JP4716795B2 - パック電池 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話やパソコンなどの小型電子機器の電源に用いられるパック電池に関し、特にパック電池を電気的に保護する保護回路基板に実装される電子部品に関する。

近年、携帯電話やパソコンなどに代表される小型電子機器には、その電源としてパック電池が広く用いられるようになっている。パック電池とは、１または２以上の素電池と、プリント基板の両表面に複数の電子部品が実装され配線パターンにより電気的に接続された保護回路基板とが組み合わされ、ケース内に収納された状態でパッケージ化されたものである。

保護回路基板は、電池の過充電などを防止する目的で設けられ、用途に応じた形で、コントロールＩＣ、ＦＥＴ、電流検出抵抗、コンデンサ、温度ヒューズなどの各種電子・電気素子が、電子部品として設けられている。
電子部品の基板への実装方法としては、特許文献１に記載の方法がある。従来のパック電池では、部品側面から延出されたリードが基板の配線用パッドに半田付けされるのが一般的であるが、この文献では、部品裏面の固定用パッドを基板表面のスルーホールの周囲に設けられたランドに半田付けすることで、電子部品と基板との結合力向上が図られている。
特開２００４−３４９４１８号公報

しかしながら、特許文献１を含む従来技術を用いたパック電池では、電子部品と基板との結合力は向上するものの、以下に説明するように、パック電池の使用中に電子部品のリードにクラックの発生や半田外れが起こるという問題があった。
すなわちパック電池は、小型電子機器内部に電源として利用されるが、電極部分において機器側と電池側との良好な電気接続を得るためには、機器側よりある程度の圧力がパック電池側に加えられる必要があり、その結果、パック電池が電子機器に装着されている間、保護回路基板には、機器側から常に圧力が加わり、基板にしなりが生じた状態となりやすい。

基板にしなりが生じると、基板に実装された電子部品はこれに追随することになるため、引張りや圧縮の応力を受けることになる。特に、リードを有する電子部品は、部品の基板長手方向に対する長さが長いほど、部品両端部分での変位量が大きくなり、部品両端側に近いリードほど大きな引張り応力が加わることになる。
たとえば、部品本体の対向する側面に複数のリードを備えているＩＣ（ＤＩＰ）の場合、保護回路基板のしなりによって、両端側にいくほど大きな応力が加わるようになり、また、応力は細い部分や接続部分など、強度の弱い部分に集中するため、部品端部に近いリードにクラックの発生や半田外れが生ずる場合があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、基板のしなりによって生じる応力の影響を軽減し、機器側からの圧力によって生じる保護回路基板のしなりに対して十分な強度を持ち、パック電池の使用中に、電子部品のリードにクラックの発生や半田外れの起こらない、安定した強度特性を持つパック電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るパック電池は、1または２以上の素電池と、前記素電池を電気的に保護する保護回路基板とを有するパック電池であって、前記保護回路基板には、電子部品が実装されており、前記電子部品は、部品本体と、当該部品本体の側面に位置する複数本のリードと、部品本体の下面に設けられた保護回路基板に固定するための固定用パッドとを備えており、前記複数本のリードと前記固定用パッドが、電子部品の外部端子とされている。なお、上記した外部端子は、電子部品と基板の配線との間で、電気信号の入出力に供されている。
そして、前記電子部品は、複数本のリードが位置する側面が、保護回路基板の長手方向と平行に位置するように保護回路基板に実装され、リードが位置する側面の長さを、リードがない側面の長さより、小さくしている。

上記のように本発明のパック電池では、回路基板に実装される電子部品の外部端子としてリードを用いる他に、電子部品の下面にある固定用パッドを電子部品の外部端子の一部として用いるようにしたので、電子部品の外部端子の総数を減らすことなく、電子部品のリード本数を減らすことができる。これによりパック電池は、電子部品の同一側面から延出する複数本のリードに関し、両端側に位置するリード間の距離を短縮させることができるので、機器側からの圧力により生じる保護回路基板のしなりによって当該リードに加わる応力を軽減させ、リードにクラックの発生や半田外れが起こることのない、安定した強度特性を得ることができる。

また、電子部品自体の良否を検査するために使用される機能試験用の外部端子を他の外部端子と共用すれば、更に電子部品の外部端子となるリード本数を減らすことができ、両端側に位置するリード間の距離を短縮させることができる。
また、電子部品がＩＣである場合、上述した構成とすることにより、ＩＣのリード本数を２本省略することができ、ＩＣのリードが延出する側面の長さを短縮できる。

特に、電子部品の複数本のリードが位置する側面が、保護回路基板の長手方向と平行に位置するように実装されている場合には、保護回路基板長手方向に対する両端側が強い応力を受けやすいが、本発明によれば、この方向に対するリード間距離が短縮されているため、保護回路基板のしなりに対して、強い応力を受ける部分が減少し、リードのクラック発生や半田外れを防止する効果がいっそう顕著になる。

本発明に係るパック電池について図面を用いて説明する。
〈パック電池１の構成〉
図１は、パック電池１の一例を示す概略構成図であり、素電池２０と保護回路基板１０とカバー３０とから構成されている。
素電池２０は、電池本体２００と負極端子２１０と封口蓋に接合されたクラッド板２２０とを備えており、リード板４１、４２を介して保護回路基板１０に電気的に接続される。

保護回路基板１０は、プリント基板とその表面に実装される複数の電子部品等からなり、プリント基板１００の一方の表面には、電池の過充電等を防止するために設けられるＩＣ１２０と、例えばＦＥＴや抵抗などの電子・電気素子１３０が実装され、他方の表面には、電子機器と電気的に接続される電極１１０が設けられている。また、保護回路基板１０に実装される複数の電子部品等はすべて配線パターンにより電気的に接続されている。

カバー３０は、保護回路基板１０、リード板４１、４２などを覆う蓋体であり、樹脂モールドなどで固定されている。また、カバー３０には電極１１０に対応する部分に空孔３０ａが設けられており、電極１１０はパック電池の外表面に露出している。
〈保護回路基板１０の構成〉
図２（ａ）は、保護回路基板１０の一方の表面を示す平面図（図1における下面）であり、図2（ｂ）は、図2（ａ）をＡ方向より見た矢視図を示す。プリント基板１００には、ＩＣ１２０および複数の電子・電気素子１３０（図では一部を示す）が実装されている。ＩＣ１２０は、部品本体１２１を備え、当該部品本体の対向する側面１２１ａ、１２１ｂより各々２本ずつ、計４本の外部端子となるリード１２２ａ、１２２ｂ、１２２１ｃ、１２２ｄが延出されており、それぞれのリード１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、プリント基板１００に這設された配線用パッド１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄにそれぞれ半田付けされている。また、部品本体１２１の下面１２１ｃには固定用パッド１２２ｅが設けられており、プリント基板１００の導電ランド１０１ｅに半田付けされている。
〈ＩＣ１２０の構成〉
図３は、保護回路基板に実装されるＩＣ１２０の部品本体１２１の一部を切り取った模式図である。部品本体１２１は、樹脂モールド１２４内部にベアチップ１２３を有し、ベアチップ１２３は、６個のチップ端子１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆを備えている。そして、チップ端子１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄは、ボンディングワイア１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄにより、外部端子となる４本のリード１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄにそれぞれ電気的に接続されている。

また、図３に示すようにＩＣ１２０内部の左側中央部にはリード１２５があり、部品本体１２１の内部において下方に湾曲されて（不図示）部品本体１２１下面に存在する固定用パッド１２２ｅ（図２（ｂ）参照）に接続されている。また、リード１２５は、チップ端子１２３ｅと、ボンディングワイア１２６ｅによって接続されている。固定用パッド１２２ｅは、プリント基板１００の導電ランド１０１ｅに直接半田付けされて、ＩＣ１２０の外部端子の１端子として利用される。

また、チップ端子１２３ｆ（ここでは機能試験用のチップ端子とする）は、ボンディングワイア１２６ｆによって、隣接するリード１２２ｂに電気的に接続されている。この構成においてリード１２２ｂは、電池の保護回路としての役目を果たすリードと、ＩＣ自体の良否を検査するために使用される機能試験用リードの２つの役割を兼用する形で存在している。そして、樹脂１２４によりモールドされてパッケージ化され、１個のＩＣ１２０とされ、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの４本のリードと固定用パッド１２２ｅとが外部端子となっている。

従来のＩＣの構成にあっては、各々のチップ端子は、それぞれ別々のリードに接続されていたため、部品本体の側面から６本のリードが延出される必要があったが、本ＩＣ１２０では上記のように４本のリード構成とすることができる。このように部品本体１２１の側面１２１ａ、１２１ｂから延出されるリードの本数を減らすことで、リードが延出する側面の長さが短縮でき、保護回路基板のしなりによって加わる応力の影響を軽減させることができる。
〈ＩＣ１２０の保護回路基板１０への実装方向〉
ＩＣの複数本のリード１２２ａ〜１２２ｄは、図２（ａ）に示すように、保護回路基板１０の長手方向（Ｙ方向）に交差する方向に延出するように保護回路基板に実装されている。すなわち、部品側面が保護回路基板の長手方向に添うように配置されている。

保護回路基板のしなりは、幅方向に比較して長手方向がはるかに大きいため、上記の構成とすることで、リードのクラック発生や半田外れを防止する効果がいっそう顕著になる。
［評価試験］
本発明に係るパック電池に用いたＩＣの効果を検証すべく、評価試験を行った。

図２（ａ）に示す４本のリードを備えたＩＣを実装した保護回路基板を実施例とし、図４（ｂ）に示す６本のリードを備えたＩＣを実装した保護回路基板を比較例とした。
（実施例）
実施例とした、４本のリードを備えたＩＣを実装した保護回路基板については、先に詳細に説明したので、ここでは省略する。

なお、ＩＣのサイズは、リードの延出する側面の長さが１．４ｍｍ、リードのない側面の長さが２．１ｍｍであった。
（比較例）
比較例とした、６本のリードを備えたＩＣを実装した保護回路基板について、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）は、保護回路基板５０の平面図であり、プリント基板５００に、ＩＣ５２０が実装されている。ＩＣ５２０は、部品本体５２１を備え、当該部品本体の対向する側面に各々３本ずつ、計６本の外部端子となるリード５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｅ、５２２ｆが延出されており、それぞれのリード５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｅ、５２２ｆは、プリント基板５００に這設された配線用パッド５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ、５０１ｅ、５０１ｆにそれぞれ半田付けされている。

図４（ａ）は、保護回路基板５０に実装されるＩＣ５２０の部品本体５２１の一部を切り取った模式図である。ＩＣ５２０は、部品本体５２１内部にベアチップ５２3を有し、６個のチップ端子５２３ａ、５２３ｂ、５２３ｃ、５２３ｄ、５２３ｅ、５２３ｆを備えている。そして６個のチップ端子５２３ａ、５２３ｂ、５２３ｃ、５２３ｄ、５２３ｅ、５２３ｆは、ボンディングワイア５２６ａ、５２６ｂ、５２６ｃ、５２６ｄ、５２６ｅ、５２６ｆにより外部端子となる６本のリード５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｅ、５２２ｆに電気的に接続され、樹脂５２４によりモールドされてパッケージ化され、１個のＩＣ５２０とされ、６本のリードが外部端子となっている。

なお、ＩＣのサイズは、リードの延出する側面の長さが１．８ｍｍ、リードのない側面の長さが２．０ｍｍであった。
（試験方法及び結果）
実施例、比較例につき、それぞれサンプル１〜サンプル５を用意し、図５に示す装置にて、評価試験を行った。なお、評価試験においては、保護回路基板にはＩＣのみを実装し、他の電子部品は実装せずに行った。

図５において、６００はプリント基板、６２０はＩＣであり、支点６３０,６３０でプリント基板６００を支え、中央上部より荷重Ｆを加えた。基板曲げ量はサンプル１〜サンプル５で異なり、各々表１に示す所定の基板曲げ量を得た時点で、ＩＣ６２０のリードの損傷についての評価を行った。プリント基板のサイズはいずれも、長さ３４ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍであり、支点間距離は、３０ｍｍとした。結果を表１に示す。表において、ＯＫは、リードにクラックの発生や半田外れがなかったものであり、ＮＧは、リードにクラックの発生または半田外れがあったものである。

なお、表における実施例のａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ図２（ａ）におけるリード１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄを示し、比較例のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、それぞれ図４（ｂ）におけるリード５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｅ、５２２ｆを示している。

（結果の考察）
表１から明らかなように、比較例のサンプル１〜サンプル５に示す６本のリード構成ＩＣを実装した保護回路基板では、基板曲げ量が一定の値を超えると、端側に位置するリードにクラックの発生または半田外れが見られた。これに対し、実施例のサンプル１〜サンプル５に示す４本のリード構成ＩＣを実装した保護回路基板では、リードにクラックの発生や半田外れは全く見られず、安定した強度特性を持つことが確認できた。

なお、実施例としたＩＣは、比較例としたＩＣに比べ、リードの延出する側面の長さが０．４ｍｍ短縮され、小型化がなされている。従って、本発明に係るパック電池では、ＩＣの小型化により、たとえば、基板に実装する素子の数を増やす、基板を小さくする、など、基板設計の自由度が増すものと考えられる。
〈その他の事項〉
本発明は、上記説明した、発明の実施の形態に、特に限定されることはない。

たとえば、説明において、６本のリード構成ＩＣを４本のリード構成ＩＣとして、リード２本を減少させ、ＩＣの端側に位置するリード間距離を短縮した例を説明したが、元のＩＣのリードが８本、１０本等であっても、本発明を利用すればリード本数を減少させることができる。また、対向する２つの側面からリードが延出されているＩＣの例を説明したが、1つの側面からリードが延出されているＩＣ（ＳＩＣ）にも適応可能であり、この場合、リードを１本少なくしただけでも、端側に位置するリード間距離を短縮できる。さらに、固定用パッドは１つに限らず、複数に分割されてあってもそれぞれを外部電極として利用することも可能であり、その個数分だけリードを少なくすることができる。

また、ＩＣ以外の電子部品であっても、リードを有するものであれば、たとえばトランジスタ等にも、本発明を利用することができる。
また、本発明に係るパック電池は、素電池は１個の場合を説明したが、複数の素電池を接続して使用し、ケースに収納してパッケージ化したパック電池にも適応できることは勿論である。

本発明に係るパック電池は、保護回路基板表面に実装されるリードを有する電子部品のリードのクラック発生や半田外れが有効に防止できるため、パック電池の使用期間中、安全に利用することができる。

パック電池の概略構成図である。 （ａ）は保護回路基板を示す平面図であり，（ｂ）はそのＡ方向から見た矢視図である。 実施の形態に係るＩＣの一部を切り取った模式図である。 （ａ）は比較例のＩＣの一部を切り取った模式図であり、（ｂ）は比較例のＩＣを実装した保護回路基板の平面図である。 ＩＣの基板曲げ量に対する評価試験を示す説明図である。

符号の説明

１ パック電池
１０ 保護回路基板
２０ 素電池
１２０ 電子部品（ＩＣ）
１２１ 部品本体
１２１ａ、１２１ｂ 側面
１２１ｃ 下面
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ リード
１２２ｅ 固定用パッド
１２３ ベアチップ
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆ チップ端子
１２５ リード

Claims (3)

1または２以上の素電池と、前記素電池を電気的に保護する保護回路基板を有するパック電池であって、
前記保護回路基板には、電子部品が実装されており、
前記電子部品は、部品本体と、当該部品本体の側面に位置する複数本のリードと、部品本体の下面に設けられた保護回路基板に固定するための固定用パッドとを備えており、
前記複数本のリードと前記固定用パッドが、電子部品の外部端子とされ、
前記電子部品は、複数本のリードが位置する側面が、保護回路基板の長手方向と平行に位置するように保護回路基板に実装され、
リードが位置する側面の長さを、リードがない側面の長さより、小さくしていることを特徴とするパック電池。

前記部品本体は、内部に複数のチッブ端子を有するベアチップを備え、前記チップ端子の１つは、電子部品機能試験用の端子であり、当該チップ端子が、他のチップ端子の１つとともに外部端子となるリードの１本に集約状態で接続配線されていることを特徴とする請求項１記載のパック電池。

前記電子部品がＩＣであることを特徴とする請求項１または２記載のパック電池。

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