(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底を閉塞しているコイン型に金属を成形しているコイン外装缶(3)の開口部に、絶縁シール(7)を介して封口板(4)を固定して、封口板(4)でコイン外装缶(3)を絶縁して気密に閉塞しており、コイン外装缶(3)と封口板(4)を一対の電極(5)としているコイン型電気素子(1)と、このコイン型電気素子(1)を表面に設けた導電部(9)に半田付けして固定しているプリント基板(2)とを備え、
コイン型電気素子(1)が、コイン外装缶(3)の底面または封口板(4)からなる第１の電極面(5A)を、リード板を介することなく、プリント基板(2)の導電部(9)にリフロー半田で固定しており、プリント基板(2)に固定されない他方の第２の電極面(5B)は、リード板(6)を介してプリント基板(2)の導電部(9)にリフロー半田で固定しており、さらに、リード板(6)をコイン型電気素子(1)とプリント基板(2)との間に折曲して、折曲部(6A)をプリント基板(2)の導電部(9)に半田付けして固定してなることを特徴とするコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項２】
コイン型電気素子(1)がコイン型電池である請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項３】
コイン型電気素子(1)がコンデンサーである請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項４】
封口板(4)を第１の電極面(5A)としてプリント基板(2)の導電部(9)に半田付けしており、コイン外装缶(3)の底面を第２の電極面(5B)としてリード板(6)を介してプリント基板(2)の導電部(9)に半田付けして固定している請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項５】
コイン外装缶(3)の底面を第１の電極面(5A)としてプリント基板(2)の導電部(9)に半田付けしており、封口板(4)を第２の電極面(5B)としてリード板(6)を介してプリント基板(2)の導電部(9)に半田付けして固定している請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項６】
コイン型電気素子(1)が、リード板(6)の折曲部(6A)と対向する位置に絶縁膜(8)を設けている請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項７】
コイン型電気素子(1)が、プリント基板(2)の導電部(9)に半田付けしている第１の電極面(5A)を、半田(10)と親和性の高い金属でメッキしている請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【請求項８】
コイン型電気素子(1)が、プリント基板(2)の導電部(9)に半田付けしている第１の電極面(5A)に金属薄板(11)を固定している請求項１に記載されるコイン型電気素子を実装するプリント基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイン型電気素子を半田付けして実装しているプリント基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイン型電池等のコイン型電気素子は、両端に一対の電極を設けている。このコイン型電気素子は、底を閉塞しているコイン外装缶の開口部を封口板で閉塞しいる。封口板は、絶縁シールを介してコイン外装缶の開口部に固定されて、コイン外装缶を気密に閉塞している。絶縁シールは、封口板とコイン外装缶とを絶縁する。互いに絶縁された封口板と外装缶は、一対の電極として使用される。この構造のコイン型電気素子は、図１に示すように、外装缶３と封口板４からなる電極５に一対のリード板６をスポット溶接して連結している。２枚のリード板６の先端は、プリント基板２の導電部９に半田付けして固定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すように、２枚のリード板６を介してプリント基板２に半田付けして実装されるコイン型電気素子１は、図２に示すように、リード板６の半田付け部６Ｂによって、プリント基板２への実装面積が大きくなる。リード板６の半田付け部６Ｂが、コイン型電気素子１の外側に突出するからである。さらに、この構造は、コイン型電気素子をしっかりと固定するためにリード板の半田付け面積を大きくすると、実装面積がさらに大きくなる欠点がある。
【０００４】
さらに、この構造でプリント基板に実装されるコイン型電気素子は、実装面積を小さくするためにリード板を短くすると、加熱された半田コテと溶融ハンダで熱障害を受けやすくなる。とくに、リード板を確実にプリント基板に連結するためには、ハンダを充分に溶融できる温度までリード板を高温に加熱することが大切である。リード板が充分に加熱されないと、溶融された半田の流れが悪く、リード板の表面に広い面積に半田を密着できなくなって、半田不良の原因となるからである。半田不良を解消するために、リード板を充分に加熱することが大切である。リード板は、押し付けられる半田コテで加熱される。半田を充分に溶融できる温度まで加熱すると、半田コテに付着している半田がリード板の表面に沿って流れて広い面積に拡散する。半田を充分に拡散させるために、半田コテでリード板を充分に加熱する必要がある。作業者は、リード板の表面に充分に半田を流すまで半田コテをリード板に押しつけて加熱する。熱障害を受けやすいコイン型電気素子を半田付けするとき、リード板を加熱する程度は極めて微妙である。リード板の温度が高すぎると、コイン型電気素子が熱障害を受け、リード板の温度が低すぎると半田不良を起こすからである。とくに、半田コテを使用する方法は、作業者が半田の状態を目で確認して、半田コテでの加熱状態を調整するので、常に理想的な状態で半田付けするのが極めて難しい。
【０００５】
リフロー半田は、半田コテを使用する方法に比較すると、温度制御を正確にできる。ただ、リフロー半田は、熱風で全体を加熱して半田ペーストを溶融させるので、リード板のみでなく、コイン型電気素子も加熱される。したがって、図１に示すように、リード板の両端をリフロー半田してプリント基板に半田付けするとき、コイン型電気素子の全体が高温に加熱されて熱障害を受ける弊害が発生する。
【０００６】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、実装面積を著しく小さくして、コイン型電気素子を熱障害から防止しながら、確実に安定してプリント基板に半田付けして固定できるコイン型電気素子を実装しているプリント基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
コイン型電気素子は、コイン型電池、あるいはコンデンサーとすることができる。
【０００８】
本発明のコイン型電気素子を実装するプリント基板は、コイン型電気素子１と、このコイン型電気素子１を表面に設けた導電部９に半田付けして固定しているプリント基板２とを備える。コイン型電気素子１は、底を閉塞しているコイン型に金属を成形しているコイン外装缶３の開口部に、絶縁シール７を介して封口板４を固定して、封口板４でコイン外装缶３を絶縁して気密に閉塞しており、コイン外装缶３と封口板４を一対の電極５としている。コイン型電気素子１は、コイン外装缶３の底面または封口板４からなる第１の電極面５Ａを、リード板を介することなく、プリント基板２の導電部９にリフロー半田で固定している。プリント基板２に固定されない他方の第２の電極面５Ｂは、リード板６を介してプリント基板２の導電部９にリフロー半田で固定している。
【０００９】
コイン型電気素子を実装するプリント基板は、封口板４を第１の電極面５Ａとしてプリント基板２の導電部９に半田付けし、コイン外装缶３の底面を第２の電極面５Ｂとしてリード板６を介してプリント基板２の導電部９に半田付けして固定することができる。あるいはまた、コイン型電気素子を実装するプリント基板は、コイン外装缶３の底面を第１の電極面５Ａとしてプリント基板２の導電部９に半田付けし、封口板４を第２の電極面５Ｂとしてリード板６を介してプリント基板２の導電部９に半田付けして固定することができる。
【００１０】
リード板６は、コイン型電気素子１とプリント基板２との間に折曲して、折曲部６Ａをプリント基板２の導電部９に半田付けして固定する。この構造は、コイン型電気素子１をプリント基板２に実装する面積を、より小さくできる特長がある。さらに、コイン型電気素子１は、リード板６の折曲部６Ａと対向する位置に絶縁膜８を設けることができる。この絶縁膜８は、リード板６の折曲部６Ａが第１の電極面５Ａに接触してショートするのを確実に阻止する。
【００１１】
コイン型電気素子１は、プリント基板２の導電部９に半田付けしている第１の電極面５Ａを、半田１０と親和性の高い金属でメッキすることができる。コイン型電気素子１は、第１の電極面５Ａに金属薄板１１を固定して、プリント基板２の導電部９に半田付けすることもできる。
【００１２】
リフロー半田装置に搬入された部材は、吸収熱量に比例し、比熱に反比例して温度が上昇する。吸収熱量は、面積が広くなると大きくなる。比熱は、部材の材質で特定する定数である。したがって、表面積が大きく、比熱の小さい部材は、温度上昇が大きくなる。ただ、この関係が成立するのは、部材の形態が変化しないときであって、固体から液体に変化するときは、融解熱が温度上昇を制限する。融解熱は、比熱に比較すると極めて大きく、温度上昇を著しく制限する。たとえば、半田に含まれるスズは、融解熱が１４ｃａｌ／ｇであるのに対し、比熱は０．０５３ｃａｌ／ｇである。また、半田に含まれる鉛は、融解熱が５．５ｃａｌ／ｇで比熱が０．０３０９ｃａｌ／ｇである。融解熱は、半田全体が溶融されるまで、加熱される半田の温度上昇を融点に保持する。半田全体が溶融された後、吸収熱量に比例して温度が上昇する。図１０は、吸収熱量に対する半田の温度上昇を示すグラフである。固体から液体に変化して加熱される半田は、図に示すように融点まで加熱されると、融解熱によって、半田の温度上昇は融点に保持される。半田全体が固体から液状に溶融されると、温度は次第に上昇する。したがって、半田の温度上昇は、融点付近で一時的に制限される。温度の上昇が制限される半田は、第１の電極面５Ａに密着されて、第１の電極面５Ａの温度上昇を遅くする。第１の電極面５Ａは、コイン外装缶３や封口板４である。このため、温度上昇が制限される半田１０は、コイン型電気素子１の外装缶３や封口板４の温度上昇を遅くして、熱障害を有効に阻止する。とくに半田１０は、コイン型電気素子１をしっかりとプリント基板２に固定するために、広い面積で第１の電極面５Ａに密着される。このことは、半田１０が第１の電極面５Ａの温度上昇を制限する効果を向上させる。第１の電極面５Ａが、広い面積で温度の上昇を制限されることにより、コイン型電気素子１の温度障害は有効に防止される。第１の電極面５Ａである外装缶３や封口板４は、熱伝導の優れた金属製である。このため、第１の電極面５Ａの温度上昇が広い面積で制限されると、コイン型電気素子１の温度上昇が制限されて、絶縁シール７等の最高加熱温度は低くなる。リフロー半田されるコイン型電気素子１は、半田不良を解消するために、コイン型電気素子１の限界に近い温度まで加熱されるので、温度上昇をわずかでも低くできることは、製品の信頼性を飛躍的に高くすることに効果がある。絶縁シール７の最高加熱温度が限界を越えると不良品となり、限界を越えない最高温度に制限できると不良品を皆無にできるからである。
【００１３】
さらに、リフロー半田は、コイン型電気素子１の第１の電極面５Ａを広い面積で温度上昇を有効に制限するが、半田１０は溶融して確実に付着される環境となって、半田不良は有効に解消される。それは、半田１０を溶融して付着する第１の電極面５Ａ、プリント基板２の導電部９、リード板６等は、融解熱で温度上昇が制限されないからである。すなわち、半田１０とこれを密着している第１の電極面５Ａは、半田１０の融解熱で温度上昇を制限されるが、溶融された半田１０が付着される部分は、融解熱による温度上昇の制限がなく、温度が上昇しやすい環境にあるので、溶融した半田１０の流れがよくなって、半田１０は理想的な状態で密着される。
【００１４】
以上のようにして、コイン型電気素子１の第１の電極面５Ａが導電部９にリフロー半田で固定される状態と、半田コテでリード板６をプリント基板２に半田付けする状態とを比較すると、両者は半田の加熱状態が著しく異なる。半田コテは、すでに溶融している半田をコテ先に付着している。溶融状態の半田とコテがリード板や導電部を加熱して半田付けするので、半田の融解熱がリード板や導電部の温度上昇を制限することはない。ところで、半田コテを使用することなく、コイン型電気素子のリード板がリフロー半田でプリント基板の導電部に連結される技術も開発されている。この技術は、コイン型電気素子の電極に連結されたふたつのリード板をリフロー半田して半田付けする。すなわち、この構造でプリント基板に連結されるコイン型電気素子は、図１に示すように、第１の電極面５Ａと第２の電極面５Ｂの両方にリード板６を連結している。この構造でプリント基板２に連結されるコイン型電気素子１は、リフロー半田されるときに加熱されて、熱障害を受ける欠点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのコイン型電気素子を実装するプリント基板を例示するものであって、本発明はコイン型電気素子を実装するプリント基板を以下のものに特定しない。
【００１６】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
図３ないし図５、及び図７は、コイン型電気素子１を実装するプリント基板２を示す。コイン型電気素子１は、コイン型電池またはコイン型のコンデンサー等の電気素子であって、外装缶３と封口板４を一対の電極５とする素子である。コイン型電気素子１は、図９の断面図に示すように、外装缶３の開口部を封口板４で閉塞している。外装缶３は、底を閉塞しているコイン型である。この形状のコイン外装缶３は、金属板をプレス成形して製作される。封口板４も金属板をプレス成形して製作される。図の封口板４は、周縁を円筒状に成形している。封口板４の筒部とコイン外装缶３との間に絶縁シール７が挟着される。絶縁シール７は、封口板４とコイン外装缶３に密着して、コイン外装缶３の開口部を封口板４で気密に閉塞する。封口板４は、コイン外装缶３の開口部を内側に折曲するカシメ加工によって、外装缶３の開口部に固定される。絶縁シール７は、外装缶３の内部を気密に密閉すると共に、封口板４とコイン外装缶３とを絶縁する。互いに絶縁されたコイン外装缶３と封口板４は、一対の電極５を構成する。コイン型電池は、外装缶３に＋−の電極板１２を内蔵している。＋−の電極板１２は、一方をコイン外装缶３に、他方を封口板４に接続している。コイン型のコンデンサーは、外装缶の内部に対向して一対の電極板を設けている。一方の電極板はコイン外装缶に、他方の電極板は封口板に接続される。図のコイン型電気素子１は、封口板４をコイン外装缶３の開口部から突出させている。
【００１８】
コイン型電気素子１は、一対の電極５をプリント基板２にリフロー半田して固定される。一対の電極５は、一方をコイン外装缶３の底面として、他方を封口板４としている。したがって、一対の電極５は、コイン型電気素子１の両面に配置され、一方を第１の電極面５Ａとして、他方を第２の電極面５Ｂとしている。コイン型電気素子１は、第１の電極面５Ａに第１半田面１３を設けている。この第１半田面１３は、プリント基板２の導電部９にリフロー半田して固定される。さらに、コイン型電気素子１は、第２の電極面５Ｂにリード板６を連結している。このリード板６は、先端部に第２半田面１４を設けている。この第２半田面１４は、プリント基板２の導電部９にリフロー半田して固定される。第１半田面１３と第２半田面１４は、プリント基板２の導電部９に一緒にリフロー半田して固定できるように、ほぼ同一平面に配設している。図３と図４のコイン型電気素子１は、封口板４を第１の電極面５Ａとし、外装缶３の底面を第２の電極面５Ｂとしている。図５と図７のコイン型電気素子１は、外装缶３の底面を第１の電極面５Ａとして、封口板４を第２の電極面５Ｂとしている。
【００１９】
第１の電極面５Ａとなるコイン外装缶３や封口板４は、プリント基板２の導電部９にリフロー半田して固定される。第１の電極面５Ａは、表面をメッキし、あるいは、図７と図８に示すように、金属薄板１１を溶接して第１半田面１３を設けて、より確実にリフロー半田で固定される。第１の電極面５Ａの表面をメッキする場合、半田１０と親和性の高い金属でメッキする。第１の電極面５Ａの表面のメッキには、錫メッキが最適である。半田１０が錫を含むために、錫メッキしている第１の電極面５Ａは、半田１０との相性がよく確実に固定されるからである。ただ、錫メッキに限らず、ニッケルメッキ、銅メッキ、シンチュウメッキ、亜鉛メッキ等のメッキもリフロー半田でしっかりと固定される。金属薄膜１１は、リフロー半田と相性のよい金属、たとえば、ニッケル板等が使用される。金属薄膜１１は、異なる金属板を積層しているクラッド材とすることもできる。このクラッド材もリフロー半田に接触する第１半田面を、半田と相性のよい金属とする。
【００２０】
第１の電極面５Ａにメッキや金属薄膜１１を設けているコイン型電気素子１は、コイン外装缶３や封口板４をステンレスで製作できる。ステンレスは、リフロー半田との相性がよくない。ただ、メッキや金属薄膜１１を介在させて第１半田面１３を設けることによって、ステンレス製の外装缶３や封口板４も、リフロー半田でしっかりとプリント基板２に固定できる。
【００２１】
第２の電極面５Ｂは、スポット溶接し、あるいはレーザー溶接してリード板６を連結している。リード板６は、コイン型電気素子１の外周に沿って折曲すると共に、その先端部をコイン型電気素子１の内側または外側に折曲している。図４と図７のリード板６は、その先端部を、コイン型電気素子１の内側である第１の電極面５Ａの表面側に向かって、すなわちコイン型電気素子１とプリント基板２との間に折曲している。この構造は、コイン型電気素子１の実装面積を最も小さくできる特長がある。この構造のコイン型電気素子１は、リード板６のショートを防止するために、リード板６の折曲部６Ａと対向する位置であって、第１の電極面５Ａとなるコイン外装缶３の底面または封口板４の表面に絶縁膜８を設けている。絶縁膜８は、リフロー半田に耐える耐熱性の絶縁塗料、あるいは絶縁シートである。耐熱性の絶縁塗料には、たとえばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を使用する。リード板６は、折曲加工された後にコイン型電気素子１の第２の電極面５Ｂに連結され、あるいは、第２の電極面５Ｂに連結した後に折曲加工される。絶縁膜８は、リード板６を連結する前工程でコイン型電気素子１に付着される。
【００２２】
リード板６の折曲部６Ａは、プリント基板２の導電部９にリフロー半田して固定される。図３と図５のリード板６は、コイン型電気素子１の外側でプリント基板２に固定している。この構造は、リード板６を第１の電極面５Ａから離してプリント基板２に固定できるので、リード板６と第１の電極面５Ａとのショートを有効に防止できる特長がある。
【００２３】
プリント基板２は、第１の電極面５Ａを連結する部分と、リード板６の先端部を連結する部分に、互いに離して導電部９を固定している。プリント基板２の導電部９には、以下の状態でコイン型電気素子１が連結される。
(1)  コイン型電気素子１の第１の電極面５Ａが、クリーム半田１０を介してプリント基板２の導電部９に仮り接着される。このとき、リード板６の先端部も、クリーム半田１０を介してプリント基板２の導電部９に仮り接着される。この状態で、コイン型電気素子１がプリント基板２に押し付けられると、クリーム半田１０は第１の電極面５Ａと導電部９の隙間に広げられて、第１の電極面５Ａに密着される。
【００２４】
(2)  プリント基板２がリフロー半田装置に搬入される。リフロー半田装置内で、プリント基板２とコイン型電気素子１とリード板６が加熱され、クリーム半田１０は熱で溶融される。このとき、クリーム半田１０に含有される金属は、固体の状態から液体の状態に溶融されるので、融解熱で温度上昇が制限される。融解熱は、比熱に比較して相当に大きく、半田全体が溶融されるまで半田１０の温度を融点に保持する。このため、半田１０は、全体が溶融されるまでほとんど温度が上昇せず、温度上昇が遅れる。温度上昇が制限される半田１０は、第１の電極面５Ａに密着して、コイン型電気素子１の温度上昇を制限する。第１の電極面５Ａは、半田１０の融解熱で温度上昇が制限されながら、リフロー半田の熱に加熱されて温度上昇する。この状態で、第１の電極面５Ａが半田１０の融点よりも高温になると、半田１０の流れがよくなって、第１の電極面５Ａに溶融した半田１０が密着される。第１の電極面５Ａを半田付けする導電部９も温度が上昇して、半田１０が密着される。以上のようにして、第１の電極面５Ａがプリント基板２の導電部９に半田付けされる。このとき、第２の電極面５Ｂに連結しているリード板６もプリント基板２の導電部９に半田付けされる。リード板６は、第１の電極面５Ａに比較して温度が上昇しやすく、第１の電極面５Ａが半田付けされる状態で、しっかりとプリント基板２の導電部９に半田付けされる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のコイン型電気素子を実装しているプリント基板は、実装面積を著しく小さくして、コイン型電気素子を熱障害から防止しながら、確実に安定して半田付けして固定できる特長がある。それは、本発明が、コイン型電気素子の第１の電極面にリフロー半田で固定される第１半田面を設けると共に、他方の第２の電極面にリード板を連結して、このリード板の先端部にリフロー半田で固定される第２半田面を設けており、さらに、本発明のプリント基板が、コイン型電気素子の第１の電極面を、リード板を介することなくプリント基板の導電部にリフロー半田で固定すると共に、プリント基板に固定されない他方の第２の電極面をリード板を介してプリント基板の導電部にリフロー半田で固定しているからである。
【００２６】
第１の電極面を直接にリフロー半田で固定する構造は、両方の電極をリード板を介して固定する従来の構造に比べて、コイン型電気素子の実装面積を小さくできる。それは、従来のように、リード板の半田付け部をコイン型電気素子の外側に突出させることなく、コイン型電気素子をプリント基板の導電部にリフロー半田で固定するからである。ちなみに、図１と図２に示す従来の構造のプリント基板におけるコイン型電気素子の実装面積を１００とすると、本発明の実施例である図３、図５及び図６に示す構造のプリント基板では実装面積が７９に、図４、図７及び図８に示す構造のプリント基板では実装面積が７０になり、コイン型電気素子の実装面積を著しく小さくできた。
【００２７】
さらに、リード板を介することなく、第１の電極面を直接にリフロー半田する構造は、コイン型電気素子の全体が高温に加熱されて熱障害を受けるのを有効に防止できる特長がある。それは、半田が固体から液状に溶融されるときの融解熱によって、半田の温度上昇が制限されて、第１の電極面の温度上昇を遅くするからである。溶融される半田は、融解熱によって温度上昇が融点付近で一時的に制限される。このため、コイン型電気素子は、溶融される半田で第１の電極面である外装缶や封口板の温度上昇が抑制されて、全体が高温に加熱されるのが有効に防止される。とくに、半田を広い面積で第１の電極面に密着させて、コイン型電気素子をしっかりとプリント基板に固定しながら、第１の電極面の温度上昇をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図２】図１に示すコイン型電気素子のプリント基板との接触面を示す底面図
【図３】本発明の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図４】本発明の他の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図５】本発明の他の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図６】図５に示すコイン型電気素子のプリント基板との接触面を示す底面図
【図７】本発明の他の実施例のコイン型電気素子を実装するプリント基板の断面図
【図８】図７に示すコイン型電気素子のプリント基板との接触面を示す底面図
【図９】コイン型電気素子の一例を示す断面図
【図１０】半田の吸収熱量に対する温度上昇を示すグラフ
【符号の説明】
１…コイン型電気素子
２…プリント基板
３…外装缶
４…封口板
５…電極              ５Ａ…第１の電極面    ５Ｂ…第２の電極面
６…リード板          ６Ａ…折曲部          ６Ｂ…半田付け部
７…絶縁シール
８…絶縁膜
９…導電部
１０…半田
１１…金属薄膜
１２…電極板
１３…第１半田面
１４…第２半田面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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