル１の凸部の負極と接続される負極接続タブ３と、電池セル１の正極と接続される正極接続タブ４と、保護回路を搭載した保護回路基板２と、負極接続タブ３と保護回路基板２とを接続する負極プレート５ａと、正極接続タブ４と保護回路基板２とを接続する正極プレート５ｂとを含む。

電池セル１は、一つの面に負極である一つの凸部を有する直方体である。なお、電池セル１の凸部以外の外装全体は正極である。正極接続タブ４は、板状の導電体であるが一端に長手方向に平行な平面を含む突起部を有する。そして、板状部の一面が電池セル１の側面と接し、突起部が電池セル１の凸部を有する面の方向にはみ出して突起部の平面が正極プレート５ｂと接するように配置される。負極接続タブ３は、Ｌ字型の板状の導電体であるが、Ｌ字の一辺の端部には長手方向に平行な平面を含む突起部を有する。突起部の平面は、負極プレート５ａと接し、突起部のない一辺の一面は、電池セル１の凸部と接するように配置される。保護回路基板２には保護回路が形成され、保護回路基板２の上面には負極プレート５ａと接続されるランドおよび正極プレート５ｂと接続されるランドが形成される。負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂは、それぞれ一定以上の面積の矩形の面を有する板状の直方体である。そして、正極プレート５ｂの矩形の面の一方は、正極接続タブ４の突起部の平面と接続され、他方は保護回路基板２のランドと接続される。また、負極プレート５ａの矩形の面の一方は、負極接続タブ３の突起部の平面と接続され、他方は保護回路基板２のランドと接続される。

電池セル１の凸部の負極と負極接続タブ３と、および電池セル１の凸部以外の外装全体の正極と正極接続タブ４とはそれぞれスポット溶接によって接続される。負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂの材質は、例えば、ニッケル材である。

図２は、図１における保護回路基板２と負極プレート５ａとの接続位置を拡大した拡大図である。保護回路基板２には、負極プレート５ａが配置されるべき位置の四隅（負極プレートに相当する矩形領域の四隅）に、矩形のランド１０ａ〜１０ｄが形成されている。ランド１０ａ〜１０ｄは、それぞれ同形状（面積も同じ。）であり、かつ、矩形領域の中心（対角線の交点）に対して点対称に配置されている。なお、ランド１０ａ〜１０ｄは、負極プレート５ａが配置されるべき位置の外側にはみ出していてもよい。

各ランド１０ａ〜１０ｄには、はんだ１１ａ〜１１ｄがそれぞれ塗布（印刷）される。
具体的には、ランド１０ａにははんだ１１ａが塗布され、ランド１０ｂにははんだ１１ｂが塗布され、ランド１０ｃにははんだ１１ｃが塗布され、ランド１０ｄにははんだ１１ｄが塗布される。そして、負極プレート５ａが、保護回路基板２と配置されるべき位置に配置される。具体的には、例えば、ＳＭＴによって、負極プレート５ａは、負極プレート５ａの各四隅が、はんだ１１ａ〜１１ｄが塗布された各ランド１０ａ〜１０ｄ上にそれぞれ位置するように配置される。はんだ１１ａ〜１１ｄは、例えば、常温では固体であるクリームはんだによって実現される。

同様に、保護回路基板２には、正極プレート５ｂが配置されるべき位置の四隅（正極プレートに相当する矩形領域の四隅）にも、矩形のランドが形成され、各ランドにははんだが塗布される。各ランドは、それぞれ同形状（面積も同じ。）であり、かつ、矩形領域の中心（対角線の交点）に対して点対称に配置されている。そして、正極プレート５ｂは、保護回路基板２と配置されるべき位置であって、正極プレート５ｂの各四隅がはんだが塗布された各ランド上にそれぞれ位置するように配置される。

負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂがそれぞれ保護回路基板２と配置されるべき位置に配置された保護回路基板２は、リフロー装置によって、熱せられる。各ランドに塗布されたはんだは、ある一定の温度以上に熱せられると液状化して表面張力を発生する。すると、同形状であり、かつ同面積の各ランドに塗布されたはんだはそれぞれ同一の大きさの表面張力を発生するため、負極プレート５ａの四隅に塗布された各はんだは負極プレート５ａを互いに同一の大きさの力で引きあう。同様に、正極プレート５ｂの四隅に塗布された各はんだも正極プレート５ｂを互いに同一の大きさの力で引きあう。そのため、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂは、保護回路基板２の配置されるべき位置から移動することがない。

さらに、リフロー装置によって熱せられた各はんだは、冷やされてある一定の温度よりも温度が低下すると収縮して固化する。具体的には、同形状であり、かつ同面積の各ランドに塗布された各はんだは収縮して負極プレート５ａを互いに同一の大きさの力で引きあう。同様に、正極プレート５ｂの四隅の同形状であり、かつ同面積の各ランドに塗布された各はんだも正極プレート５ｂを互いに同一の大きさの力で引きあう。そのため、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂは、保護回路基板２の配置されるべき位置から移動することがない。そのため、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂは、保護回路基板２の配置されるべき位置から移動して、位置がずれることなく各はんだによって固定される。図３は、負極プレート５ａと保護回路基板２との接続位置の側面図である。

そして、負極接続タブ３は、負極プレート５ａとスポット溶接によって接続され、正極接続タブ４は、正極プレート５ｂとスポット溶接によって接続される。

なお、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂを配置するべき位置に保護回路基板２に形成される各ランドはそれぞれのプレートに対して同形状であれば、ランドの形状は矩形に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように負極プレート５ａまたは正極プレート５ｂが配置されるべき領域の中央部に近い辺を長辺とする三角形のランドや、図４（ｂ）に示すように、四角形の角のうちの負極プレート５ａまたは正極プレート５ｂが配置されるべき領域の中央部に近い角からの所定領域が円弧状に切り欠かれた形状のランドであってもよい。また、負極プレート５ａを接続する各ランドと、正極プレート５ｂを接続する各ランドとは同形状でなくてもよい。

そして、各ランドの位置は、例えば、図４（ｃ）に示すように、負極プレート５ａまたは正極プレート５ｂが配置されるべき矩形領域の四辺の中央部を含む領域であってもよい。また、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂの形状は、矩形であれば、正方形でなくても、図５に示すような長方形であってもよい。さらに、負極プレート５ａの形状と正極プレート５ｂの形状とは同形状でなくてもよい。

以上、述べたように、本実施の形態によれば、保護回路基板２に、はんだを塗布するランドを、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂを配置するべき位置の四隅に形成するため、リフロー装置によってはんだが熱せられて液状化しても、各ランドに塗布されたはんだの表面張力によって負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂが移動することがない。そのため、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂを、保護回路基板２の配置するべき位置にはんだ付けすることができる。すると、保護回路基板２と負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂとは、所定のはんだ付け強度ではんだ付けされる。

また、保護回路基板２に形成する各ランドを、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂを配置するべき位置の四隅または四辺に限定することによって、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂを配置するべき位置の全面にランドを形成する場合と比べて、ランド面積とランドに塗布するはんだの量とを削減することができる。そして、はんだの量を削減することにより、負極プレート５ａおよび正極プレート５ｂがランドから浮き上がることを防止し、保護回路基板２と配置するべき位置からずれることを防ぐことができる。

本発明による電池パックは、携帯電話機等の小型携帯機器に適用可能である。

本発明による電池パックの実施の形態の一構成例を示す構成図である。 図１における保護回路基板と負極プレートとの接続位置を拡大した拡大図である。 負極プレートと保護回路基板との接続位置の側面図である。 保護回路基板に形成するランドの例を示す説明図である。 負極プレートおよび正極プレートの形状の一例を示す説明図である。 従来技術を用いてプレートを保護回路基板にはんだ付けする場合を示す上面図である。 従来技術を用いてプレートを保護回路基板にはんだ付けする場合を示す側面図である。

符号の説明

１ 電池セル
２ 保護回路基板
３ 負極接続タブ
４ 正極接続タブ
５ プレート
５ａ 負極プレート
５ｂ 正極プレート
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ ランド
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ はんだ

Claims (4)

1. 電荷を蓄える電池セルの正極に導電体である正極タブが接続され、前記電池セルの負極に導電体である負極タブが接続され、前記正極タブに導電体である矩形の正極プレートが接続され、前記負極タブに導電体である矩形の負極プレートが接続され、前記正極プレートと前記負極プレートとが保護回路が形成されている基板である保護回路基板に接続されている電池パックにおいて、
   前記保護回路基板における前記正極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成された同形状で同面積のランドに、前記正極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされ、
   前記保護回路基板における前記負極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成された同形状で同面積のランドに、前記負極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされている
   ことを特徴とする電池パック。
2. 保護回路基板における正極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成されているランドは、その矩形領域の中心のまわりに点対称に配置され、
   前記ランドの形状は、矩形、前記矩形領域の中央部に近い辺を長辺とする三角形、または四角形の角のうちの前記矩形領域の中央部に近い角からの所定領域が円弧状に切り欠かれた形状である
   請求項１記載の電池パック。
3. 保護回路基板における負極プレートに相当する矩形領域の四隅に形成されているランドは、その矩形領域の中心のまわりに点対称に配置に配置され、
   前記ランドの形状は、矩形、前記矩形領域の中央部に近い辺を長辺とする三角形、または四角形の角のうちの前記矩形領域の中央部に近い角からの所定領域が円弧状に切り欠かれた形状である
   請求項１または請求項２記載の電池パック。
4. 電荷を蓄える電池セルの正極に導電体である正極タブが接続され、前記電池セルの負極に導電体である負極タブが接続され、前記正極タブに導電体である矩形の正極プレートが接続され、前記負極タブに導電体である矩形の負極プレートが接続され、前記正極プレートと前記負極プレートとが保護回路が形成されている基板である保護回路基板に接続されている電池パックにおいて、
   前記保護回路基板における前記正極プレートに相当する矩形領域のそれぞれの四辺の中央部を含む領域に形成された同形状で同面積のランドに、前記正極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされ、
   前記保護回路基板における前記負極プレートに相当する矩形領域のそれぞれの四辺の中央部を含む領域に形成された同形状で同面積のランドに、前記負極プレートがリフロー装置を用いてはんだ付けされている
   ことを特徴とする電池パック。

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