JP4923086B2 - 電気二重層キャパシタパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、電気二重層キャパシタパッケージに関し、特に、表面実装が可能な構造を有する電気二重層キャパシタパッケージに関する。

電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は極性が異なる一対の電荷層（電極層）を用いるエネルギー蓄積装置であって、充放電が継続的に可能で、一般的な他のキャパシタに比べてエネルギー効率と出力が高く、耐久性及び安定性に優れているというメリットがある。これにより、最近、大電流で充放電できる電気二重層キャパシタが携帯電話用の補助電源、電気自動車用の補助電源、太陽電池用の補助電源等のように充放電の頻度が高い蓄電装置として有望視されている。

電気二重層キャパシタは、一般的に一対の分極性電極層の間に分離膜、即ち、セパレーター（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を介して正極及び負極にする構造を有し、各分極性電極層には、水系電解質溶液または非水系電解質溶液に含浸される。

このような電気二重層キャパシタを回路基板に表面実装（ＳＭＴ）するための一般的な方案は、コイン型（ｃｏｉｎ ｔｙｐｅ）の電気二重層キャパシタの上下にブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）を溶接し、前記ブラケットを通じて回路基板に実装することである。

しかし、コイン型電気二重層キャパシタは、その厚さが相対的に大きく、表面実装のために必要な更なる構造物（ブラケット等）によってさらに厚くなる。これにより、コイン型電気二重層キャパシタを用いる場合、厚さの増加によって高容量の製品を製造するのに困難があり、また、更なる工程が加わることによって製品単価が上昇する原因となる。

本発明の一目的は、更なる構造物なしにパッケージ自体で表面実装が可能な電気二重層キャパシタパッケージを提供することである。また、本発明の他の目的は前記電気二重層キャパシタパッケージの厚さ及び実装面積を減らすことで小型化及び軽量化を達成することである。

前記の目的を達成するために本発明の一実施形態は、表面から一部領域が除去され形成されたグルーブ領域を備えるパッケージ本体と、前記パッケージ本体のグルーブ領域に配置され、第１及び第２電極とその間に形成された分離膜を備える電気二重層キャパシタ及び前記パッケージ本体の内部に形成され、夫々前記第１及び第２電極と連結される一端と、前記表面を前記パッケージ本体の上部と定義する場合、前記一端から前記パッケージ本体の下部に延びた他端を備える第１及び第２導電性ビアを含む電気二重層キャパシタパッケージを提供する。

本発明の実施例において、前記パッケージ本体はセラミックまたは金属物質からなることができる。

本発明の実施例において、前記パッケージ本体の下面に形成され、前記第１及び第２導電性ビアの他端と夫々接続される第１及び第２表面実装用パッドをさらに含むことができる。

本発明の実施例において、前記電気二重層キャパシタは前記第１及び第２電極に夫々形成された第１及び第２集電体をさらに備えることができる。この場合、前記第１及び第２集電体と前記第１及び第２導電性ビアは導電性エポキシにより夫々互いが貼り合わされることができる。

本発明の実施例において、前記第１及び第２集電体と前記第１及び第２導電性ビアは同じ物質からなることができる。

本発明の実施例において、前記パッケージ本体の上部に形成され、前記電気二重層キャパシタを覆うカバー構造をさらに含むことができる。この場合、前記カバーと前記パッケージ本体の間に形成された溶接物質をさらに含むことができる。

本発明の実施例において、前記電気二重層キャパシタは夫々１つの前記第１及び第２電極と分離膜を１つのセルとして、複数個のセルを備え、前記複数個のセルは前記パッケージ本体の下部から上部に向かって積層されることができる。この場合、前記複数個のセル間の短絡を防ぐために前記電気二重層キャパシタの外部に塗布された絶縁物質をさらに含むことができる。

本発明の実施例において、前記第１及び第２電極の厚さは夫々１０〜２００μｍであることができる。

本発明の実施例において、前記電気二重層キャパシタは外部に向かって突出された部分を有するように前記グルーブ領域の高さより大きい厚さを有することができる。

本発明によれば、更なる構造物なしにパッケージ自体で表面実装が可能な電気二重層キャパシタパッケージを得ることができる。さらに、本発明による電気二重層キャパシタパッケージを用いる場合、厚さ及び実装面積が減り、これを用いる製品の軽量化及び小型化に寄与する。

本発明の一実施形態による電気二重層キャパシタパッケージを示す概略的な断面図である。 図１の実施例から変形された例による集電体と導電性ビアの連結の様子を示す概略的な断面図である。 図１の実施例における電気二重層キャパシタの積層構造を示す概略的な断面図である。 本発明の他の実施形態による電気二重層キャパシタパッケージを示す概略的な断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態で限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等のより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上に同一符号で表示される要素は同一要素である。

図１は本発明の一実施形態による電気二重層キャパシタパッケージを示す概略的な断面図であり、図２は図１の実施例から変形された例による集電体と導電性ビアの連結の様子を示す概略的な断面図である。図３は図１の実施例における電気二重層キャパシタの積層構造を示す概略的な断面図である。

先ず、図１を参照すると、本実施形態による電気二重層キャパシタパッケージ１００は、パッケージ本体１０１と前記パッケージ本体１０１に配置される電気二重層キャパシタを備えて構成され、前記電気二重層キャパシタは第１及び第２電極１０２、１０４とその間に形成された分離膜１０３を備える。前記第１及び第２電極１０２、１０４と分離膜１０３は１つの基本セルを構成し、前記第１及び第２電極１０２、１０４には夫々第１及び第２集電体（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｌｌｏｅｃｔｏｒ）１０５、１０６が形成されることができる。

前記パッケージ本体１０１は電気二重層キャパシタを収容するグルーブ領域を備え、その内部には表面実装のために提供される第１及び第２導電性ビア１０７、１０８が形成される。電気二重層キャパシタパッケージ１００の場合、そのパッケージ自体の構造で表面実装が可能で、これにより、表面実装過程における高い温度（約２６０℃程度）で内部構造が保護されなければならない。特に、電気二重層キャパシタに含まれた液状の電解質が漏れてはならない。このような点を考慮し、前記パッケージ本体１０１はエポキシ等の樹脂ではないセラミックや金属物質で形成することが好ましく、その上を覆うカバー１１１と溶接等のような方式で貼り合わせることができる。

前記第１及び第２電極１０２、１０４は分極性電極材料を用いることができ、比表面積が比較的高い活性炭等を用いることができる。また、前記第１及び第２電極１０２、１０４は硫酸水溶液のような電解液に含浸されており、電荷層として機能することができる。この場合、前記第１及び第２電極１０２、１０４は粉末活性炭を主材料とした電極物質を固体状態のシートに製造するか、または前記第１及び第２集電体１０５、１０６上に電極物質スラリーを固着させて製造することができる。

前記分離膜１０３はイオンの透過ができるように多孔性物質からなることができる。この場合、多孔性物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラス繊維等を挙げることができる。一方、別途に図示はしていないが、電解液の漏液を防ぎ、絶縁及び短絡を防ぐためのガスケット（ｇａｓｋｅｔ）等のような構造をさらに備えることができる。

前記第１及び第２集電体１０５、１０６は、夫々前記第１及び第２電極１０２、１０４に電気的信号を伝達するための導電性シートであって、導電性ポリマーやゴムシートまたは金属箔（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｏｉｌ）からなることができる。この場合、前記第１及び第２集電体１０５、１０６は前記パッケージ本体１０１の下部に引き出された第１及び第２導電性ビア１０７、１０８と連結されるようにその形状は適切に変更されることができる。具体的に、図２に図示されたように、前記第２集電体１０５は、前記第２導電性ビア１０７と第２電極１０２を連結するために一部が折れ曲がった形状を有することができ、このような形状の変更は、電気二重層キャパシタの形状や大きさに影響を受けることがある。一方、前記第１及び第２集電体１０５、１０６と前記第１及び第２導電性ビア１０７、１０８は互いが直接連結されることもできるが、図２に図示されたように、導電性エポキシ１１３を通じて連結されることもできる。

前記第１及び第２導電性ビア１０７、１０８は前記パッケージ本体１０１内部に形成され、図１に図示されたように、外部電源との接続部として提供されるように前記パッケージ本体１０１の厚さ方向に形成される。前記第１及び第２導電性ビア１０７、１０８は前記第１及び第２集電体１０５、１０６と接触されるように形成され、これらと同一の物質で形成することができる。無論、前記第１及び第２集電体１０５、１０６がない場合であれば前記第１及び第２電極１０２、１０４と直接連結されることもできる。前記パッケージ本体１０１の下面には前記第１及び第２導電性ビア１０７、１０８と夫々接続されるように第１及び第２表面実装用パッド１０９、１１０が形成される。このような構造を有することによって、ブラケットのような更なる構造物なしに電気二重層キャパシタパッケージ１００を回路基板等に表面実装することができる。

本実施形態のように、セラミックまたは金属材質のパッケージ本体１０１のグルーブ領域に電気二重層キャパシタを配置し、導電性ビア１０７、１０８を用いて外部接続用端子、即ち、表面実装用パッド１０９、１１０と電気的に連結することで、電気二重層キャパシタパッケージ１００の厚さを薄くすることができ、また、実装面積も減らすことができる。具体的に、前記第１及び第２電極１０２、１０４の夫々の厚さを約１０〜２００μｍ水準に薄く形成することができ、バインダーの組成及び電極の圧延条件により厚さを調節することができる。

一方、図１では、１つのセルを有する電気二重層キャパシタを示したが、図３に図示されたように、複数のセルＣをパッケージ本体１０１の下部から上部に向かって積層することで、より高い電気容量を得ることができる。この場合、前記複数のセルは直列または並列に適切に連結されることができ、前記複数のセル積層体の外部に絶縁物質１１４を塗布して意図していない短絡を防ぐことができる。

前記パッケージ本体１０１上部には、電気二重層キャパシタを覆ってこれを保護するためのカバー１１１が形成される。前述のように、前記パッケージ本体１０１とカバー１１１は電気二重層キャパシタを効果的に保護するためにセラミックまたは金属物質からなることができ、溶接物質１１２により互いが貼り合わされることができる。この場合、図１では、電気二重層キャパシタとカバー１１１が離隔されて配置された形態と図示されているが、前記カバー１１１を前記パッケージ本体１０１方向に圧着させることで前記電気二重層キャパシタを密封することができる。

図４は、本発明の他の実施形態による電気二重層キャパシタパッケージを示す概略的な断面図である。本実施形態による電気二重層キャパシタパッケージ２００は図１の実施形態と同様にパッケージ本体２０１、第１及び第２電極２０２、２０４とその間に形成された分離膜２０３及び第１及び第２集電体２０５、２０６を備える電気二重層キャパシタ、第１及び第２導電性ビア２０７、２０８、第１及び第２表面実装用パッド２０９、２１０を含み、溶接物質２１２によりパッケージ本体２０１とカバー２１１が貼り合わされる。図１の実施形態の場合、電気二重層キャパシタがパッケージ本体２０１のグルーブ領域の高さより大きい厚さを有することで、外部に突出される形状であったが、本実施形態の場合、図４に図示されたように、グルーブの高さと電気二重層キャパシタの厚さが同一の構造であることを特徴とする。

本発明は前述の実施形態及び添付された図面により限定されず、添付の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者に多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。

１０１：パッケージ本体
１０２、１０４：第１及び第２電極
１０３：分離膜
１０５、１０６：第１及び第２集電体
１０７、１０８：第１及び第２導電性ビア
１０９、１１０：第１及び第２表面実装用パッド
１１１：カバー
１１２：溶接物質
１１３：導電性エポキシ
１１４：絶縁物質

Claims (10)

1. 表面から一部領域が除去され形成されたグルーブ領域を備えるパッケージ本体と、
   前記パッケージ本体の前記グルーブ領域に配置され、第１及び第２電極とその間に形成されたイオン透過性分離膜と、前記第１及び第２電極に夫々形成された第１及び第２集電体とを備える電気二重層キャパシタと、
   前記パッケージ本体の内部に形成され、夫々前記第１及び第２電極と連結される一端と、前記表面を前記パッケージ本体の上部と定義する場合、前記一端から前記パッケージ本体の下部に延びた他端を備える第１及び第２導電性ビアと、
   を含み、
   前記第１及び第２集電体と前記第１及び第２導電性ビアは、導電性エポキシにより夫々互いが貼り付けられたことを特徴とする電気二重層キャパシタパッケージ。
2. 前記パッケージ本体は、セラミックまたは金属物質からなることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
3. 前記パッケージ本体の下面に形成され、前記第１及び第２導電性ビアの他端と夫々接続される第１及び第２表面実装用パッドをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
4. 前記第１及び第２集電体と前記第１及び第２導電性ビアは、同じ物質からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
5. 前記パッケージ本体の上部に形成され、前記電気二重層キャパシタを覆うカバー構造をさらに含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
6. 前記カバーと前記パッケージ本体の間に形成された溶接物質をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
7. 前記電気二重層キャパシタは、夫々１つの前記第１及び第２電極と前記イオン透過性分離膜を１つのセルとして、複数個のセルを備え、
   前記複数個のセルは前記パッケージ本体の下部から上部に向かって積層されたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
8. 前記複数個のセル間の短絡を防ぐために前記電気二重層キャパシタの外部に塗布された絶縁物質をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
9. 前記第１及び第２電極の厚さは、夫々１０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。
10. 前記電気二重層キャパシタは、外部に向かって突出された部分を有するように前記グルーブ領域の高さより大きい厚さを有することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の電気二重層キャパシタパッケージ。

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