特許 6382028 回路基板及び電子部品の実装方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6382028

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】回路基板及び電子部品の実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/76 20060101AFI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01H37/76 L

   H01H37/76 F

   H01H37/76 P

   H01H37/76 Q

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-171770(P2014-171770)

(22)【出願日】2014年8月26日

(65)【公開番号】特開2016-46208(P2016-46208A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113424

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 信博

(72)【発明者】

【氏名】古内 裕治

(72)【発明者】

【氏名】古田 和隆

(72)【発明者】

【氏名】向 幸市

【審査官】 関 信之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１２３１３９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板と、
少なくとも前記第１の基板の一方の面に配設された電極と、
前記電極上に配設された電子素子と、
内部空間を有するとともに通気口を有し、前記電子素子を覆う外装体と、
前記通気口を塞ぐ第１の封止部材とを
有する電子部品と、
前記電子部品を配設する第２の基板と、
前記第２の基板上の前記電子部品を封止する第２の封止部材とを
備える回路基板。

【請求項2】

前記第１の封止部材及び第２の封止部材は、樹脂材料である請求項１に記載の回路基板。

【請求項3】

前記第１の封止部材は、前記第２の封止部材よりも粘度の高い材料である請求項１又は２に記載の回路基板。

【請求項4】

前記電子部品の外装体は、前記通気口を複数有する請求項１乃至３の何れか１項に記載の回路基板。

【請求項5】

前記電子部品の外装体は、前記電子素子の直上を避ける位置に前記通気口が設けられる請求項１乃至４の何れか１項に記載の回路基板。

【請求項6】

前記電子部品の電子素子は、導通電流により溶断する保護素子である請求項１乃至５の何れか１項に記載の回路基板。

【請求項7】

更に、前記電子部品は発熱素子を備え、前記発熱素子への通電電流により前記保護素子を加熱することで溶断する請求項６記載の回路基板。

【請求項8】

第１の基板と、少なくとも前記第１の基板の一方の面に配設された電極と、前記電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに通気口を有し、前記電子素子を覆う外装体とを有する電子部品の通気口を第１の封止部材で封止する工程と、
前記電子部品を第２の基板に配設し、前記電子部品を前記第２の基板上に第２の封止部材で封止する工程と、
からなる電子部品の実装方法。

【請求項9】

前記第２の封止部材で封止する工程は、樹脂をポッティングする方法により行う請求項８に記載の電子部品の実装方法。

【請求項10】

前記第２の封止部材で封止する工程は、樹脂を射出成型する方法により行う請求項８に記載の電子部品の実装方法。

【請求項11】

前記第１の封止部材及び第２の封止部材は、樹脂材料である請求項８乃至１０の何れか１項に記載の電子部品の実装方法。

【請求項12】

前記第１の封止部材は、前記第２の封止部材よりも粘度の高い材料である請求項８乃至１１の何れか１項に記載の電子部品の実装方法。

【請求項13】

前記電子部品の電子素子は、導通電流により溶断する保護素子である請求項８乃至１２の何れか１項に記載の電子部品の実装方法。

【請求項14】

更に、前記電子部品は発熱素子を備え、前記発熱素子への通電電流により前記保護素子を加熱することで溶断する請求項１３に記載の電子部品の実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部空間を有する電子部品を実装した回路基板及び内部空間を有する電子部品を回路基板に実装する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護素子をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。

【0003】

この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有する保護素子が用いられている。

【0004】

保護素子は、内部にヒューズエレメントと加熱素子を備え、加熱によってヒューズエレメントが溶断し、また自己発熱によってもヒューズエレメントは溶断するため、溶断したヒューズエレメントが飛散しないように外装部品であるカバーで封止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２０６２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年のリチウムイオン二次電池の高容量化、高出力化に伴い、リチウムイオン二次電池向けの保護回路の保護素子についても、定格の向上が求められている。また、電子機器の小型化、薄型化に伴い、保護素子としても更なる小型化、薄型化が求められている。

【0007】

しかしながら、保護素子は、実装基板等に実装する際にリフロー工程等の熱処理工程を用いることがあり、カバー内部の空気が膨張し、カバーや内部のヒューズエレメントを破壊する恐れがある。保護素子の小型化、薄型化が進むにつれて、カバー等の強度を確保することが困難となり、小型の保護素子において、特に顕著な問題となっている。

【0008】

上述のような保護素子等、カバー内部に空間を有する電子部品では、実装時の熱処理工程において、内部の空気を逃すためにカバー部材に通気口を設けることが考えられる。

【0009】

しかしながら、カバー部材に通気口を設けた場合でも、内部の空気の膨張による損傷は避けられるものの、電子部品内部の素子がアウトガスにさらされ、素子の劣化を加速させてしまう恐れがある。例えば、周辺環境が汚染されている場合の環境ガスや、周辺部品から放出されたガスの影響により、素子の酸化、硫化が促進され、素子を劣化させ製品寿命を短くしてしまうおそれがある。

【0010】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、カバー内部に空間を有する電子部品を実装した回路基板において、内部空気の膨張による電子部品の損傷を防止するとともに、外部空気の流入による部品の劣化を低減することができるように電子部品を実装する方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した課題を解決するために、本発明に係る回路基板は、第１の基板と、少なくとも第１の基板の一方の面に配設された電極と、電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに通気口を有し、電子素子を覆う外装体と、通気口を封止する第１の封止部材とを有する電子部品と電子部品を配設する第２の基板と、第２の基板上の電子部品を封止する第２の封止部材とを備えるものである。

【0012】

また、本発明に係る電子部品の実装方法は、第１の基板と、少なくとも第１の基板の一方の面に配設された電極と、電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに通気口を有し、電子素子を覆う外装体とを有する電子部品の通気口を第１の封止部材で封止する工程と、電子部品を第２の基板に配設し、電子部品を第２の基板上に第２の封止部材で封止する工程とからなるものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、カバー内部に空間を有する電子部品において、内部空気を外部に放出可能等として内部の電子素子の損傷を防止するとともに、実装後は外部空気の流入を防止して内部素子の劣化を低減することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実装基板に電子部品を実装した回路基板を説明する断面図である。

【図2】図２は、実装基板に電子部品を実装した回路基板を説明する平面図である。

【図3】図３は、実装基板に電子部品を実装した回路基板を説明する斜視図である。

【図4】図４は、電子部品を説明する断面図である。

【図5】図５は、電子部品を説明する平面図である。

【図6】図６は、電子部品を説明する側面図である。

【図7】図７は、電子部品の通気口を封止した状態を説明する側面図である。

【図8】図８は、電子部品の通気口を封止した状態を説明する平面図である。

【図9】図９は、電子部品の内部を樹脂充填した場合を説明する断面図である。

【図10】図１０は、電子部品の機能が発揮され、可溶導体が溶融した状態を説明する断面図である。

【図11】図１１は、電子部品のカバー部材が外れてしまった状態を説明する断面図である。

【図12】図１２は、バッテリパックの回路構成を示す回路図である。

【図13】図１３は、本発明が適用された保護素子の等価回路である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明が適用された回路基板について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0016】

［回路基板］
回路基板について、図１乃至図３を用いて説明する。回路基板１００は、図１乃至図３に示すように、電子部品である保護素子１０と、第２の基板である実装基板２０と、第２の封止材料である第２の樹脂材料２５とを備えている。なお、図２においては、保護素子１０内部の絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６について簡便のため図示を省略するが、上面からの透し平図面にはこれら絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６があるものとする。

【0017】

保護素子１０については、詳細を以下で説明する。

【0018】

実装基板２０は、保護素子１０を実装する図示しない回路パターンが形成された基板である。実装基板２０は、図示しないハンダ等によって回路パターンと保護素子１０の端子が電気的に接続されている。

【0019】

第２の封止部材である第２の樹脂材料２５は、実装基板２０上で保護素子１０を封止する樹脂材料である。第２の樹脂材料２５は、後述する第１の樹脂材料２１よりも小さい所定の粘度を有しており、第１の樹脂材料２１を有する保護素子１０を完全に覆い隠すように設けられている。

【0020】

［電子部品の構成］
ここで、本実施例においては、電子部品として保護素子に適用して以下で説明するが、同様の課題を有する他の電子部品を実装する際にも適宜適用することができる。図４乃至図８に示すように、保護素子１０は、第１の基板である絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱抵抗体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁部材１５上に発熱抵抗体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３と、可溶導体１３上に設けられ、可溶導体１３に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体１３の濡れ性を向上させる複数のフラックス１７と、可溶導体１３を覆う外装体となるカバー部材１９と、第１の封止部材である第１の樹脂材料２１とを備える。

【0021】

なお、図４乃至図６においては、第１の樹脂材料２１を付加する前の状態が図示されており、図７及び図８においては、第１の樹脂材料２１を付加した後であって、第２の樹脂材料２５を付加する前の状態が図示されている。なお、図２、図５及び図８においては、実装基板２０の図示を省略している。保護素子１０を実装基板２０に実装する実装方法については詳細を後述する。また、図５乃至図８においては、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６について簡便のため図示を省略するが、上面からの透し図面にはこれら絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６があるものとする。

【0022】

絶縁基板１１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１１は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、可溶導体１３の溶断時の温度に留意する必要がある。

【0023】

発熱抵抗体１４は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１１上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。

【0024】

発熱抵抗体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、この絶縁部材１５を介して発熱抵抗体１４に対向するように発熱体引出電極１６が配置される。発熱抵抗体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱抵抗体１４と絶縁基板１１の間に絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。

【0025】

発熱体引出電極１６は、発熱抵抗体１４の一端と連続されるとともに、一端が発熱体電極１８（Ｐ１）に接続され、他端が発熱抵抗体１４を介して他方の発熱体電極１８（Ｐ２）に接続されている。

【0026】

可溶導体１３は、発熱抵抗体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の合金を用いてもよく、あるいは低融点金属と、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。

【0027】

なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）へ、ハンダ等により接続されている。

【0028】

また、保護素子１０は、内部を保護するために、絶縁基板１１上にカバー部材１９が設けられている。カバー部材１９は、内部空間を有するとともに保護素子１０の外部と内部とを連通する通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを有している。なお、通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって保護素子１０を実装する際に熱処理工程を経ても内部の膨張した空気が適切に外部へ放出することができる。また、保護素子１０を実装した後に樹脂による封止工程を行えば、外部のアウトガスが保護素子１０内に侵入することを防止することができる。封止工程については、詳細を後述する。

【0029】

保護素子１０は、可溶導体１３が、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６を介して、発熱抵抗体１４と重畳した位置に設けられることにより、発熱抵抗体１４が発した熱を効率よく可溶導体１３に伝え、速やかに溶断させることができる。

【0030】

ここで、保護素子１０は、定格を向上させ、より多くの電流を流すために、可溶導体１３の導体抵抗を下げることが求められる。そのため、保護素子１０は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間の導電距離の短縮化、及び可溶導体１３と電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との接続面積の増大が図られ、図２、図５及び図８に示すように、可溶導体１３の形状が、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間距離において短く、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との接続距離において長い、平面視で矩形状をなす。

【0031】

また、可溶導体１３の矩形化に応じて、発熱抵抗体１４、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６も、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間において短く、電極（Ａ１），１２（Ａ２）の長辺に沿って長い、矩形状をなす。

【0032】

［フラックスの配置］
可溶導体１３の表面には、フラックス１７が設けられている。フラックス１７は、略楕円形状をなし、張力が全体にわたって均一に作用し左右に偏倚することなくバランスよく保持されている。

【0033】

フラックス１７は、発熱抵抗体１４に沿って複数設けられている。これにより、保護素子１０は、フラックス１７が矩形状の可溶導体１３表面を広範囲にカバーすることができ、発熱抵抗体１４の発熱により、フラックス１７を可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、保護素子１０は、可溶導体１３の酸化防止や濡れ性の向上によって、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間の電流経路を速やかに溶断することができる。

【0034】

フラックス１７は、例えば、図２、図４、図５及び図８に示すように、可溶導体１３表面上において、発熱抵抗体１４と重畳する位置に、発熱抵抗体１４に沿って設けられている。これにより、フラックス１７は、発熱抵抗体１４の熱により可溶導体１３の発熱抵抗体１４との重畳位置から外縁部にかけて拡散し、可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散することで、可溶導体１３を速やかに溶断することができる。

【0035】

このとき、図１及び図４に示すように、少なくとも一つのフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上に配置されていることが好ましい。発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａは、絶縁基板１１上に設けられた矩形状の発熱抵抗体１４の中央部をいう。発熱抵抗体１４は、外部と接する外縁部から熱が逃げていくことから、外縁部から離れている発熱中心１４ａが最も温度が高く、外縁部に向かって低くなる温度分布を有する。

【0036】

保護素子１０は、発熱中心１４ａ上にフラックス１７を配置することにより、当該フラックス１７が発熱抵抗体１４の温度分布に対応して、発熱中心１４ａより外縁部に向かって放射状に拡散する。すなわち、発熱中心１４ａにフラックス１７を設けていない場合、最も温度が高い発熱中心１４ａに向かってはフラックス１７は拡散しにくく、発熱中心１４ａ上にフラックス１７が行き渡らない恐れがある。

【0037】

したがって、保護素子１０は、予めフラックス１７が拡散しにくい発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上にフラックスを配置することにより、確実にフラックス１７を可溶導体１３の全面に拡散させることができる。

【0038】

［通気口の形状および配置］
カバー部材１９に設ける通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの形状は、図６及び図７において、略矩形の切り欠き形状とされているが、略円弧状の切り欠き形状としてもよいし、加工の方法によって所望の形状とすることができる。また、カバー部材１９に設ける通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの配置は、図１、図２、図４乃至図８において、カバー部材１９の側面の下方で各側面の略中央とされているが、所望の位置に適宜設定することができる。なお、詳細は後述するが、カバー部材１９には、各側面に通気口を複数設けるようにしてもよい。また、カバー部材１９の上面に通気口を設けるようにしてもよい。

【0039】

ここで、カバー部材１９に設ける通気口の位置は、カバー部材１９の側面が最も好ましい。上面に通気口を設けた場合には、低粘度の第１の樹脂材料２１が、垂れ落ちて、保護素子１０内部に入り込みすぎてしまうためである。詳細は後述するが、第１の樹脂材料２１の保護素子１０内部への侵入量は少ない方が好ましい。また、低粘度の第１の樹脂材料２１を通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止するように保持するためには、カバー部材１９の側面が最も効果的であり、絶縁基板１１や実装基板２０によって、第１の樹脂材料２１の流れ落ちを防止し、形状が保持されやすいという効果を得ることができる。なお、第１の樹脂材料２１の粘度によっては、カバー部材１９の上面に通気口を設けることを妨げるものではない。

【0040】

通気口をカバー部材１９の上面に設ける場合には、第１の樹脂材料２１が、保護素子１０の内部に流入し、詳細を後述するが、保護素子１０の機能を阻害しないように、保護素子１０の可溶導体１３等の内部構造を避ける位置に設けることが好ましい。

【0041】

なお、カバー部材１９に設けた通気口の形状や配置は、保護素子１０を実装する際の熱処理工程において、膨張した内部の空気を外部に流出しやすい形状、配置とされていることが好ましい。

【0042】

［第１の封止部材］
第１の封止部材である第１の樹脂材料２１は、図１、図２、図７及び図８に示すように、カバー部材１９の開口部を封止するように設けられている。第１の樹脂材料２１は、所定の粘度を有しており、カバー部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止するように、それぞれ、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとして４ヶ所に設けるようにしている。

【0043】

なお、図７及び図８において、第１の樹脂材料２１は、４ヶ所を個別に埋めるように４ヶ所に分散するようにしているが、通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの複数をまとめて封止するよう構成してもよい。封止工程を簡略化することができるためである。この場合は、通気口の距離が近いものをまとめて一つのグループとして第１の封止材料２１によって封止するようにしてもよい。

【0044】

具体的に、図７及び図８に示す第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、は、ケース部材１９の側面に設けられた通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄに注入されて、重力によってケース部材１９の外部の下方に流れつつも、カバー部材１９の外側面や通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの壁面に対する表面張力によって丸みを帯びた形状となり、実装基板２０とによって支持されて形状が保持される。図７において、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９の上面側は薄く、実装基板２０側に向けて厚くなる形状となっている。第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、それぞれ通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを塞ぐことができる十分なサイズが好ましいが、必要以上に大きくすると、注入する樹脂の総量が多くなり大型化、重量増大を招くため、設計上許容ができる範囲で注入量を少なくし小さなサイズとすることが好ましい。

【0045】

より具体的な通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのサイズについて説明すると、例えば、保護素子１０の寸法が６ｍｍ×４ｍｍ×２ｍｍとすると、通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのサイズはそれぞれ、０．８ｍｍ×０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。上述で説明した第１の樹脂材料２１を注入する際に適した大きさとなり、第１の樹脂材料２１の注入する前の熱処理工程において、通気口としての機能を十分に発揮しうる大きさである。

【0046】

一方、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９の内部にも侵入することとなる。その侵入量は、図７及び図８に示すように、通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄから漏れ出た範囲で、必要最低限となるようにすることが好ましい。具体的は、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９の外側面と同様に、重力によって下方に流れつつも、カバー部材１９の内側面や通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの壁面に対する表面張力によって丸みを帯びた形状となり、絶縁基板１１によって支持されて形状が保持される。なお、図７において、内部へ侵入した第１の樹脂材料２１について、破線によって他の部位と同様に透視した状態で図示している。

【0047】

第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９内部において可溶導体１３等の内部素子と接触しない程度に通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄから漏れ出る程度とする。なお、図７及び図８において、内部へ侵入した第１の樹脂材料２１について、破線によって他の部位と同様に透視した状態で図示している。

【0048】

比較例を上げてより具体的に説明すると、可溶導体１３を覆うほど第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄがケース部材１９の内部に侵入しすぎた場合、例えば、図９に示すように、可溶導体１３を第１の樹脂材料２１によって覆ってしまう可能性がある。このような構造とした場合に、保護素子１０の内部を密閉することができるが、可溶導体１３が溶融した場合に、詳細を後述する回路を保護するための溶断が適切に行われない可能性が生じる。なお、図９は、樹脂の過充填を説明するための図であり、対応する構成要素に付した符号は、上述で説明した図１乃至図８と同じものを用いているが、あくまで比較例として例示しているに過ぎない。

【0049】

回路を保護するために適切な溶断が行われると、例えば、図１０に示すように、可溶導体１３は、溶融して分断されて中央でまとまり溶融導体１３ａとなる。溶融導体１３ａがまとまるためには、保護素子１０の内部空間が必要であり、図９に示すような第１の樹脂材料２１によって内部空間が埋められてしまうと、溶融導体１３ａがまとまることができなくなり、可溶導体１３が溶断せず、回路遮断が行えない恐れが生じてしまう。

【0050】

そこで、本実施の形態においては、図７及び図８で示すように、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９内部において可溶導体１３等の内部素子と接触せず、保護素子１０の内部空間が確保された状態となる程度の漏れ出し量となるように調整している。なお、保護素子１０の機能を阻害しない範囲で、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと可溶導体１３等とが接触することを妨げるものではない。

【0051】

第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止することで密閉するため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。また、後述する第２の樹脂材料２５の封止工程において、第２の樹脂材料２５を保護素子１０の内部に流入することを防止する機能を有する。

【0052】

なお、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、熱処理工程の後に付加するものである。熱処理工程において、保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、保護素子１０の内部空気を通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを経由して、保護素子の外部に放出するためである。

【0053】

ここで、比較例として、ケース部材１９に通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを設けなかった場合について、図１１を用いて説明する。なお、図１１は、ケース部材１９に通気口を設けなかった場合を説明するための図であり、対応する構成要素に付した符号は、上述で説明した図１乃至図８と同じものを用いているが、あくまで比較例として例示しているに過ぎない。

【0054】

ケース部材１９に通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを設けない場合、熱処理工程において、保護素子１０内部の空気が熱膨張するが膨張した空気の逃げ場がなく、保護素子１０の内部圧力が急激に上昇する。内部圧力の急激な上昇に伴い、保護素子１０の内部構造で強度の低い部分としてカバー部材１９が絶縁基板１１から引きはがされて、外れたり、カバー部材１９の一部が損傷してしまったりする。図１１では、カバー部材１９が外れてしまった状態を示している。

【0055】

保護素子１０の内部構造で強度の低い部分としてカバー部材１９が絶縁基板１１から引きはがされて、外れたり、カバー部材１９の一部が損傷してしまったりすると、保護素子が不良品となってしまう。なお、内部圧力の急激な上昇に伴う、損傷はカバー部材１９に限定されず、他の部材にも影響があることは言うまでもなく、このような場合も同様に保護素子１０が不良品となってしまう。

【0056】

従って、保護素子１０は、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを設けることで上述のような不良品の発生を回避することができる構造とされている。

【0057】

［第２の封止部材］
第２の封止部材である、第２の樹脂材料２５は、図１乃至図３に示すように、上述で説明した第１の樹脂材料２１によりケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止するように保護素子１０を実装基板２０上に封止するものである。

【0058】

より具体的は、第２の樹脂材料２５は、簡単に保護素子１０を封止することができるとともに、形状が安定しやすい樹脂材料を用いることが好ましい。このような要求に基づくと、第２の樹脂材料２５は、第１の樹脂材料２１よりも粘度の低い樹脂を用いることが好ましい。言い換えると、第１の樹脂材料２１は、第２の樹脂材料２５よりも粘度の高い樹脂を用いことが好ましいともいえる。例えば、第１の樹脂材料２１を用いて、保護素子１０の最外部を封止することは、熱硬化のための時間や、形状の安定性の上で好ましくない。従って、第２の樹脂材料２５は、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止する第１の樹脂材料２１と比較して粘度の低いものを用いることが好ましいと言える。

【0059】

第２の樹脂材料２５は、保護素子１０のカバー部材１９を強固に固定することができるため、保護素子１０内部の可溶導体１３が溶断する際にカバー部材１９が外れてしまうことも防止することができる。

【0060】

［樹脂材料］
ここで、第１の樹脂材料２１の具体例を上げる。第１の樹脂材料２１は、例えば、熱硬化性樹脂（セメダイン社製：ＳＸ７２０Ｂ）を用いることができる。ＳＸ７２０Ｂの粘度は、４２．０（Ｐａ・ｓ／２３℃）である。第１の樹脂材料２１は、封止シート（京セラケミカル社製：ＴＭＳ−７０１）等を用いてもよい。カバー部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止することができ、かつ、後述する実装工程で用いられる第２の樹脂材料２５の素子内部１９への流入を防止することができる、粘度又は強度を有することが好ましい。

【0061】

つぎに、第２の樹脂材料２５の具体例を上げる。第２の樹脂材料２５は、例えば、ポリアミド系樹脂接着剤（ヘンケル社製：ＯＭ６７８）を用いることができる。ＯＭ６７８の粘度は、３，０００（ｍＰａ・ｓ／２１０℃）である。射出成型等により簡単に保護素子１０を封止することができるとともに、整形金型により形状が安定しやすいため、保護素子１０の最外部を封止するために好適である。第２の樹脂材料２５は、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止する第１の樹脂材料２１と比較して粘度の低いものを用いることが好ましいと言える。より具体的には、後述する加熱工程において、第２の樹脂材料２５は、第１の樹脂材料２１と比較して粘度が低いことが好ましい。

【0062】

上述では、最適な樹脂材料を例示したが、第２の樹脂材料２５をポッティングすることで保護素子１０を封止する場合は、第１の樹脂材料２１と同程度の粘度の材料を用いることができる。製造上、熱硬化時間を長くとることができる場合に、選択しうる材料であり、第１の樹脂材料２１によりケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを予備的に封止し、第２の樹脂材料２５で保護素子１０を封止することができれば、これら、樹脂材料が、保護素子１０内部に侵入しすぎることが無くなり、保護素子１０の内部空間を確保しつつ保護素子１０の機能を維持し、保護素子１０の実装後にアウトガスの侵入を抑止することができる。

【0063】

また、封止部材としては、樹脂材料に限定せず、各種の封止部材を適宜選択して用いることができる。樹脂材料は、封止加工を容易とするために好適な材料であるが、他の封止機能を有する材料を選択するようにしてもよい。

【0064】

［実装工程］
次に、上述した構造を有する回路基板１００を製造する工程、すなわち、実装基板２０に保護素子１０を実装する工程について説明する。

【0065】

［１．熱処理工程］
まず、図４乃至図６に示すように、第１の樹脂材料２１を付加する前の保護素子１０を、図示しないハンダペーストを塗布した実装基板２０に設置し、例えばリフロー工程によって、ハンダペーストを溶融することで実装基板２０に実装する。リフロー工程は加熱を伴う工程であり、リフロー工程では、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが開放された状態、すなわち第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが無い状態としている。

【0066】

従って、熱処理工程において、上述で説明したケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって保護素子１０は内部圧力を外部に放出することができ、保護素子１０が損傷することはない。

【0067】

［２．第１の封止工程］
つぎに、第１の樹脂材料２１として熱硬化性樹脂をケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄにポッティングによって注入する。第１の樹脂材料２１は、第２の樹脂材料２５と比較して粘度が高いものを用いるため、ポッティングにより容易に通気口１９ａを塞ぎ、封止することが可能である。

【0068】

第１の樹脂材料２１の注入量は、図７及び図８に示す、第１の樹脂材料２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの形状となる量とする。少なくとも、第１の樹脂材料２１の注入量は、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを塞ぎ、第２の樹脂材料２５の侵入に耐え得る量とし、また、可溶導体１３と接するほど保護素子１０の内部に侵入しない量とする。

【0069】

なお、ポッティング後の第１の樹脂材料２１は、熱処理によって硬化する必要はない。後述で説明する第２の樹脂材料２５の保護素子１０内部への侵入を防止することができる程度の粘度又は強度を有していればよい。

【0070】

［３．第２の封止工程］
つぎに、第２の樹脂材料２５として、ポリアミド系樹脂接着剤を射出成型法により、実装基板２０上の保護素子１０を密閉するように封止する。具体的には、保護素子１０の外装部であるカバー部材１９よりも大きな形状の金型を用い、保護素子１０にこの金型をかぶせ、保護素子１０の上方から第２の樹脂材料２５を、例えば、２００℃、１５気圧で金型内に圧入し、封止構造体を形成し、第２の樹脂材料２５を室温まで冷却することで、封止構造体を硬化する。

【0071】

ここで、保護素子１０を第２の樹脂材料２５で封止する工程では、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが第１の樹脂材料２１によって封止されているため、保護素子１０の内部に低粘度で流動性が高い第２の樹脂材料２５が侵入することはない。

【0072】

言い換えると、第１の樹脂材料２１によってケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが封止されることで、図６で説明した場合と同様に、保護素子１０の内部に第２の樹脂材料２５が侵入してしまい、保護素子１０の内部空間を充填してしまうことはない。

【0073】

特に、第２の樹脂材料による封止工程で、射出成型法を用いるため、上記で例示した１５気圧で第２の樹脂材料２５が金型内に圧入され、第１の樹脂材料２１によりケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを封止していない場合に、保護素子１０の内部に加圧された低粘度の第２の樹脂材料２５が流入しやすいため、第１の樹脂材料２１による予備的な封止の効果を得ることができる。

【0074】

本実施の形態によれば、第１の樹脂材料２１による第１の封止工程により、ケース部材１９の通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを予備的に封止することで、第２の樹脂材料２５による第２の封止工程を経ても保護素子１０の内部空間を確保することができ、保護素子１０の機能を損なうことはない。

【0075】

以上のように、熱処理工程、第１の封止工程、第２の封止工程を経て保護素子１０が実装基板２０に実装された回路基板１００を得ることができる。回路基板１００は、第１の樹脂材料２１によって保護素子１０内部への第２の樹脂材料２５の流入を防止しつつ、第２の樹脂材料２５によって保護素子１０を完全に封止するため、保護素子１０内部へのアウトガスの流入を防止しつつも、適切に内部空間を保つ構造となっている。

【0076】

また、本発明を適用することにより、内部空間を有するカバー部材を備える電子部品を実装基板に実装する際に、電子部品の内部空気を外部に放出可能として内部の電子素子の損傷を防止するとともに、電子部品を実装基板に実装した、回路基板は外部空気の流入を防止して電子素子の劣化を低減することができるようになる。

【0077】

なお、以下では、上述した保護素子１０及び回路基板１００の使用方法について簡単に説明する。

【0078】

［保護素子の使用方法］
このような保護素子１０は、図１２に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック３０内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック３０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル３１〜３４からなるバッテリスタック３５を有する。

【0079】

バッテリパック３０は、バッテリスタック３５と、バッテリスタック３５の充放電を制御する充放電制御回路４０と、バッテリスタック３５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子１０と、各バッテリセル３１〜３４の電圧を検出する検出回路３６と、検出回路３６の検出結果に応じて保護素子１０の動作を制御する電流制御素子３７とを備える。

【0080】

バッテリスタック３５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル３１〜３４が直列接続されたものであり、バッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂを介して、着脱可能に充電装置４５に接続され、充電装置４５からの充電電圧が印加される。充電装置４５により充電されたバッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。

【0081】

充放電制御回路４０は、バッテリスタック３５から充電装置４５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子４１、４２と、これらの電流制御素子４１、４２の動作を制御する制御部４３とを備える。電流制御素子４１、４２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部４３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック３５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部４３は、充電装置４５から電力供給を受けて動作し、検出回路３６による検出結果に応じて、バッテリスタック３５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子４１、４２の動作を制御する。

【0082】

保護素子１０は、たとえば、バッテリスタック３５と充放電制御回路４０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子３７によって制御される。

【0083】

検出回路３６は、各バッテリセル３１〜３４と接続され、各バッテリセル３１〜３４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４０の制御部４３に供給する。また、検出回路３６は、いずれか１つのバッテリセル３１〜３４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子３７を制御する制御信号を出力する。

【0084】

電流制御素子３７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路３６から出力される検出信号によって、バッテリセル３１〜３４の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子１０を動作させて、バッテリスタック３５の充放電電流経路を電流制御素子４１、４２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

【0085】

以上のような構成からなるバッテリパック３０において、本発明が適用された保護素子１０は、図１３に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１０は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱抵抗体１４とからなる回路構成である。また、保護素子１０では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱抵抗体１４が電流制御素子３７と接続される。保護素子１０の２個の電極１２のうち、一方は、Ａ１に接続され、他方は、Ａ２に接続される。また、発熱体引出電極１６とこれに接続された発熱体電極１８は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極１８は、Ｐ２に接続される。

【0086】

このような回路構成からなる保護素子１０は、発熱抵抗体１４の発熱により可溶導体１３を溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。

【0087】

なお、本発明の保護素子は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。

【符号の説明】

【0088】

１０ 保護素子、１１ 絶縁基板、１２ 電極、１３ 可溶導体、１３ａ 溶断部、１４ 発熱抵抗体、１５ 絶縁部材、１６ 発熱体引出電極、１８ 発熱体電極、１９ カバー部材、通気口１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 通気口、２０ 実装基板、２１ 第１の樹脂材料、２５ 第２の樹脂材料、３０ バッテリパック、３１〜３４ バッテリセル、３６ 検出回路、３７ 電流制御素子、４０ 充放電制御回路、４１，４２ 電流制御素子、４３ 制御部、４５ 充電装置、１００ 回路基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】