JP4838984B2

JP4838984B2 - チップ型電池

Info

Publication number: JP4838984B2
Application number: JP2004062525A
Authority: JP
Inventors: 哲郎南野; 雅憲吉田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: CN100470692C; US7655348B2; US20050196668A1; CN1649051A; JP2005251632A

Description

本発明は、積層された複数の発電要素を含み、前記発電要素は焼結材料からなるチップ型電池に関する。

電子機器の小型化に伴い、電子部品のチップ化およびプリント基板への高密度実装化が進んでおり、ハンダリフローによる電子部品の実装が広く行われている。近年、電子機器の鉛フリー化が進み、鉛フリーハンダが用いられるようになってきたため、リフロー温度は、従来の２００℃程度から２４０℃程度へと上昇してきている。このような背景から、電解液を含む電解コンデンサは、全固体化されたチップ型の電解コンデンサに取って代わられつつある。また、基板に実装することが可能なチップ型電池も提案されている（特許文献１）。

電解コンデンサ、電池などの電気化学素子は、有極性である。これらの電気化学素子は、陽極もしくは正極と、陰極もしくは負極とを、識別して取り扱う必要がある。例えば、有極性の電気化学素子を基板に実装する際に、端子の極性を識別できなければ、電気化学素子が極性を逆にして基板に実装される可能性がある。

図１に、一般的なチップ型電気化学素子の斜視図を示す。このチップ型電気化学素子は、略直方体形状を有する本体１１と、本体の両端に設けられた第１端子１２および第２端子１３からなり、左右対称の構造を有する。このようなチップ型の形状は、積層セラミックコンデンサ、機能性高分子電解アルミニウムコンデンサなどにおいて採用されており、実用化もされている。

積層セラミックコンデンサは、極性を有さないため、第１端子と第２端子とを識別する必要はない。一方、機能性高分子電解アルミコンデンサ、タンタルコンデンサなどは、有極性であるため、第１端子と第２端子とを識別する必要がある。

そこで、第１端子と第２端子とを識別するために、図２に示すように、電気化学素子の本体２１に、第１端子２２もしくは第２端子２３の極性を表示する印字２４をインクによって施すことが提案されている。しかし、このような印字は、焼結工程を経て製造される電気化学素子には適用することができない。印字は、できるだけ製造工程のはやい段階で施す必要があるが、焼結工程は、製造工程の後半で行われるからである。そのため、インクによる印字は、焼結工程で揮発してしまう。

一方、積層構造を有さない電気化学素子の中には、第１端子と第２端子の形状が異なり、左右非対称の構造を有するものも存在する。例えば、図３のタンタル固体電解コンデンサ（ニチコン（株）製Ｆ９５シリーズ）は、本体３１の両端に設けられている陽極端子３２と陰極端子３３の形状が異なっている。本体３１は、素子部３５およびそれを覆う外装樹脂３６からなり、素子部３５の陽極端子側の端部からは陽極導出線３４が突出している。また、図４のタンタル固体電解コンデンサ（ＫＥＭＥＴ社製Ｔ４９１シリーズ）は、本体４１の端部形状に特徴がある。本体４１は、素子部４５およびそれを覆う外装樹脂４６からなり、陽極端子４２が設けられている外装樹脂４６の端部形状は、陰極端子４３が設けられている端部形状と異なっている。しかし、積層された複数の発電要素を含む電気化学素子に、このような構造を適用することは困難である。

電気化学素子を基板へ実装する工程に着眼した提案もなされている。例えば、図５のように、本体５１の中央部に陽極端子５２を設け、本体５１の両端に陰極端子５３を設けた固体電解コンデンサが提案されている（特許文献２）。また、目的は異なるが、図６のように、陽極端子６２を有する本体６１の端部に、陽極導出線６４が露出する窪み６７を設けたコンデンサも提案されている。このコンデンサの場合、陽極端子６２の形状が陰極端子６３とは大きく異なるため、極性の識別が容易である（特許文献３）。しかしながら、積層された複数の発電要素を含む電気化学素子に、このような構造を適用することは、やはり困難である。

一方、図７のような略直方体の外装ケース７１に、チップ型コンデンサを収容することも提案されている（特許文献４）。外装ケース７１には、第１側面７２と底面７３に跨って形成されたＬ字状の第１端子電極７４と、第１側面の反対側の第２側面７５と底面７３に跨って形成されたＬ字状の第２端子電極７６が設けられている。第１端子電極７４および第２端子電極７６は、外装ケース７１の左右対称な位置から外れた位置にそれぞれ形成されている。外装ケース７１に収容されたコンデンサは、接続リード線を用いない面実装型である。従って、第１端子電極と第２端子電極とを逆にして回路基板に接続しようとしても、基板上の端子位置とケースの電極位置とが合致しないため、逆向きの接続を未然に防止できる。

また、図８のような略直方体の外装ケース８１に、電気化学素子を収容することも提案されている（特許文献４）。外装ケース８１には、第１側面８２と底面８３に跨って形成されたＬ字状の第１端子電極８４と、第１側面の反対側の第２側面８５と底面８３に跨って形成された第２端子電極８６が設けられている。外装ケース８１に収容されたコンデンサは、仮に逆向きに基板に実装されたとしても、第１端子電極８４および第２端子電極８６が基板上の端子と接触することはない。

しかしながら、図７〜９のような外装ケースを用いるとすれば、部品点数が増えることに加え、陽極端子を設ける工程と陰極端子を設ける工程とが相違するため、設備費も嵩むことになる。従って、製造コストがアップするという欠点がある。
特開平６−２３１７９６号公報特開平６−２３２０１１号公報特開平７−１１５０４１号公報特開平１１−２６２９７号公報

積層された複数の発電要素を含み、前記発電要素は焼結材料からなるチップ型電池において、第１端子と第２端子とを容易に識別する汎用性の高い手段は、未だ提案されていない。

本発明は、積層された複数の発電要素を含む略直方体形状を有する本体と、第１極性を有する第１端子と、第２極性を有する第２端子とを有するチップ型電池であって、前記発電要素が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極との間に介在する固体電解質とを有し、前記第１電極、前記第２電極および前記固体電解質が、それぞれ焼結材料からなり、第１端子が、前記本体の第１側面に設けられており、第２端子が、前記本体の第１側面とは異なる第２側面に設けられており、第１端子と第２端子とが、それぞれ、同じ金属材料からなる下地層と、異なる金属材料からなるメッキ層とを有する、チップ型電池に関する。
ここで、第１端子および第２端子のメッキ層は、それぞれ異なる波長の光を吸収する金属からなることが好ましい。

本発明は、また、積層された複数の発電要素を含む略直方体形状を有する本体と、第１極性を有する第１端子と、第２極性を有する第２端子と、第１端子と第２端子の極性を識別するためのマーキング部材とを有するチップ型電池であって、前記発電要素が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極との間に介在する固体電解質とを有し、前記第１電極、前記第２電極および前記固体電解質が、それぞれ焼結材料からなり、第１端子が、前記本体の第１側面に設けられており、第２端子が、前記本体の第１側面とは異なる第２側面に設けられており、第１端子と第２端子とが、それぞれ、同じ金属材料からなる下地層と、異なる金属材料からなるメッキ層とを有し、前記マーキング部材が、第１端子、第２端子および前記本体よりなる群から選ばれる少なくとも１つの外面に付着しており、前記マーキング部材は、前記焼結材料の焼結温度においても前記識別機能を有するチップ型電池に関する。
ここで、前記マーキング部材としては、磁性材料を用いることが好ましく、特に磁性材料からなる塗料を用いることが好ましい。

本発明は、前記略直方体形状を有する本体と、第１端子と、第２端子との組み合わせの形状が、少なくとも１つの面に対して対称であるチップ型電池において特に有用である。

本発明によれば、積層された複数の発電要素を含み、前記発電要素は焼結材料からなるチップ型電池において、第１端子と第２端子とを容易に識別できる汎用性の高い手段を安価で提供することができる。また、本発明によれば、前記のようなチップ型電池をＩＣ基板、ＬＳＩ基板などに実装する際に、逆接続を効率よく防止することができる。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら例示的に説明する。
《実施形態１》
図９を参照しながら説明する。本実施形態は、積層された複数の発電要素を含む略直方体形状を有する本体９１と、第１極性を有する第１端子９２と、第２極性を有する第２端子９３とを有するチップ型電池に関する。各発電要素は、焼結材料で構成されている。第１端子９２は、本体の第１側面に設けられており、その反対側の第２側面に第２端子が設けられている。電池全体の形状は左右対称である。

ここで、第１端子および第２端子は、それぞれ異なる金属材料で構成されている。金属材料の種類によって、光の吸収波長、密度、比抵抗、磁気特性などの物性が異なるため、物性を指標にして、第１端子と第２端子とを識別することが可能である。第１端子および第２端子に用いる金属材料は、ハンダとの濡れ性が良好であることが望ましい。

例えば、第１端子に、錫、ニッケル、亜鉛、銀などを用いる場合、第２端子には、銅、真鍮、リン青銅などを用いることが好ましい。

例えば、プリント基板への電池の実装工程は、通常、自動化されているため、実装装置が自動的に第１端子と第２端子とを識別できるようにする必要がある。実装装置が、第１端子もしくは第２端子の光の吸収波長、密度、比抵抗、磁気特性などの物性を検知し、第１端子と第２端子とを識別する機能を備えることにより、実装時における電池の逆接続を防止することができる。特に、可視光領域の吸収波長が互いに異なる金属材料を第１端子と第２端子にそれぞれ用いる場合、目視による端子の識別が可能となる。また、量産工程においては、イメージセンサによる自動判別が可能である。

端子全体を１種の金属から構成する必要はなく、第１端子と第２端子の表面にそれぞれ異なる金属のメッキを施すことも有効である。また、第１端子および第２端子のいずれか一方に、下地金属とは異なる種類の金属メッキを施すことも有効である。

図１０は、端子にメッキを利用したチップ型電池の一例の断面図である。このチップ型電池は、積層された複数の発電要素１３６およびそれを被覆もしくは収容する外装材１３５からなる略直方体形状の本体１３１を具備する。複数の発電要素は、それぞれ第１電極１３６ａおよび第２電極１３６ｂからなり、第１電極１３６ａと第２電極１３６ｂとの間には固体電解質１３６ｃが介在している。

本体の第１側面および第２側面には、第１極性を有する第１端子１３２と、第２極性を有する第２端子１３３が形成されている。第１端子および第２端子には、それぞれ異なる金属のメッキが施されている。すなわち第１端子は下地金属１３２ａおよびその表面に施された第１メッキ層１３２ｂからなり、第２端子は下地金属１３３ａおよびその表面に施された第２メッキ層１３３ｂからなる。第１端子の下地金属１３２ａが、例えばニッケルからなる場合、第１メッキ層１３２ｂとしては、例えば錫メッキを施すことが好ましい。また、第２端子の下地金属１３３ａが、例えばニッケルからなる場合、第２メッキ層１３３ｂとしては、銅メッキを施すことが好ましい。

《実施形態２》
まず、図１１を参照しながら、本実施形態のチップ型電池の一例について説明する。図１１のチップ型電池は、略直方体形状を有する本体１０１と、第１極性を有する第１端子１０２と、第２極性を有する第２端子１０３とを有する。
第１端子１０２は、本体の第１側面に設けられており、その反対側の第２側面に第２端子１０３が設けられている。本体１０１と、第１端子１０２と、第２端子１０３との組み合わせの形状は左右対称である。しかし、第２端子１０３の外面には、マーキング部材として、ボタン型部材１０４が接合されている。

マーキング部材は、図１１ではボタン型であるが、その形状は任意であり、機械もしくは目視で判別できる形状であればよい。例えば、図１２に示すように、直方型部材１１４を、本体１１１の両端面に設けられた第１端子１１２もしくは第２端子１１３の外面に接合してもよい。また、マーキング部材の材質は、端子と同じでもよいし、異なってもよい。ただし、マーキング部材の材質は、発電要素を構成する焼結材料の焼結温度においても識別機能を有する必要がある。そのような材質としては、例えばＳｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系などの希土類磁石や、Ｂａ系、Ｓｒ系のフェライトのような酸化物からなる磁性材料、発色成分にガラスフリットを混合したもの、陶磁器で用いられる釉薬などが挙げられる。前記発色成分としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕなどを含む化合物もしくは顔料を用いることができる。フェライト系の磁性材料は、安価で焼結性に優れるという特徴を有することから、特にマーキング部材として適している。また、発色成分にガラスフリットを混合したものや釉薬は、マーキング部材に光沢を付与し、視覚による識別性を向上させる点で優れている。

マーキング部材を端子外面に接合する方法は、特に限定されるものではないが、接着剤を用いたり、レーザなどを用いて溶接したり、磁力で付着させたりする方法をとることができる。

本実施形態においては、第１端子と第２端子をそれぞれ異なる金属材料で構成してもよいが、同じ金属材料で構成することもできる。例えば、第１端子および第２端子を、それぞれニッケルで構成し、さらにマーキング部材をニッケルで構成することもできる。

マーキング部材を付与する位置は、図１１〜１２に示すような端子の端面の他、本体の一方の端子よりの位置に付与することも可能である。すなわち、図１３のように、直方型部材１２４もしくは他の形状のマーキング部材を、本体１２１の両端面に設けられた第１端子１２２もしくは第２端子１２３の周縁側部に接合してもよい。端子の形成は、電池の製造工程の後半で行われることから、マーキング部材を本体に付着する方が本発明の効果は大きくなる。また、必要に応じて、複数個のマーキング部材を端子や本体の外面に接合することも可能である。

マーキング部材は、導電性粉末を含むペーストの塗膜などであってもよい。例えば、導電性粉末と樹脂との混合物からなるペーストを端子や本体に塗着し、発電要素の焼結の際に、端子や本体に導電性粉末を焼き付けてもよい。

《実施形態３》
図１４を参照しながら、本実施形態のチップ型電池の一例について説明する。図１４のチップ型電池は、略直方体形状を有する本体１４１と、第１極性を有する第１端子１４２と、第２極性を有する第２端子１４３とを有する。マーキング部材の形態が異なる点以外は、実施形態２と同様の構成を有する。

本実施形態では、マーキング部材として、本体の第２端子１４３よりの位置に、磁性材料１４４を付着させている。具体的には、所定の位置に粉体状の磁性材料を含むペーストを塗着し、乾燥もしくは焼結させることにより、磁性材料を付着させることができる。このようなペーストは、例えば粉体状の磁性材料と、バインダーと、溶媒などとを混合することにより調製できる。バインダーとしては、例えばポリビニルブチラールなどを用いることができる。また、溶媒としては、酢酸ブチルなどを用いることができる。

磁性材料をマーキング部材として用いる場合、視覚的に端子の極性を判別することも可能であるし、磁性の有無や強度により端子の極性を判別することもできる。端子等に付与するのに適した磁性材料としては、例えばＢａ系もしくはＳｒ系のフェライト材料などが挙げられる。

本発明は、ＩＣ基板、ＬＳＩ基板などに実装されるチップ型電池であって、積層された複数の発電要素を含み、前記発電要素が焼結材料からなるチップ型電池において、端子の識別を容易にするものである。

従来の一般的なチップ型電気化学素子の斜視図である。従来の有極性のチップ型電気化学素子の斜視図である。第１端子と第２端子の形状が異なる従来のチップ型タンタル固体電解コンデンサの一例の縦断面図である。第１端子と第２端子の形状が異なる従来のチップ型タンタル固体電解コンデンサの他の一例の縦断面図である。本体の中央部に陽極端子を有し、両端に陰極端子を有する従来の固体電解コンデンサの斜視図である。陽極端子を有する本体の端部に陽極導出線が露出する窪みを有する従来のコンデンサの斜視図である。第１端子と第２端子の形状が異なる従来の面実装型チップ型コンデンサの外装ケースの一例の斜視図である。第１端子と第２端子の形状が異なる従来の面実装型チップ型コンデンサの外装ケースの他の一例の斜視図である。本発明の実施形態１に係るチップ型電池の一例の斜視図である。本発明の実施形態１に係るチップ型電池の他の一例の縦断面図である。本発明の実施形態２に係るボタン型マーキング部材を有するチップ型電池の斜視図である。本発明の実施形態２に係る直方型マーキング部材を有するチップ型電池の一例の斜視図である。本発明の実施形態２に係る直方型マーキング部材を有するチップ型電池の他の一例の斜視図である。本発明の実施形態３に係るチップ型電池の斜視図である。

符号の説明

１１本体
１２第１端子
１３第２端子

２１本体
２２第１端子
２３第２端子
２４印字

３１本体
３２陽極端子
３３陰極端子
３４陽極導出線
３５素子部
３６外装樹脂

４１本体
４２陽極端子
４３陰極端子
４５素子部
４６外装樹脂

５１本体
５２陽極端子
５３陰極端子

６１本体
６２陽極端子
６３陰極端子
６４陽極導出線
６７窪み

７１外装ケース
７２第１側面
７３底面
７４第１端子電極
７５第２側面
７６第２端子電極

８１外装ケース
８２第１側面
８３底面
８４第１端子電極
８５第２側面
８６第２端子電極

９１本体
９２第１端子
９３第２端子

１０１本体
１０２第１端子
１０３第２端子
１０４ボタン型部材

１１１本体
１１２第１端子
１１３第２端子
１１４直方型部材

１２１本体
１２２第１端子
１２３第２端子
１２４直方型部材

１３１本体
１３２ａ第１端子の下地金属
１３２ｂ第１メッキ層
１３３ａ第２端子の下地金属
１３３ｂ第２メッキ層
１３５外装材
１３６積層された複数の発電要素
１３６ａ第１電極
１３６ｂ第２電極
１３６ｃ固体電解質

１４１本体
１４２第１端子
１４３第２端子
１４４磁性材料

Claims

積層された複数の発電要素を含む略直方体形状を有する本体と、第１極性を有する第１端子と、第２極性を有する第２端子とを有するチップ型電池であって、
前記発電要素が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極との間に介在する固体電解質とを有し、前記第１電極、前記第２電極および前記固体電解質が、それぞれ焼結材料からなり、
第１端子が、前記本体の第１側面に設けられており、
第２端子が、前記本体の第１側面とは異なる第２側面に設けられており、
前記第１端子と前記第２端子とが、それぞれ、同じ金属材料からなる下地層と、異なる金属材料からなるメッキ層とを有する、チップ型電池。
前記第１端子および前記第２端子のメッキ層は、それぞれ異なる波長の光を吸収する金属からなる請求項１記載のチップ型電池。
積層された複数の発電要素を含む略直方体形状を有する本体と、第１極性を有する第１端子と、第２極性を有する第２端子と、第１端子と第２端子の極性を識別するためのマーキング部材とを有するチップ型電池であって、
前記発電要素が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極との間に介在する固体電解質とを有し、前記第１電極、前記第２電極および前記固体電解質が、それぞれ焼結材料からなり、
第１端子が、前記本体の第１側面に設けられており、
第２端子が、前記本体の第１側面とは異なる第２側面に設けられており、
前記第１端子と前記第２端子とが、それぞれ、同じ金属材料からなる下地層と、異なる金属材料からなるメッキ層とを有し、
前記マーキング部材が、前記第１端子、前記第２端子および前記本体よりなる群から選ばれる少なくとも１つの外面に付着しており、前記マーキング部材は、前記焼結材料の焼結温度においても前記識別機能を有するチップ型電池。
前記マーキング部材が、磁性材料からなる請求項３記載のチップ型電池。
前記マーキング部材が、磁性材料からなる塗料である請求項３記載のチップ型電池。
前記略直方体形状を有する本体と、第１端子と、第２端子との組み合わせの形状が、少なくとも１つの面に対して対称である請求項１または３記載のチップ型電池。
前記マーキング部材が、釉薬からなる請求項３記載のチップ型電池。