JP4946742B2 - 基板、回路基板および電池パック - Google Patents

Description

この発明は、基板、回路基板および電池パックに関する。さらに詳しくは、基板に設けられたランドの形状に特徴を有する、基板、回路基板および電池パックに関する。

リチウムイオン二次電池は、過充電や過放電等を防止するための電池保護回路を形成した保護回路基板ととともに外装ケース内に収容して一体化された二次電池パックの形態で、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器の電源として、多く用いられている。（例えば特許文献１参照）

特開２００６−１７９２４２号公報

近年、二次電池パックの小型化が進み、保護回路基板のスペースや、二次電池セルの電圧モニタラインおよび電流ラインを配置するスペースが一段と狭くなっている。これを解決するため、二次電池セルと保護回路基板との接続方法をリード線とせず、金属板を使用してスペース効率を上げる方法が一般的に行われている。

リード線は、形状の変形が自在であるため、保護回路基板に接続後に複数の二次電池セルブロックへ規定の順番通りに接続することができる。しかしながら、金属板は、形状の変形が制限されるため、複数の二次電池セルブロックへ接続後にランダムに複数の金属板が保護回路基板に接触する。

したがって、保護回路基板との接続方法によっては、金属板と保護回路基板とを半田付けする前に保護回路基板側の電極と金属板とが接触してショートしてしまうため、二次電池セルとの接続順序を規定している多くの過電圧保護ＩＣなどが誤動作して二次電池パックが使用不可能になってしまう可能性がある。

例えば、従来では、以下の第１の例〜第４の例のようにして、金属板と保護回路基板とを接続している。

図４を参照しながら、第１の例について説明する。図４Ａは、ランドの形状を示し、図４Ｂは、ランドの中央を切断した断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、保護回路基板の一部分を示すものである。図４Ａでは、半田および金属板の図示を省略している。

第１の例では、金属板１０６を挿通する挿通孔１０２の開口部の周囲に、島状の導体パターンであるランド１０３が設けられており、ランド１０３の外周端から一定の距離を置いて、その外側にレジスト１０４が設けられている。第１の例では、基板１０１を貫通する挿通孔１０２の内周面にめっき１０７が設けられており、この挿通孔１０２に金属板１０６を挿通し、その状態でランド１０３に半田１０５で半田付けすることにより、金属板１０６を接続している。

図５を参照しながら、第２の例について説明する。図５Ａは、ランドの形状を示し、図５Ｂは、ランドの中央を切断した断面図である。図５Ａおよび図５Ｂは、保護回路基板の一部分を示すものである。図５Ｂでは、半田および金属板の図示を省略している。

第２の例では、金属板１０６を挿通する挿通孔１０２の開口部の側方に、四角形状の導体パターンであるランド１０３が設けられており、ランド１０３の外周端から一定の距離を置いて、その外側にレジスト１０４が設けられている。第２の例では、金属板１０６をめっきがされていない挿通孔１０２に挿通した後、金属板１０６を、挿通孔１０２の開口部の側方に設けられた、四角形状のランド１０３側へ折り曲げて、その状態で、半田１０５で半田付けすることによって接続している。

図６を参照しながら、第３の例について説明する。図６Ａは、ランドの形状を示し、図６Ｂは、ランドの中央を切断した断面図である。図６Ａおよび図６Ｂは、保護回路基板２の一部分を示すものである。図６Ａでは、半田および金属板の図示を省略している。

第３の例では、金属板１０６を挿通する挿通孔１０２の開口部周囲に、Ｏ字形状の導体パターンであるランド１０３が、基板１０１上に設けられており、ランド１０３の外周端から一定の距離を置いて、その外側にレジスト１０４が設けられている。第３の例では、めっきされていない挿通孔１０２に、金属板１０６を挿通し、その状態で半田１０５で半田付けすることによって、金属板１０６を接続している。

図７を参照しながら、第４の例について説明する。図７Ａは、ランドの形状を示し、図７Ｂは、ランドの中央を切断した断面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、保護回路基板の一部分を示すものである。図７Ａでは、半田および金属板の図示を省略している。

第４の例では、基板１０１上に、挿通孔１０２の開口部周囲に設けられた島状の導体パターンであるランド１０３と、ランド１０３と保護回路間を絶縁する空隙部を有するブリッジランド１０８と、が設けられている。ランド１０３およびブリッジランド１０８のそれぞれの外側には、それぞれの外周端から一定の距離をおいてレジスト１０４が設けられている。第４の例では、金属板１０６を挿通孔１０２へ通して、その状態で半田１０５で挿通孔１０２の開口部周囲に配置されたランド１０３に半田付けし、その後、ブリッジランド１０８を接続順序の規定どおりに、半田１０５で半田付けしてショートさせるようにしている。

しかしながら、第１の例では、二次電池セルと保護回路基板とを半田付けする前に基板側の電極と金属板が接触してショートしてしまうため、二次電池セルとの接続順序を規定している多くの過電圧保護ＩＣなどが誤動作して二次電池パックが使用不可能になってしまう問題があった。

第２の例〜第３の例では、金属板を挿通する挿通孔の内周面をめっきしないようにすることで、半田付け前に保護回路と金属板とがショートするのを防止できるが、第２の例では、金属板を折り曲げる工程が必要である問題と、半田付け部分となるランドが占める面積が比較的大きいので、実装面積を制限してしまい、適用できる保護回路基板が限定されてしまう問題があった。また、第３の例では、半田付け時に半田が金属板を伝って挿通孔へ流れ込み、挿通孔から半田が垂れてしまう問題や、ランドの面積が比較的小さいため半田付けの熱によるランド剥離が起きやすい問題があった。

第４の例では、ブリッジランドを設けることで、保護回路と金属板がショートするのを防止できるが、第４の例では、ブリッジランドをショートさせる作業が増えるため、作業時間の増加と作業忘れによる不良発生の危険性が生じる問題があった。

したがって、この発明の目的は、半田付け前に金属板と保護回路がショートするのを防止し、過電圧保護ＩＣなどの誤動作を阻止することができる、基板、回路基板および電池パックを提供することにある。

この発明の他の目的としては、半田が挿通孔から垂れるのを防止でき、同時に半田付け後の機械的強度を高めることができる、基板、回路基板および電池パックを提供することにある。

この発明の他の目的としては、作業効率を向上できる、基板、回路基板および電池パックを提供することにある。

上述した課題を解決するために、
第１の発明は、
電池セルに接続される金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、
挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに第１のランド部の周囲に第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、
半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部と
を有する基板である。

第２の発明は、
電池セルに接続される金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに第１のランド部の周囲に第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、を有する基板と、
基板に半田付けによって実装された１以上の部品と、
半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部と
を備える回路基板である。

第３の発明は、
金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに第１のランド部の周囲に第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部とを有する基板と、基板に半田付けによって実装された１以上の部品と、を備える回路基板と、
挿通孔に挿通された状態で半田付けランド部に半田付けされた金属板を介して回路基板に接続された電池セルと、
回路基板および電池セルを収容する外装体と、
を備える電池パックである。

この発明では、金属板を挿通する挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部と、第２のランド部とが接触しないようにされているので、半田付け前に金属板と保護回路がショートするのを防止でき、過電圧保護ＩＣなどの誤動作を防止できる。

この発明では、金属板を挿通する挿通孔の内周面にめっきが設けられているので、金属板を半田付けする際に、金属板を伝わって挿通孔内に半田が流れても、挿通孔の中で半田が一定量保持されるので、半田が孔から垂れるのを防止でき、同時に半田付け後の機械的強度を高めることができる。

この発明では、金属板を挿通する挿通孔の開口部の周囲に設けられた第１のランド部、並びに第１のランド部に接しないように、第１のランド部の周囲に設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部を有することによって、第１のランド部と第２のランド部とのショートと、挿通孔に挿通した金属板の半田付けとを一度に行うことができるので、作業効率を向上できる。

この発明によれば、半田付け前に金属板と保護回路がショートするのを防止でき、過電圧保護ＩＣの誤動作を阻止することができる。また、この発明によれば、半田が挿通孔から垂れるのを防止でき、同時に半田付け後の機械的強度を高めることができる。さらに、この発明によれば、作業効率を向上できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態による電池パックの構成を示す。この電池パックは、例えば、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器などに設けられた装着部に装着され、電子機器などに対して、所定の電力を安定して供給することが可能なものである。

図１に示すように、この電池パックは、２並列３直列に接続した電池セル１と、保護回路基板２と、電池セル１と保護回路基板２とを電気的に接続する金属板３と、を有する。なお、外部の機器で必要とされる電圧とバッテリー容量により、直列接続される電池セル１の数、並列接続数が決められる。

電池セル１は、例えば、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池であり、例えば円筒型の形状を有する。

保護回路基板２は、プリント基板などからなる基板に、外部と接続するためのコネクタ５、ＩＣ（Integrated Circuit）などの電子部品が実装された回路基板である。保護回路基板２は、基板に充放電制御機能を有する保護回路や充放電のためのスイッチ回路などを構成するＩＣが組み込まれ、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能を有するようになされている。

なお、本明細書において、回路基板とは、各部品が実装済みの基板、すなわち、実装済みの各部品も含む基板全体のことをいう。本明細書において、回路基板と、各部品が実装される前の基板または回路基板のうちの部品を除いた部分とを明確に区別する。

保護回路基板２には、基板の表面から裏面まで貫通する挿通孔１２が、金属板３の数に応じて、設けられている。この挿通孔１２に、電池セル１に接続された金属板３が挿通され、その状態で半田６で半田付けすることによって接続する。

図２を参照しながら、保護回路基板２と、金属板３との接続構造について、より詳細に説明する。図２Ａは、ランドの形状を示す。図２Ｂは、ランドの中央を切断した断面図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂは、保護回路基板２の一部分を示すものである。また、図２Ａでは、半田６および金属板３の図示を省略している。

図２に示すように、挿通孔１２の内周面には、銅などの導電材よりなるめっき７が形成されている。金属板３を差し込む挿通孔１２の内周面にめっき７を形成することによって、半田付け時に金属板３を伝わって挿通孔１２内に半田が流れても、挿通孔１２の中で半田が一定量保持されるので、挿通孔１２から半田が垂れるのを防止でき、同時に半田付け後の機械的強度を高めることができる。

挿通孔１２の開口部の周囲には、例えば、銅箔などの導体の島状パターンよりなるランド１３が形成されている。ランド１３は、半田６で半田付けされる部分となる半田付けランド部１４、半田付けランド部１４の周囲に設けれたランド補強パターン部１７を有する。

半田付けランド部１４は、挿通孔１２の開口部の周囲に設けられた第１のランド部１５および第１のランド部１５に接しないように、第１のランド部１５の周囲に設けられた第２のランド部１６からなる。第１のランド部１５は、挿通孔１２に形成されためっき７と一体化しているので、第１のランド部１５とめっき７とは、導通可能とされている。第２のランド部１６およびランド補強パターン部１７は、基板１１上に形成された保護回路などを構成する配線パターン（図示省略）につながっており、第２のランド部と配線パターンとは、導通可能とされている。

半田付けランド部１４は、第１のランド部１５と第２のランド部１６とが接触しない構成とされている。すなわち、半田付け前は、第１のランド部と第２のランド部とが、導通可能とされていない。したがって、金属板３を挿通孔１２に挿通して半田付けにより固定する前に、めっき７に金属板３が接触しても、第１のランド部１５と第２のランド部１６とが接触していないので、保護回路と金属板３との短絡は生じない。

ランド補強パターン部１７は、半田付け時の熱によりランド１３が剥離するのを防止するために、ランド１３の基板１１への接合を補強するための導体パターンである。このランド補強パターン部１７は、レジスト１８で覆われている部分であり、ランド補強パターン部１７をレジスト１８で覆うことにより、ランド１３の基板１１への接合を補強し、半田付け時の熱によるランド剥離を防止できる。

ランド補強パターン部１７は、ランド１５の基板１１への接合状態を補強することができ、半田付け時の熱によるランド剥離を防止できる程度の面積を有していればよく、例えば、少なくとも第２のランド部１６の幅の等倍以上の幅で設けられている。

また、保護回路基板２は、図３に示すように、基板１１内に銅箔などの導体からなる配線パターン２１を有する構成にしてもよい。このような構成では、配線パターン２１と、挿通孔１２の内周面のめっき７とが、接触しないように構成する必要がある。このようにしないと、金属板３を半田付けにより固定する前に、挿通孔１２に挿通した金属板３と挿通孔１２の内周面に設けられためっき１７とが接触すると、金属板３と保護回路が短絡してしまうからである。

外装ケース４は、例えば、ポリカーボネートやＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂などの絶縁性樹脂などからなり、内部に電池セル１および保護回路基板２などが収納される収納空間を形成するものである。

この発明の一実施形態による電池パックでは、挿通孔１２の開口部の周囲に設けられた第１のランド部１５および第１のランド部１５に接しないように、第１のランド部の周囲に設けられた第２のランド部１６からなる半田付けランド部１４を有するので、半田付け前に金属板３と保護回路がショートするのを防止でき、ＩＣの誤動作を阻止することができる。

また、この発明の一実施形態による電池パックでは、挿通孔１２の内周面は、銅などの導電材からなるめっき１７が形成されているので、半田付け時に金属板３を伝わって挿通孔１２内に半田が流れても、挿通孔１２の中で半田が一定量保持されるので、挿通孔１２から半田が垂れるのを防止でき、同時に半田付け後の機械的強度を高めることができる。

さらに、この発明の一実施形態による電池パックでは、挿通孔１２の開口部の周囲に設けられた第１のランド部１５、並びに第１のランド部１５に接しないように、第１のランド部の周囲に設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部１６を有することによって、第１のランド部１５と第２のランド部１６とのショートと、挿通孔１２に挿通した金属板３の半田付けを一度に行うことができるので、作業効率を向上できる。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、第１のランド部１５、第２のランド部１６、ランド補強パターン部１７の形状は、一実施形態の形状に限定されるものではない。また、電池セル１は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素電池など種々の電池を用いることができる。さらに、この保護回路基板２の使用形態は、電池セル１が保護回路基板２とともに外装ケース４に収容される回路基板付き電池パックに限定されるものではない。

この発明の一実施形態による電池パックの構成を示す略線図である。 ランド形状を説明するための略線図である。 ランド形状を説明するための略線図である。 従来の接続方法の第１の例を説明するための略線図である。 従来の接続方法の第２の例を説明するための略線図である。 従来の接続方法の第３の例を説明するための略線図である。 従来の接続方法の第４の例を説明するための略線図である。

符号の説明

１・・・電池セル
２・・・保護回路基板
３・・・金属板
４・・・外装ケース
５・・・コネクタ
６・・・半田
１１・・・基板
１２・・・挿通孔
１３・・・ランド
１４・・・半田付けランド部
１５・・・第１のランド部
１６・・・第２のランド部
１７・・・ランド補強パターン部
１８・・・レジスト
２１・・・配線パターン
１０１・・・基板
１０２・・・挿通孔
１０３・・・ランド
１０４・・・レジスト
１０５・・・半田
１０６・・・金属板
１０７・・・めっき
１０８・・・ブリッジランド

Claims (6)

1. 電池セルに接続される金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、
   上記挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに上記第１のランド部の周囲に上記第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、
   上記半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部と
   を有する基板。
2. 内部に導体からなる配線パターンをさらに有し、
   上記配線パターンと上記挿通孔の内周面に設けられた上記めっきとが接触していない請求項１記載の基板。
3. 電池セルに接続される金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、上記挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに上記第１のランド部の周囲に上記第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、を有する基板と、
   上記基板に半田付けによって実装された１以上の部品と、
   上記半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部と
   を備える回路基板。
4. 上記基板の内部に導体からなる配線パターンをさらに有し、
   上記配線パターンと上記挿通孔の内周面に設けられた上記めっきとが接触していない請求項３記載の回路基板
5. 金属板を挿通する挿通孔の内周面に設けられためっきと、上記挿通孔の開口部周囲に設けられた第１のランド部、並びに上記第１のランド部の周囲に上記第１のランド部に接しないように設けられた第２のランド部からなる半田付けランド部と、上記半田付けランド部の周囲に設けられたレジストに覆われるランド補強パターン部とを有する基板と、上記基板に半田付けによって実装された１以上の部品と、を備える回路基板と、
   上記挿通孔に挿通された状態で上記半田付けランド部に半田付けされた上記金属板を介して上記回路基板に接続された電池セルと、
   上記回路基板および上記電池セルを収容する外装体と、
   を備える電池パック。
6. 上記基板の内部に導体からなる配線パターンをさらに有し、
   上記配線パターンと上記挿通孔の内周面に設けられた上記めっきとが接触していない請求項５記載の電池パック。

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