(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、低温焼成したセラミック板を製造し、該セラミック板上に両側に電極部が設けられる配線導体を形成したことを特徴とする圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
片面に配線導体を形成する導電ペーストが印刷された未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、片側に前記配線導体が形成されたセラミック板を製造し、次に、前記配線導体の端部に電極部を形成することを特徴とする圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
片面に配線導体を形成する導電ペースト及びこの両側に電極部が印刷された未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、片側に前記配線導体及び電極部が形成されたセラミック板を製造することを特徴とする圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【請求項４】
配線導体を形成する導電ペーストを挟んで積層された複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層した積層体を低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去することを特徴とする圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法において、前記配線導体の両側には、予め露出した電極部に接続されるスルーホール導体が形成され、該スルーホール導体は、前記配線導体と同時焼成されている圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法において、前記セラミック板の表面又は裏面には、破砕による前記配線導体の分離を促進するための溝、土手、孔又は切り欠きの破砕促進手段が形成されていることを特徴とする圧力破砕用セラミック基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外圧によって破砕される圧力破砕用セラミック基板の製造方法に係り、より詳細には、リチウムイオン電池等の充電型電池の安全機構に適した圧力破砕型保護デバイスに使用されるセラミック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子機器には、鉛蓄電池、ニッケルカドニウム電池、リチウムイオン電池等の充電型電池が多用されている。これら充電型電池は、故障や誤動作によって過充電や過放電状態になると、電池内部が加熱し、電解液が分解してガスが発生したりする。電池内にガスが発生すると、電池内圧が上昇して、亀裂を生じ、電池内の電解液をしみ出させたり、著しい場合には、電池が爆発してしまうことがあった。このため、これらの充電型電池には、異常が発生したら速やかにその使用を停止する各種の保護装置が備えられている。
これら保護装置には、充電型電池に安全弁を設け、気圧の上昇により安全弁が開放してガスを排気する方法や、温度の上昇を感知して、充電又は放電を停止させる方法や、それらを同時に設置する方法がとられている。
【０００３】
ところが、充電型電池に安全弁を設け、気圧の上昇により安全弁が開放してガスを排気する方法や、温度の上昇を感知して、充電又は放電を停止させる方法は安全弁から気体を排気した後、あるいは温度が下がった後に、再使用されてしまう可能性があり、異常の原因が究明されないまま危険な状態を続けることとなっていた。そこで、気圧が上昇すると保護装置に設けられた絶縁性基板上に形成された配線導体の電気導通路を絶縁性基板の破砕によって遮断して電力の供給を出来なくさせる方法が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気導通路を絶縁性基板の破砕によって遮断して電力の供給を出来なくさせる方法は、絶縁性基板として、セラミック基板を使用する場合には焼成されたセラミック基板上に導体ぺーストを印刷、焼成して形成されるので、基板のうねりが発生したり、基板の厚みが厚くなったり、厚みのバラツキが大きくなったり、また基板の反りも大きくなる等によって、破砕圧力にバラツキがあり、危険領域の気圧になっても絶縁性基板が破砕されなくて、絶縁性基板上に形成された配線導体の電気導通路を遮断しない恐れがあった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、充電型電池の内部に設置でき、気圧が上昇すると保護装置に設けられたセラミック基板上に形成された配線導体の電気導通路を確実に遮断して電力の供給を出来なくさせる圧力破砕用セラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う請求項１記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、低温焼成したセラミック板を製造し、該セラミック板上に両側に電極部が設けられる配線導体を形成している。
請求項２記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、片面に配線導体を形成する導電ペーストが印刷された未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、片側に前記配線導体が形成されたセラミック板を製造し、次に、前記配線導体の端部に電極部を形成している。
【０００８】
請求項３記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、片面に配線導体が形成する導電ペースト及びこの両側に電極部が印刷された未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層し、低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去して、片側に前記配線導体及び電極部が形成されたセラミック板を製造している。
請求項４記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、配線導体を形成する導電ペーストを挟んで積層された複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートの両面に、未焼成の高温焼成セラミックグリーンシートを積層した積層体を低温焼成温度で加圧焼成した後、未焼成の前記高温焼成セラミックグリーンシートを除去している。
そして、請求項５記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、請求項４記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法において、前記配線導体の両側には、予め露出した電極部に接続されるスルーホール導体が形成され、該スルーホール導体は、前記配線導体と同時焼成されている。
更に、請求項６記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法は、請求項１〜３記載の方法において、前記セラミック板の表面又は裏面には、破砕による前記配線導体の分離を促進するための溝、土手、孔又は切り欠きの破砕促進手段が形成されている。
【０００９】
【発明の実施の形熊】
続いて、添付した図面を参照し、本発明を具体化した実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態においては、説明を容易にするため、一枚の圧力破砕用セラミック基板について説明しているが、実際の製造にあっては、これらを縦横に連接した状態で製造し、最後にサイジングして個々の圧力破砕用セラミック基板を得ることになり、何れの場合であっても本発明は適用される。
【００１０】
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図及び斜視図、図２は本発明の第２、第３の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図、図４は本発明の第４の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図、図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第４の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図、図６は本発明の第５の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図、図７は本発明の第６の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図である。
【００１１】
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板１０の製造方法を説明する。図１（Ａ）に示すように、未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１１の両面に未焼成のダミーグリーンシート１２、１３を積層し、これを例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件で加熱圧着して一体化して積層体１４とする。この際のダミーグリーンシート１２、１３は、後述する基板焼結温度（即ち、８００〜１０００℃）では焼結しないアルミナグリーンシート等の高温焼成セラミックグリーンシートを用いる。このようにして作成された積層体１４を、２〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲内の圧力で加圧しながら低温焼結温度である８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で低温焼成セラミックグリーンシート１１を焼成する。この際、低温焼成セラミックグリーンシート１１の両面に積層されたアルミナグリーンシート等からなるダミーグリーンシート１２、１３は１５００〜１６００℃まで加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、ダミーグリーンシート１２、１３は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、ダミーグリーンシート１２、１３中の溶剤やバインダーが飛散してアルミナ粉体として残る。焼成後、低温焼成されたセラミック板１５の両面に付着したダミーグリーンシート１２、１３（アルミナ粉体）を研磨等により除去してセラミック板１５とする。このような加圧焼成によって形成された基板は、歪み、反りの少ない（≦１０μｍ）薄型の低温焼成セラミック基板（厚み：０．１ｍｍ程度）となる。
【００１２】
セラミック板１５に使用する低温焼成セラミックとしては、例えば、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラス５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）とアルミナ５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物を用いる。この他に、例えば、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の８００〜１０００℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いてもよい。
【００１３】
図１（Ｂ）に示すように、低温焼成されたセラミック板１５に配線導体１６及びその両側に電極部１７、１８を形成する。配線導体１６は、導体ペーストをセラミック板１５の片面にスクリーン印刷し、必要によりこれを焼成することによって行う。この導体ぺーストとしては、Ａｇを用いることができるが、この他に、ＡｇＰｄ、ＡｇＰｔ、Ａｕ、Ｃｕ等の低温焼成用の各種導体ぺーストの中からいずれかを選択しても良く、導体ぺーストの選択はその都度それぞれの要求される機能を満足するものを用いればよい。因みに、例えば、配線導体１６には導通抵抗の低いＡｇを用いることで、抵抗値を１０ｍΩ以下とすることが可能であり極めて低抵抗の導電路（電気導通路）が形成できる。また、例えば、電極部１７、１８を半田で外部端子と接続する場合は、ＡｇＰｄを用いることで、半田付けする際のＡｇが半田中に溶け出してしまう、いわゆるＡｇくわれ現象を防止できる。電極部１７、１８をＡｇ入り樹脂ぺーストで外部端子と接続する場合は、Ａｇをそのまま用いることが出来、極めて導通抵抗が低い導電路が形成できる。
【００１４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板２０について、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。この実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板２０においては、配線導体２１とセラミック板２２とは、加圧同時焼成されている。低温焼成されるセラミック板２２は、第１の実施の形態と同様に低温焼成セラミックグリーンシート１１の片面に配線導体２１を形成する導体ぺースト２３を印刷し、図３（Ａ）に示すように、導体ペースト２３が印刷された低温焼成セラミックグリーンシート１１の両面に未焼成のダミーグリーンシート１２、１３を積層し、加熱圧着して一体化して積層体２４を作る。次に、この積層体２４を加圧しながら８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で導体ぺースト２３と低温焼成セラミックグリーンシート１１とを同時焼成する。焼成後、低温焼成されたセラミック板２２の両面に付着したダミーグリーンシート１２、１３（アルミナ粉体）を除去する。このような加圧同時焼成によって形成された基板は、配線導体２１が加圧焼成時に低温焼成セラミックグリーンシート１１の中に押さえつけられ、配線導体２１の部分と低温焼成セラミックグリーンシート１１の表面部に段差のない極めて平坦なセラミック板２２が得られ反りの少ない、薄型の圧力破砕用セラミック基板２０ができる。電極部２５、２６は必要に応じて配線導体２１の両側に、例えば、半田接合の場合には、ＡｇＰｄ等の導体ぺーストを印刷し、焼成すれば良い。
【００１５】
次に、第２の実施の形態の変形例である第３の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板２８について、同じく図２を参照して説明する。この圧力破砕用セラミック基板２８においては、配線導体２１及び電極部２５、２６とセラミック板２２は加圧同時焼成されている。この圧力破砕用セラミック基板２８にあっては、電極部２５、２６が配線導体２１に使用する導体ペースト２３と異なる導体ぺーストで形成されているので、低温焼成セラミックグリーンシート１１に配線導体２１及び電極部２５、２６をそれぞれ形成する導体ぺーストを塗布した後、ダミーグリーンシート１２、１３でサンドイッチして同時焼成するもので、その他については第２の実施の形態と同じである。このような加圧同時焼成によって形成された圧力破砕用セラミック基板２８は、配線導体２１、電極部２５、２６、低温焼成されたセラミック板２２が全て平坦となり、反りの少ない薄型の低温焼成セラミック基板２８の形成ができる。
【００１６】
図４、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、第４の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板３０について説明する。第１〜第３の実施の形態では低温焼成される低温焼成セラミックグリーンシート１１は１枚であったが、複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート３１を用い、積層したときに配線導体３２が積層内部に形成され、電極部３３、３４はスルーホール導体３５、３６を介して積層外部に形成する形態としている。
ここで、中間部に配線導体３２を形成する導体ペースト３７が何れか１つの低温焼成セラミックグリーンシート３１間に積層された複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート３１の積層体３８は、例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件で加熱圧着して一体化する。その後、低温焼成セラミックグリーンシート３１の両面に未焼成のダミーグリーンシート（高温焼成セラミックグリーンシート）３９、４０を積層し、加熱圧着して一体化し、加圧しながら基板焼結温度である８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で導体ぺースト３７と低温焼成セラミックグリーンシート３１を同時焼成する。その他の形成方法は前記実施の形態と同じである。
但し、配線導体３２及び予め露出した電極部３３、３４に接続されるスルーホール導体３５、３６は低温焼成セラミックグリーンシート３１と同時焼成が必要である。同時焼成するのに、セラミックに低温焼成セラミックグリーンシート３１を使用するのでＡｇ系の導体ぺーストの使用が可能であり、極めて低抵抗（≦１０ｍΩ）の導体路の形成が可能であり、また、低温焼成セラミックグリーンシート３１を積層したとしても基板厚みは≦０．２ｍｍが可能であり極めて反りの少ない薄型の圧力破砕用セラミック基板３０の形成が可能である。また、配線導体３２が低温焼成されたセラミック板４１の積層内部に形成されるので、外圧によって破砕された場合には、配線導体３２が完全に分離する。
【００１７】
ここで、破砕による配線導体の分離を促進する破砕促進手段としての、低温焼成されたセラミック板の表面又は裏面への溝４２（図４参照）、土手、孔４３（図７参照）、切り欠き等の形成は、低温焼成セラミックグリーンシートの段階で形成してから焼成しても良いし、焼成後にレーザー、ダイシング等で加工形成しても良い。また、セラミック板に形成される土手は焼成後樹脂等で形成しても良い。
【００１８】
更に、本発明の第５、第６の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板５５、５６を、図６及び図７に示すが、配線導体４４、４５がＵ字形等で電極部４６〜４９が低温焼成されたセラミック板５０、５１の同一端子側にあっても良い。また、対となる電極部はセラミック板の同一面側に配置するのではなく、それぞれの表面、及び裏面に分けて設けてもよい。これによって、電極部の接続の自由度が得られる。
【００１９】
【実施例】
続いて、本発明に係る圧力破砕用セラミック基板の破砕実験をした結果について説明する。図８に示すような外圧から遮断された空間部５７ａを内側に有するプラスチック製の気密用ボックス５７を用いた。この気密用ボックス５７の空間部５７ａの長手方向両側には、段部５７ｂ、５７ｃを備え、試験しようとする圧力破砕用セラミック基板５８が空間部５７ａを丁度覆うようにして被さる構造となっている。そして、外圧が確実に圧力破砕用セラミック基板５８の上部から被さるように、厚みが３３μｍのポリプロピレン樹脂からなるフィルム５９で覆い、周囲を超音波溶着にて気密用ボックス５７の周囲に固着する。このような構成となったものを、加圧試験室内に配置し、圧力破砕用セラミック基板５８の破砕圧力を測定した。
【００２０】
ここで、試験された圧力破砕用セラミック基板５８の外形寸法は３．０ｍｍ×６．３ｍｍで厚みが０．２ｍｍで、低温焼成セラミックであった。そして、この圧力破砕用セラミック基板５８においては、（１）配線導体及び電極部は低温焼成セラミックと同時焼成されており、（２）圧力破砕用セラミック基板は多層からなって、配線導体はセラミック板の積層内部に形成され、（３）配線導体は、Ｕ字形で電極部はセラミック板の片側にある（図６、図７参照）。
測定結果は、図６に示すように、中央に溝が形成されている圧力破砕用セラミック基板では、破砕圧力値は溝の深さに応じて３．５〜５．５ｋｇ／ｃｍ2 であり、図７に示すように中央に丸い孔が形成されているタイプでは、孔の直径に応じて５．０〜７．０ｋｇ／ｃｍ2 であり、何れも同一寸法でのバラツキは±１ｋｇ／ｃｍ2 であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜６記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法においては、セラミック板を加圧焼成で形成することで、セラミックの焼成収縮が厚み方向のみに働くので、極めて、薄型の基板の形成が可能であり、外圧が加わった場合に圧力破砕用セラミック基板が容易に割れる方向に働く。
また、加圧焼成で厚みのバラツキが極めて少なく、セラミック板（基板）の反りも極めて少なく形成できるので、外圧が加わった場合に圧力を均一に受けることができ、圧力破砕用セラミック基板が極めて低圧で破砕できる。
更に、低温焼成されたセラミック板の厚みバラツキ、反りが少ないことから、焼成後に破砕促進用の溝を形成する場合、深さが均一でバラツキの少ない正確な溝が形成できる。
【００２２】
特に、請求項２記載の製造方法においては、配線導体とセラミック板が加圧同時焼成されるので、配線導体とセラミック板表面に段差が発生せず極めて均一な厚みとなり、低圧かつバラツキの少ない破砕値で破砕が可能である。
そして、請求項３記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法においては、配線導体と電極部とセラミック板が加圧同時焼成されるので、配線導体と電極部とセラミック板表面に段差が全くなく、極めて均一な厚みとなり、低圧かつバラツキの少ない破砕値で破砕が可能である。
【００２３】
請求項４、５記載の製造方法においては、配線導体をセラミック板の積層内部に形成することで、外圧で破砕された場合、配線導体の一部が繋がったままになるようなショート現象が発生することなく、完全に分離するので、極めて信頼性の高い圧力破砕用セラミック基板が得られる。
また、低温焼成されたセラミックの積層基板を用いても、薄く製造することが可能であり、例えば、厚みを０．２ｍｍ程度とすると、外圧は２〜７ｋｇ／ｃｍ2 ±１ｋｇ／ｃｍ2 （±１ｋｇ／ｃｍ2 はバラツキを示す）という低圧かつバラツキの少ない破砕値で破砕が可能である。
そして、請求項６記載の圧力破砕用セラミック基板の製造方法において、セラミック板に破砕促進用の溝、土手、孔、切欠きを設けることで確実に破砕が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図及び斜視図である。
【図２】本発明の第２、第３の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第４の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の製造過程を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る圧力破砕用セラミック基板の斜視図である。
【図８】本発明の圧力破砕用セラミック基板の効果を確認するために行った実験装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１０：圧力破砕用セラミック基板、１１：低温焼成セラミックグリーンシート、１２：ダミーグリーンシート、１３：ダミーグリーンシート、１４：積層体、１５：セラミック板、１６：配線導体、１７：電極部、１８：電極部、２０：圧力破砕用セラミック基板、２１：配線導体、２２：セラミック板、２３：導体ペースト、２４：積層体、２５：電極部、２６：電極部、２８：圧力破砕用セラミック基板、３０：圧力破砕用セラミック基板、３１：低温焼成セラミックグリーンシート、３２：配線導体、３３：電極部、３４：電極部、３５：スルーホール導体、３６：スルーホール導体、３７：導体ペースト、３８：積層体、３９：ダミーグリーンシート、４０：ダミーグリーンシート、４１：セラミック板、４２：溝、４３：孔、４４：配線導体、４５：配線導体、４６：電極部、４７：電極部、４８：電極部、４９：電極部、５０：セラミック板、５１：セラミック板、５５：圧力破砕用セラミック基板、５６：圧力破砕用セラミック基板、５７：気密用ボックス、５７ａ：空間部、５７ｂ：段部、５７ｃ：段部、５８：圧力破砕用セラミック基板、５９：フィルム
【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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