JP2004087851A - 回路基板およびパック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の両主表面に実装されたスイッチング素子などの発熱素子に対して、実装する感熱素子の数が少なくても精度の高い温度感知が実現可能な回路基板およびパック電池を提供する。
【解決手段】回路基板２０におけるＦＥＴ２４ａ、２５ａが配置された近傍領域には、裏面にまで達する透孔２０ａが穿設されており、これに嵌まり込むように温度ヒューズ２６が配置されている。温度ヒューズ２６とＦＥＴ２４ａ、２５ａとは、シリコーン樹脂層２７の介挿により熱カップリングされている。
また、回路基板２０の裏面には、上記透孔２０ａを跨ぐようにしてＦＥＴ２４ｂ、２５ｂが配置されている。この回路基板２０の裏面においても、透孔２０ａに嵌まり込むように配置された温度ヒューズ２６とＦＥＴ２４ｂ、２５ｂとが、シリコーン樹脂層２７の介挿により熱カップリングされている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板およびパック電池に関し、特に、ＦＥＴなどの電子部品が基板の両主表面に実装された回路基板の構成およびそれを収納するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯機器などの普及に伴って広く使用されているパック電池は、１または２以上の素電池と、複数の電子部品が両主表面に実装された回路基板とがケースに収納されたものである。
パック電池に収納されている回路基板について、図５を用いて説明する。図５では、便宜上、基板の主表面に這設された配線パターンを省略して示しており、電子部品の配置だけを示している。
【０００３】
図５（ａ）に示すように、基板１２０の一方の主表面には、外部接続コネクタ１２１、コントロールＩＣ１２２、電流検出抵抗１２３、ＦＥＴ１２４ａ、１２５ａ、温度ヒューズ１２６ａなどが配線パターン（不図示）における所定箇所の導電ランドに各々ハンダ付けされ実装されている。また、配線パターンにおける一端の導電ランドには、素電池との接続リード線１２８ａ、１２８ｂおよびサーミスタ（不図示）への接続リード線１２８ｃ、１２８ｄなどがハンダ付けされ接続されている。
【０００４】
ＦＥＴ１２４ａ、１２５ａは、電力流通路中に挿入され、放電時および充電時にスイッチング素子として機能する電子部品であり、流通する電力によりその温度が変動する。
感熱素子としての温度ヒューズ１２６ａは、シリコーン樹脂層１２７の介挿によりＦＥＴ１２４ａ、１２５ａと熱カップリングされている。そして、温度ヒューズ１２６ａは、回路の異常などによりＦＥＴ１２４ａ、１２５ａの温度が予め設定された値以上になると両端子間の電力流通路を遮断して、素電池および回路の保護を図る。
【０００５】
また、図５（ｂ）に示すように、基板１２０におけるもう一方の主表面には、ＦＥＴ１２４ｂ、１２５ｂと、温度ヒューズ１２６ｂとが配線パターンにおける所定箇所の導電ランドに各々ハンダ付けされ実装されている。上記図５（ａ）と同様に、感熱素子である温度ヒューズ１２６ｂと、スイッチング素子としてのＦＥＴ１２４ｂ、１２５ｂとは、シリコーン樹脂層１２７の介挿によって熱カップリングされている。
【０００６】
ところで、パック電池には、より一層の大電力化が要望されており、一部では、１００（Ｗ）という大電力が出力可能なものも開発されるに至っているが、回路基板１２０に実装されるＦＥＴなどの電子部品の数は、回路を流通する電力の増大に伴って増やす必要が生じてくる。
一方、パック電池は、装着しようとする機器などの関係から、その大きさに制約を受けることが多い。そこで、パック電池では、限られたスペース内に多くの電子部品を実装するために、上記図５のように電子部品が基板１２０の両主表面に分けて実装されている。それに伴って、電子部品の発熱量に応じて電力の流通を抑制する感熱素子である温度ヒューズなども基板１２０の両主表面の各々に実装されている。例えば、上記図５（ａ）、（ｂ）のようにＦＥＴ１２４ａ、１２４ｂ、１２５ａ、１２５ｂを基板１２０の両主表面に実装する場合には、ＦＥＴ１２４ａ、１２５ａに近接させて温度ヒューズ１２６ａが実装され、ＦＥＴ１２４ｂ、１２５ｂに近接させて温度ヒューズ１２６ｂが実装される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように感熱素子を基板の両主表面にそれぞれ設けると、感熱素子数の増加に繋がってしまう。このような感熱素子数の増加は、製造面も含めたコストの増加の原因となってしまい、コスト競争の激しい現在の状況では許されるものではない。
【０００８】
また、数多くの電子部品を一方の主表面に実装し、この電子部品に対して少ない数の感熱素子でその発熱量を感知しようとする場合には、基板の面積を拡大させなければならないばかりか、感熱素子との距離が長い電子部品が存在してしまうことになり、電子部品で生じた熱が効率よく感熱素子に伝達されなくなってしまい、感熱素子の温度感知精度という面から問題を生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、基板の両主表面に実装された電子部品に対して、実装する感熱素子の数が少なくても精度の高い温度感知が実現可能な回路基板およびパック電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板本体における両主表面に電力流通路が設けられており、各主表面における電力流通路中に電子部品が挿入されてなる回路基板において、基板本体に透孔が穿設されており、この透孔を通じて両主表面の電子部品が１つの感熱素子と熱結合されていることを特徴とする。
【００１１】
この回路基板では、透孔を通じて両主表面の電子部品が１つの感熱素子と熱結合されているので、１つの感熱素子によって、基板本体における両主表面の電子部品の発熱を感知することができる。よって、１つの感熱素子が両主表面の電子部品の発熱量に応じて電力の流通を抑制あるいは遮断することが可能であり、従来のように主表面ごとに感熱素子を実装する必要がある回路基板に比べて、実装する感熱素子の数を低減することができる。
【００１２】
また、上記回路基板では、１つの感熱素子に対して、短い距離を維持して多くの電子部品を熱結合させることができる。
従って、本発明の回路基板は、基板の両主表面に実装された電子部品に対して、実装する感熱素子の数が少なくても、確実な回路の保護が可能であって、コスト面で優位性を有する。
【００１３】
上記回路基板における感熱素子の配置には、透孔に嵌まり込んだ状態で配置され、両主表面の電子部品と熱結合されるという形態と、一方の主表面に配置され、他方の電子部品と透孔を介して熱結合されることによって、両主表面の電子部品と熱結合されるという形態との２つの形態がある。
上記２つの感熱素子の配置形態の内、透孔に嵌まり込んだ状態で感熱素子を設けることが、両主表面の電子部品と感熱素子との間隔を小さくすることができるので、電子部品から感熱素子への熱伝達性が確保できるので望ましい。
【００１４】
上記回路基板における具体的な電子部品の実装の仕方としては、少なくとも一方の主表面において、一方の透孔を跨ぐように実装させることが、電子部品と感熱素子との間隙を小さくでき、感熱素子の温度感知精度を向上できるという点から望ましい。
また、本発明のパック電池は、１または２以上の素電池と、上記回路基板とを備えることを特徴とする。
【００１５】
このパック電池では、コンパクト化を図るために回路基板の両主表面に電子部品が実装されている場合にも、主表面毎に感熱素子を実装する必要がなく、実装する感熱素子の数を低減することができる。
また、上記のように透孔に嵌まり込んだ状態で感熱素子を配置した回路基板では、電子部品の実装数が多い場合であっても、温度感知の対象である電子部品と感熱素子との距離を小さくすることができるので、電子部品から感熱素子への熱伝達性という面から優れ、素電池および回路基板を過充電・過放電から保護するという安全面で優位性を有する。
【００１６】
従って、本発明のパック電池は、基板の両主表面に実装された電子部品に対して、実装する感熱素子の数が少なくても、精度高く電子部品の発熱量を感知することが可能であって、コスト面および安全面で優れる。
上記パック電池では、基板本体の両主表面に実装され、感熱素子が熱感知の対象とする具体的な電子部品として、素電池と外部との間の電力流通路中に挿入されてなるＦＥＴまたは電流検出抵抗を適用することができ、それらの発熱量に応じて電力流通路の遮断動作を行なう感熱素子として、温度ヒューズまたはＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子を適用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態に係るパック電池について、図１を用いて説明する。
（パック電池１の全体構成）
図１に示すように、パック電池１は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）装着用のものであって、８本のリチウムイオン電池１１〜１４、１６〜１９と、回路基板２０とが、上側カバー４０ｔと下側カバー４０ｂとで形成される内部空間に収納された構成を有する。
【００１８】
回路基板２０には、両主表面に配線パターン（不図示）が這設されており、複数の電子部品がこの配線パターンにおける所定箇所の導電ランドに各々ハンダ付けされ実装されている。不図示の配線パターンについては、後述の図３のブロック回路図に基づいて各電子部品間の接続がなされるように這設されている。
回路基板２０の一方の主表面には、外部接続コネクタ２１が設けられており、外部接続コネクタ２１の一面が下側カバー４０ｂの側面に開けられた窓部から外側に露出するようになっている。また、回路基板２０上の配線パターンに接続されたサーミスタ３０は、リチウムイオン電池１８、１９に近接配置されており、生じた熱が伝達されるようになっている。
【００１９】
リチウムイオン電池１１〜１４、１６〜１９の各々は、円筒型の外観形状を有し、その寸法は、φ１８ｍｍ×６５ｍｍとなっている。そして、８本のリチウムイオン電池は、その配置の関係から便宜上、４本づつ２群の電池群１０、１５に分ける。電池群１０、１５の各々においては、並列に接続された２本のリチウムイオン電池（２本並列）が４組形成されており、並列に接続された４組がそれぞれ直列に接続されている（４ブロック直列）。
【００２０】
図１に示すように、回路基板２０は、下側カバー４０ｂの内側壁と電池群１５における各リチウムイオン電池１６〜１９の端子面との間の空間に収納されている。
（回路基板２０における電子部品の配置構成）
次に、回路基板２０について、図２を用いて説明する。図２は、回路基板２０の両主表面における電子部品の配置を示すが、便宜上、両主表面に這設された配線パターンを省略している。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、回路基板２０の一方の主表面（以下、「オモテ面」という）には、配線パターン（不図示）が這設されている。この配線パターンにおける所定箇所の導電ランドには、外部接続コネクタ２１や、コントロールＩＣ２２、電流検出抵抗２３、ＦＥＴ２４ａ、２５ａ、温度ヒューズ２６などの電子部品、リード線２８ａ〜２８ｄなどがハンダ付けされている。
【００２２】
この内、感熱素子としての温度ヒューズ２６は、ＦＥＴ２４ａ、２５ａの近傍領域に配置されている。
回路基板２０に対して、外部接続コネクタ２１、コントロールＩＣ２２、電流検出抵抗２３、ＦＥＴ２４ａ、２５ａなどは、面実装されており、他は挿入実装されている。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、回路基板２０の他方の主表面（以下、「裏面」という）にも、配線パターン（不図示）が這設されており、この配線パターンにおける所定箇所の導電ランドにＦＥＴ２４ｂ、２５ｂがハンダ付けされ実装されている（面実装）。
回路基板２０に実装された複数の電子部品の内、温度ヒューズ２６は、基板本体に穿設された透孔２０ａに嵌まり込むように配置されている。そして、温度ヒューズ２６は、オモテ面の透孔２０ａの近傍領域に配置されたＦＥＴ２４ａ、２５ａ、および裏面において透孔２０ａを跨ぐように配置されたＦＥＴ２４ｂ、２５ｂとシリコーン樹脂層２７の介挿により熱カップリングされている。
（パック電池１の回路構成）
上記回路基板２０を含むパック電池１の回路構成について、図３を用いて説明する。
【００２４】
図３に示すように、外部接続コネクタ２１は、負極端子２１ａ、正極端子２１ｂ、データ端子２１ｃの３つの端子を備える。
コントロールＩＣ２２は、外部接続コネクタ２１のデータ端子２１ｃ、電流検出抵抗２３の両端子、ＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、およびサーミスタ３０に続くリード線２８ｃ、２８ｄなどに、配線パターンを介して接続されている。
【００２５】
電流検出抵抗２３は、上記電池群１０におけるリチウムイオン電池１１、１２の負極と外部接続コネクタ２１における負極端子２１ａとの間の電力流通路中に挿入されている。そして、電流検出抵抗２３の両端子は、上述のようにコントロールＩＣ２２と接続されている。
回路基板２０の両主表面に実装された４つのＦＥＴは、ＦＥＴ２４ａとＦＥＴ２５ａとが直列に接続され、ＦＥＴ２４ｂとＦＥＴ２５ｂとが直列に接続されている。そして、各々直列に接続されたＦＥＴ２４ａ、２５ａとＦＥＴ２４ｂ、２５ｂとが並列に接続されている。この並列接続は、回路基板２０を挿通して設けられたスルーホール（不図示）によりなされている。このように接続されたＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂは、その一方を外部接続コネクタ２１の正極端子２１ｂに接続されている。
【００２６】
透孔２０ａに嵌まり込むように配置された温度ヒューズ２６は、電池群１５のリチウムイオン電池１８、１９の正極とＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂとの間の電流流通路中に挿入されている。
（パック電池１の動作）
上記図２のように回路基板２０に配置され、図３のような回路構成を有するパック電池１では、以下のように動作する。
【００２７】
コントロールＩＣ２２は、電池群１０、１５の電圧の監視し、過放電状態であると判断すると、電力流通路を遮断するように放電用のスイッチング素子としてのＦＥＴ２４ａ、２４ｂを駆動し、過充電状態であると判断すると、電力流通路を遮断するように充電用のスイッチング素子としてのＦＥＴ２５ａ、２５ｂを駆動する。
【００２８】
また、コントロールＩＣ２２は、電流検出抵抗２３の両端子間における電圧値を監視し、この電圧値から電池群１０、１５と負極端子２１ａとの間を流れる電流値を求める。コントロールＩＣ２２は、求めた電流値から電池容量を算出し、パック電池１の電池残量を示す情報として、データ端子２１ｃを介して外部機器に対して出力する。
【００２９】
さらに、コントロールＩＣ２２は、リード線２８ｃ、２８ｄを介して接続されたサーミスタ３０によりリチウムイオン電池１１〜１４、１６〜１９の温度の監視も行なっている。
感熱素子としての温度ヒューズ２６は、ＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂの全ての温度を監視しており、その温度が設定値（例えば、１３０℃）を超えた場合に、電池群１０、１５とＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂとの間の電力流通路を遮断する。このような温度ヒューズ２６は、所謂、非復帰が他の素子であって、回路の異常時などにリチウムイオン電池１１〜１４、１６〜１９および回路の保護を行ない、事故の発生を未然に防ぐように機能する。
（温度ヒューズ２６の配置により得られる優位性）
本実施の形態に係るパック電池１では、回路基板２０に穿設された透孔２０ａに嵌まり込むように温度ヒューズ２６を配置したが、この配置により得られる優位性について、図４を用いて説明する。図４は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【００３０】
図４に示すように、温度ヒューズ２６は、透孔２０ａに嵌まり込むように配置され、シリコーン樹脂層２７の介挿により、回路基板２０の両主表面に実装された全てのＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂと熱カップリングされている（図４では、２つのＦＥＴのみ図示）。このため、上記図５の回路基板１２０のように主表面毎に温度ヒューズ１２６を設ける必要がなく、備える温度ヒューズの数は、上記図５の２つに比べて、１つ少ない。
【００３１】
また、温度ヒューズ２６とＦＥＴ２５ａの本体部との距離は、温度ヒューズ２６から透孔２０ａの縁までの距離と、ＦＥＴ２５ａのリード２５ａ２の長さと、リード２５ａ２がハンダ付けされた導電ランドの幅とを足し合わせた距離となる。他方、温度ヒューズ２６とＦＥＴ２５ｂとは、略接する状態にあり、リード２５ｂ１、２５ｂ２により何ら左右されない。このような温度ヒューズ２６とＦＥＴ２５ａ、２５ｂとの位置関係においては、ＦＥＴ２５ａ、２５ｂで生じた熱が素早く温度ヒューズ２６に伝達されるので、温度ヒューズ２６の温度感知制度という面から優れる。
【００３２】
従って、このように温度ヒューズ２６が配置された回路基板２０を備えるパック電池１では、少ない温度ヒューズ２６の実装により両主表面に実装されたＦＥＴ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂの全ての温度を高い精度を持って感知することができるので、確実な安全性が確保されるとともに、コスト面および重量面で優れる。
（その他の事項）
なお、上記発明の実施の形態では、ＰＣに装着するためのパック電池を一例としたので、素電池の正極と外部接続コネクタの正極端子との間にＦＥＴを挿入しているが、挿入する場所は、これに限定を受けるものではない。例えば、携帯電話に装着するようなパック電池では、本体機器との通信を有しなくても良いので、素電池の負極と外部接続コネクタの負極端子との間にＦＥＴを挿入するものであっても良い。これは、一般的に負極側に挿入するＦＥＴの方が正極側に挿入するものに比べて安価であって、且つ、高性能という優位性を有するためである。
【００３３】
また、上記実施の形態においては、流通電力により温度が変動する電子部品としてＦＥＴを一例に、その発熱量に応じて電力流通路を遮断する感熱素子として温度ヒューズを一例に用いて説明したが、対象となる電子部品および感熱素子は、これに限定を受けるものではない。例えば、電子部品としては、電流検出抵抗２３でもよいし、感熱素子としては、感知した熱により端子間の抵抗値を変動させるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などでもよい。そして、上記回路基板２０において、感熱素子である温度ヒューズ２６は、基板本体に穿設された透孔２０ａ内に嵌まり込んだ状態で配置するものとしたが、透孔２０ａの周辺において、オモテ面あるいは裏面の面上に実装しておいても良い。この場合に、感熱素子を配置した主表面とは反対側の主表面に実装した電子部品との間に、透孔２０を経由する状態でシリコーン樹脂層２７を形成し、このシリコーン樹脂層２７の介挿により熱カップリングがなされるようにしておけばよい。
【００３４】
また、内蔵する素電池についても、上記実施の形態では、２本並列に接続されたブロックを４つ直列に接続した８本のリチウムイオン電池を一例に説明したが、電池の種類、内蔵数、接続形態は、これに限定されるものではない。例えば、素電池としては、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などでもよい。
【００３５】
また、上記パック電池では、内蔵する回路基板にコントロールＩＣ、電流検出抵抗、ＦＥＴ、温度ヒューズなどを実装するものを一例に用いたが、これ以外の電子部品が実装されている回路基板に対しても、本発明の技術を適用すれば、上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、本発明の技術は、パック電池に内蔵する回路基板のみに限定されるものではなく、電源回路や増幅回路などへの適用も可能である。つまり、本発明の技術は、両主表面に実装された複数の電子部品と、この電子部品の発熱量によって電力の流通を抑制する感熱素子とを備える回路基板に対して、適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明の回路基板は、透孔を通じて両主表面の電子部品が１つの感熱素子と熱結合されているのでので、１つの感熱素子によって、基板本体における両主表面の電子部品の発熱量に応じて感熱素子が電力の流通量を抑制することが可能であり、従来のように主表面ごとに感熱素子を実装する必要がある回路基板に比べて、実装する感熱素子の数を低減することができる。
【００３７】
従って、本発明の回路基板は、基板の両主表面に実装されたスイッチング素子などの電子部品に対して、実装する感熱素子の数が少なくても、確実な回路の保護が可能であって、コスト面で優位性を有する。
また、本発明のパック電池は、１または２以上の素電池と、上記回路基板とを備えることとしたので、基板の両主表面に実装されたＦＥＴまたは電流検出抵抗などの電子部品に対して、実装する感熱素子の数が少なくても、精度高く電子部品の発熱量を感知することが可能であって、コスト面および素電池を含む回路の保護という機能面で優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態に係るパック電池の構成を示す展開斜視図である。
【図２】図１における回路基板２０の構成を示す斜視図である。
【図３】パック電池１のブロック回路図である。
【図４】回路基板２０におけるＦＥＴ２５ａ、２５ｂと温度ヒューズ２６との配置関係を示す断面図である。
【図５】従来のパック電池に収納されている回路基板１２０の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１．パック電池
１０、１５．電池群
２０．回路基板
２０ａ．透孔
２２．コントロールＩＣ
２４ａ、２４ｂ．ＦＥＴ
２５ａ、２５ｂ．ＦＥＴ
２６．温度ヒューズ
２７．シリコーン樹脂層
３０．サーミスタ

Claims (5)

1. 基板本体における両主表面に電力流通路が設けられており、各主表面における電力流通路中に電子部品が挿入されてなる回路基板において、
   前記基板本体には、透孔が穿設されており、
   前記両主表面の電子部品は、前記透孔を通じて１つの感熱素子と熱結合されている
   ことを特徴とする回路基板。
2. 前記感熱素子は、前記透孔に嵌まり込んだ状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 少なくとも一方の主表面における電子部品は、前記透孔を跨ぐように配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
4. １または２以上の素電池と、請求項１から３の何れかに記載の回路基板とを備える
   ことを特徴とするパック電池。
5. 前記感熱素子が熱感知の対象とする電子部品は、前記素電池からの電力流通路中に挿入されてなるＦＥＴまたは電流検出抵抗であり、
   前記感熱素子は、温度ヒューズまたはＰＴＣ素子である
   ことを特徴とする請求項４に記載のパック電池。

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