JP4713364B2

JP4713364B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4713364B2
Application number: JP2006043751A
Authority: JP
Inventors: 晋志大田; 寿雄山下藤; 毅石丸; 勝行白澤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007141805A

Description

本発明は、基板にコネクタを実装するコネクタ実装構造及びコネクタ付き回路基板並びに電池パックに関するものである。

従来、コネクタは、ピンなどのオスタイプやオスタイプを受け容れるメスタイプの接続金具をインサート成形等によって樹脂製本体に一体化させて構成されている。また、このコネクタを、その設置面に設けられたリード部を、回路基板に形成されたスルーホールに挿入して半田付けしたり、回路基板上の電極にリフロー半田付けして表面実装したりして基板に実装している。

例えば、図６に示すように、複数の接続金具がインサート成形等にて本体に一体的に内蔵されたコネクタ３１を回路基板３２に実装して構成されたコネクタ付き回路基板３０において、図７に示すように、コネクタ３１の本体の一側面から長く延出された各接続金具のリード部３３を回路基板３２のスルーホール３４に挿入し、回路基板３２の表裏面のスルーホール３４の周囲及びスルーホールの内周に連続して形成された銅箔層３５と回路基板３２の裏面に突出したリード部３３の先端部とを半田３６にて接合することによって実装したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、図７において、３７は糸半田、３８は半田こてである。

また、図８、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、平面形状方形のコネクタ本体４２に多数の接続金具４３をマトリックス状に配置して一体的に内蔵させたコネクタ４１において、本体４２から下方に突出された各接続金具４３のリード部４４先端に半田４５を設け、各リード部４４先端の半田４５を回路基板４６上の電極に当接させてコネクタ４１を回路基板４６上に装着し、この回路基板４６をリフロー炉に通してリフロー半田付けするようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。なお、図８において、４７は回路基板４６上面に対するスタンドオフを設定するようにコネクタ４１の本体４２下面に突設された突起である。なお、接続金具４３は図９（ａ）、（ｂ）に示すように線材を曲げ加工して構成され、そのリード部４４が本体４２に設けられた貫通穴４８に圧入されかつ図９（ｂ）に示すように粗面部４９にて本体４２との一体化が図られている。
特開平１１−１２３５４４号公報特開２００４−３１９２４９号公報

ところが、特許文献１及び特許文献２に記載のコネクタ付回路基板の構成では、何れも接続金具を本体に一体的に内蔵させた、完成部品としてのコネクタ３１、４１を構成し、そのコネクタ３１、４１を回路基板３２、４６に実装しているので、完成部品としてのコネクタ３１、４１の製造工程と回路基板３２、４６に対する実装工程が別途に必要であり、そのためコスト高になり、小型薄型化が困難であるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板に実装されたコネクタを低コストで小型薄型の構成とすることができるコネクタ実装構造及びコネクタ付回路基板並びにそれを適用した電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、電池と、充放電の保護回路とコネクタとを実装した基板とを備えた電池パックにおいて、コネクタは、外部接続部とリード部とを有する接続金具が、基板に対する設置面からリード部を突出させた状態で保持ケースに装着され、基板に設けられた貫通穴にリード部を貫通させた状態で保持ケースが基板の表面上に配置されているとともに、基板の裏面から突出したリードと基板の裏面に形成された導体パターンとが半田付けされており、保護回路は、接続金具が配置されている基板の表面と同じ面に実装されており、保護回路は、保持ケースで覆われている。

この構成によると、保持ケースに接続金具を装着した状態で、基板の貫通穴にリード部を貫通させて基板上に配置し、裏面から半田付けするだけで、コネクタの完成とともに基板に実装することができるので、基板に実装されたコネクタを低コストで構成することができかつ小型薄型の構成とすることができる。半田付けは、用途に応じて半田こてにて半田付けしてもディップ半田付け法にて半田付けしても良い。また、廃棄処分時に、半田を再溶融することによって、接続金具と保持ケースを分離して回収でき、分別回収・再資源化を容易に図れるという効果が得られる。
さらに、電池と、充放電の保護回路とコネクタとを実装した基板とを備えた電池パックにおいて、コネクタに上記構成のコネクタ実装構造を適用し、その基板の接続金具を配置している面と同じ表面に保護回路を構成する回路部品を実装し、保持ケースとして機能する端部ケースにて回路部品を覆った構成とすると、基板の表面側にコネクタと保護回路の回路部品が配置され、基板と電池の間に回路部品を配置する空間を確保する必要がないので、小型薄型化を図れるコネクタ構造と相俟って、コネクタを有する電池パックの端部構成のコンパクト化を図ることができる。

また、リード部を貫通させた貫通穴には、基板裏面の貫通穴の周囲に形成された導体パターンと連続する金属層を設けていない構成とするのが好適である。すなわち、貫通穴の周囲の上下面及び貫通穴の内周に導体が形成された構成では、半田がリード部と基板裏面の導体パターンの間だけでなく、濡れ性の良いリード部と貫通穴内周に沿って基板表面側に侵入し、接続金具の外部接続部に半田が接触してその作用を阻害したり、隣接する接続金具間で短絡する恐れがあるが、貫通穴の内周に金属層を設けていないことで、半田が裏面から貫通穴内に深く侵入するのを防止できて上記のような不具合の発生を確実に防止することができる。

また、各接続金具が一対のリード部を有し、この一対のリード部に対応して基板裏面に設けられた貫通穴の周囲の導体パターンを相互に連続させて形成すると、各接続金具が一対のリード部にて支持され、かつ両リード部が一対の貫通穴間で連続形成された導体パターンに接合された半田にて支持されるので、リード部が貫通穴内に充填された半田にて支持されない構造であっても必要な支持強度を確保することができる。

また、基板表面の接続金具配置部に、溶融半田に対する耐熱性を有するテープを配置し、このテープを貫通させてリード部を貫通穴に挿入した構成としても、テープにて半田が基板上に侵入するのを防止でき、接続金具の外部接続部に半田が接触してその作用を阻害したり、隣接する接続金具間で短絡するのを防止することができる。

また、前記テープとしては、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、シリコン樹脂から選ばれた１種から成るものを用いるのが好適である。また、そのテープ厚は、リード部にてこのテープを容易に貫通させることができかつ半田の侵入を防止できる所要の強度を有する必要があるため、２０〜５０μｍ程度が好適である。

また、各接続金具が、外部接続部が弾力性を有するメスタイプである場合に、半田の侵入によってその機能が阻止されないので、より効果的である。

また、接続金具は基板表面に接して位置決めされる位置決め部を有し、位置決め部に外部接続部とリード部が連設されていると、コネクタの実装状態で接続金具が保持ケースと基板にて適正に位置決め固定されるので、コネクタとしての機能が高い信頼性を持って確保される。

また、接続金具のリード部が、断面形状が細長い長方形で、貫通穴の直径に対して長辺が６０〜８０％の長さである場合には、リード部を含めて接続金具を板材の加工にて安価に構成できるとともにリード部の強度を確保することができる。また、その場合に、リード部と貫通穴の間に半田が侵入し易い大きな空間が生じるが、上記のように半田が貫通穴に侵入し難い構成を採用することで、そのような課題も解消することができる。

また、以上の構成のコネクタ実装構造のコネクタは、コネクタ付き回路基板に適用するのが好適である。

本発明の電池パックによれば、保持ケースに接続金具を装着した状態で、基板の貫通穴にリード部を貫通させて基板上に配置し、裏面から半田付けするだけで、コネクタの完成とともに基板に実装することができるので、小型薄型化を図れるコネクタ構造と相俟って、コネクタを有する電池パックの端部構成のコンパクト化を図ることができる。

以下、本発明のコネクタ実装構造を電池パックのコネクタ部に適用した一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１において、１は電池パック、２はそのコネクタ部である。電池パック１は、電池３と、充放電の保護回路（図示せず）が設けられた回路基板４と、３つの接続金具５と、回路基板４を覆って保護するとともに接続金具５の保持ケースとして機能する端部ケース６にて構成され、コネクタ部２は回路基板４の一部と接続金具５と端部ケース６の一部にて構成されている。端部ケース６は、その両端部の取付穴６ａに挿入・係合させた結合ピン（図示せず）にて電池３の一端面に一体的に固着される。また、保持ケース６内には、回路基板４を設置するための設置面６ｂが形成されている。

電池３は、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角形のリチウムイオン電池から成り、電池ケース７の内部に発電要素としての極板群と電解液が収容されている。極板群は、帯状の正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で巻回することで多層に積層して構成されている。正極板はアルミ箔から成る芯材に正極合剤を塗着・乾燥して構成され、負極板は銅箔から成る芯材に負極合剤を塗着・乾燥して構成され、セパレータは多孔性ポリプロピレンフィルムなどにて構成されている。

３つの接続金具５は、端部ケース６内に装着され、端部ケース６の一端側に適当間隔おきにかつ一側角部の上面と側面にわたって開口された３つの接続窓８に臨むように配設された状態で端部ケース６にて保持されている。３つの接続金具５の内、２つは正極と負極の外部接続端子として、残りの１つは識別抵抗検出用の接続端子として使用されるものである。

各接続金具５は、接続相手の接続端子を、弾力性を有する外部接続部１０に挿脱して接続・遮断するメスタイプのものであり、図１（ｂ）及び図２に示すように、回路基板４の表面に接して位置決めされるように、その下端面が設置面６ｂと面一になる位置決め部９を有し、この位置決め部９の上方に外部接続部１０が連設されるとともに、下方に一対のリード部１１が連設されている。回路基板４にはこれらリード部１１を挿入貫通させて半田付けする貫通穴１２が設けられている。接続金具５のリード部１１は、図２（ｂ）に示すように、断面形状が細長い長方形で、貫通穴１２の直径に対して長辺が６０〜８０％の長さである。接続金具５をこのような構成とすることで、板材の加工にて安価に構成できるとともにリード部１１の強度を確保することができる。

電池パック１のコネクタ部２の組立に際しては、まず端部ケース６に対して接続金具５を接続窓８に臨む所定位置に装着しておき、次に、図１（ｂ）に示すように、回路基板４を端部ケース６の下端開口から挿入して設置面６ｂに当接させることで所定位置に配置し、各貫通穴１２に各接続金具５の一対のリード部１１をそれぞれ貫通させる。次いで、貫通穴１２から突出した接続金具５のリード部１１の端部を、図２に詳細に示すように、貫通穴１２の周囲に形成されている導体パターン１３に半田付けし、半田１４にて導体パターン１３に一対のリード部１１を接合固定する。

この半田付けに際して、例えば図５に示すように、各種回路基板における通常のスルーホールと同様に、各貫通穴１２の上下面周囲の円環部と内周の円筒部とを有する導体膜２１を形成した場合には、半田１４がリード部１１と導体膜２１の回路基板４裏面部分の間だけでなく、濡れ性の良いリード部１１と導体膜２１の貫通穴内周部に沿って回路基板４の表面側に侵入し、仮想線で示すように、接続金具５の外部接続部１０に半田１４が接触してその作用を阻害したり、場合によっては隣接する接続金具５、５間で短絡する恐れがあり、コネクタ部２の機能に問題を生じる恐れがある。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、貫通穴１２の内周には、回路基板４の裏面の貫通穴１２の周囲に設けた導体パターン１３と連続する金属層を設けず、かつ各接続金具５の一対のリード部１１、１１に対応する一対の貫通穴１２、１２の周囲の導体パターン１３を、図２（ｂ）に示すように、相互に連続させて形成している。

本実施形態によれば、端部ケース６に接続金具５を装着した状態で、端部ケース６に回路基板４を組付け、回路基板４の貫通穴１２に接続金具５のリード部１１を貫通させ、回路基板４の裏面からリード部１１と導体パターン１３を半田付けするだけで、コネクタ部２の完成とともにそのコネクタ部２の回路基板４への実装が完了するので、別途に構成したコネクタを実装する場合に比べて低コストで小型薄型の構成とすることができる。

また、貫通穴１２の内周に金属層を設けていないことで、半田１４が回路基板４の裏面から貫通穴１２内に深く侵入するのを防止でき、そのため図５に示したように半田１４が接続金具５の外部接続部１０に接触してその機能を阻害するというような不具合の発生を確実に防止することができる。

また、各接続金具５が一対のリード部１１にて支持され、かつ両リード部１１が一対の貫通穴１２、１２間で連続形成された導体パターン１３に接合された半田１４にて支持されるので、リード部１１が貫通穴１２内に充填された半田にて支持されない構造であっても、必要な支持強度を確保することができる。また、各接続金具５が端部ケース６に保持されかつ位置決め部９にて回路基板４に適正に位置決め固定されているので、コネクタ部２としての機能が高い信頼性を持って確保される。

また、本実施形態の電池パック１では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、回路基板４の表面におけるコネクタ部２の接続金具５を配置した領域以外の領域に、ＩＣ１７やＦＥＴ１８やその他の各種部品１９など、電池３の充放電の保護回路を構成する回路部品２０が実装され、回路基板４の裏面には回路部品２０が実装されていず、端部ケース６がこれら回路部品２０を覆っている。これにより、回路基板４の表面側にコネクタの接続金具５と保護回路の回路部品２０が配置され、回路基板４と電池３の間に回路部品２０を配置する空間を確保する必要がないので、小型薄型化を図れるコネクタ構造と相俟ってコネクタを有する電池パック１の端部構造のコンパクト化を図れ、電池パック１の容積を一定とするとその分電池容量を増加することができる。

上記実施形態の説明では、回路基板４の貫通穴１２の周囲の裏面にのみ導体パターン１３を形成することで、半田１４が接続金具５の外部接続部１０に接触しないようにした例を示したが、他の構成例として、図４に示すように、回路基板４の表面の接続金具５の配置部、すなわちコネクタ部２に、溶融半田に対する耐熱性を有するテープ１５を各貫通穴１２の上面開口を塞ぐように配置し、図４（ａ）に示すように、このテープ１５を貫通させてリード部１１を貫通穴１２に挿入し、その状態で図４（ｂ）に示すように、半田付けを行って、半田１４にてリード部１１と導体パターン１３を接合した構成としても良い。テープ１５としては、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、シリコン樹脂から選ばれた１種から成るものを用いるのが好適である。また、そのテープ１５の厚さは、リード部１１にて容易に貫通させることができかつ溶融半田１４の侵入防止できる所要の強度を有する必要があるため、２０μｍ〜５０μｍ程度が好適である。

この構成によれば、テープ１５にて半田１４が回路基板４上に侵入するのを防止しているので、接続金具５の外部接続部１０に半田１４が接触してその作用を阻害したり、隣接する接続金具５、５間で短絡するのを防止することができる。

なお、図４の例では、導体パターン１３を回路基板４の裏面にのみ配設した上で、さらにテープ１５を配設した例を示したが、またそうすることでより信頼性の高い効果が得られるが、テープ１５を配設するだけでも十分にその効果を発揮できる場合には、図５に示すような導体膜２１を有するスルーホールに接続金具５のリード部１１を貫通させて半田付けするようなコネクタにおいて、そのコネクタ配置部の上面にテープ１５を配設した構成としても良い。

なお、以上の実施形態の説明では、電池パック１の端部ケース６内に回路基板４を挿入配置してコネクタ部２を構成した例について説明したが、本発明は、一般の回路基板の適所にコネクタを実装したコネクタ付き回路基板にも同様に適用することができる。その場合は、当然接続金具を装着保持した保持ケースを回路基板上の適所に配置した構成となるが、上記構成をそのまま適用できることは改めて詳しく説明するまでもない。また、上記実施形態では、端部ケース６内に回路基板４を挿入配置しているので、半田こてによる半田付けが好適であるが、一般的に回路基板上に保持ケースを配置してコネクタを実装する場合には、他の実装部品とともにディップ半田付け法などにて半田付けしても良い。

本発明のコネクタ実装構造は、保持ケースに接続金具を装着した状態で、基板の貫通穴にリード部を貫通させて基板上に配置し、基板裏面から半田付けしているので、コネクタの完成とともに基板に実装することができ、安価にコネクタ付き回路基板を構成でき、各種コネクタやコネクタ付き回路基板に有用である。

本発明の一実施形態のコネクタ部を有する電池パックの要部構成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視縦断側面図。同実施形態の接続金具と回路基板の接続構成の詳細を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は導体パターンを示す下面図。同実施形態のコネクタ部を有する電池パックの回路基板構成を含む要部構成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視縦断側面図。同実施形態の他の構成例を示し、（ａ）は半田付け前の縦断面図、（ｂ）は半田付け後の縦断面図。同実施形態の接続金具と回路基板の接続構成の他の構成例を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は導体パターンを示す下面図。従来例のコネクタ付き回路基板の斜視図。同従来例のコネクタのリード接続状態を示す縦断面図。他の従来例のコネクタ付き回路基板の部分断面正面図。同他の従来例のコネクタ詳細構成を示し、（ａ）部分詳細平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。

符号の説明

１電池パック
２コネクタ部（コネクタ）
３電池
４回路基板
５接続金具
６端部ケース（保持ケース）
６ｂ設置面
９位置決め部
１0 外部接続部
１１リード部
１２貫通穴
１３導体パターン
１４半田
１５テープ
２０回路部品

Claims

電池と、充放電の保護回路とコネクタとを実装した基板とを備えた電池パックにおいて、
前記コネクタは、外部接続部とリード部とを有する接続金具が、前記基板に対する設置面から前記リード部を突出させた状態で保持ケースに装着され、前記基板に設けられた貫通穴に前記リード部を貫通させた状態で前記保持ケースが前記基板の表面上に配置されているとともに、前記基板の裏面から突出した前記リードと前記基板の裏面に形成された導体パターンとが半田付けされており、
前記保護回路は、前記接続金具が配置されている前記基板の表面と同じ面に実装されており、前記保護回路は、前記保持ケースで覆われていることを特徴とする電池パック。
前記リード部を貫通させた貫通穴には、前記基板の裏面の貫通穴の周囲に形成された導体パターンと連続する金属層を設けていないことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
前記接続金具は一対のリード部を有し、この一対のリード部に対応して前記基板の裏面に設けられた貫通穴の周囲の導体パターンを相互に連続させて形成したことを特徴とする請求項２記載の電池パック。
前記基板の表面の接続金具配置部に、溶融半田に対する耐熱性を有するテープを配置し、このテープを貫通させて前記リード部を貫通穴に挿入したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電池パック。
前記テープは、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、シリコン樹脂から選ばれた１種から成ることを特徴とする請求項４記載の電池パック。
前記接続金具は、外部接続部が弾力性を有するメスタイプであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電池パック。
前記接続金具は、前記基板の表面に接して位置決めされる位置決め部を有し、位置決め部に外部接続部とリード部が連設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電池パック。
前記接続金具のリード部は、断面形状が細長い長方形で、貫通穴の直径に対して長辺が６０〜８０％の長さであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の電池パック。