(57)【要約】      （修正有）【課題】電気化学セルの実装に必要な面積を減少させる。さらに、環境汚染物質の機器からの削減のためＰｂをなくすためにＳｎまたはＳｎ合金を使うことになるがウイスカによるショートを防止なければならない。【解決手段】電気化学セル本体のどちらか一方の電極を直接回路基板にはんだ付けすることによって、実装面積を削減した。また、下地めっきを検討することによって、ＳｎまたはＳｎ合金のウィスカの発生が抑制できた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルであって、負極缶または正極缶いずれか一方にだけ端子が接続されていることを特徴とするリフローはんだ付け可能な電気化学セル。
【請求項２】
負極缶と正極缶のいずれか一方に接続された端子と、前記端子が接続されていない側の缶の底面にＡｕ、Ｓｎ、Ｓｎ合金またはＮｉが設けられたことを特徴とするリフローはんだ付け可能な電気化学セル。
【請求項３】
前記端子が接続されていない側の缶の底面にめっきにより形成されたＳｎまたはＳｎ合金層を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記ＳｎまたはＳｎ合金層の下層にＮｉ層またはＮｉ合金層が存在することを特徴とする請求項３に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記Ｓｎ合金層が、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＡｇおよびＳｎ−Ｃｕのいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記Ｎｉ合金層が、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｐのいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記負極缶または正極缶いずれか一方にだけ取り付けられた端子が段差を有し、その段差が取り付けられた電気化学セルの高さより大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボタン型またはコイン型の電池及びキャパシタ等の電気化学セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯機器の補助電源としてクロック及びメモリー機能のバックアップ用として用いられるコイン型、ボタン型の一次電池、二次電池及びキャパシタなどの電気化学セルは、電池に正負極のリードを取るために２個の端子を取り付けて用いられるのが一般的である。
【０００３】
また、その端子形状も最近は部品の小型化が進み、端子用の穴が形成された取り付け基板に端子を差し込み、基板の裏側からはんだ付けするタイプが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、予め端子が付けられた電気化学セルを基板上にそのまま乗せ、はんだめっき処理された端子の先端部を基板の表面側からはんだ付けする表面実装タイプが主流となってきている（例えば、特許文献２参照）。図２に、端子が２個付けられた従来の電気化学セルの側面図を示す。図示するように、電気化学セルは、ガスケット１０８を介して正極缶１０３と負極缶１０５で形成されており、正極缶１０３と負極缶１０５にはそれぞれ正極端子１０４と負極端子１１０が接続されている。そして、回路基板１１１へのはんだ付けはこの２個の端子で行われるため、端子２個分の実装面積が必要であった。電気化学セルをメモリーバックアップ電源として用いる場合には、電気化学セルにはんだ付用の端子を溶接した後、メモリー素子とともに回路基板上にはんだ付けされることが多い。従来、回路基板上へのはんだ付は、はんだこてを用いて行なわれていたが、機器の小型化あるいは高機能化にともない、回路基板の同一面積内に搭載される電子部品を多くする必要が生じはんだ付のためにはんだこてを挿入する隙間を確保することが困難となってきた。また、はんだ付け作業もコストダウンのため自動化が求められていた。
【０００４】
そこであらかじめ回路基板上のはんだ付を行なう部分にはんだクリーム等を塗布しておきその部分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後はんだ小球をはんだ付部分に供給し、はんだ付部分がはんだの融点以上、例えば、２００〜２６０℃となるように設定された高温雰囲気の炉内に部品を搭載した回路基板を通過させることにより、はんだを溶融させてはんだ付を行なう方法が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６１−１８５６８号公報（第１図、第２図）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−４０１７４号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
メモリーバックアップ電源を搭載する機器の小型に伴い、電気化学セルの実装面積も更なる小型化が要求されるようになった。しかし、電気化学セルを小さくしても、リフロー前の載置での安定性、剥離強度を確保するため端子はそれほど小さくできなかった。従来の端子が２個ある構造だと、かなり実装面積をとってしまうという課題があった。
【０００８】
さらに近年、耐環境問題の高まりにより、環境汚染物質の機器からの削減が求められている。そのため電気化学セルに取り付けられた端子先端部のはんだめっきからもＰｂをなくさなければならないという課題があった。Ｐｂを含まないＳｎまたはＳｎ合金を用いる場合、特に端子と電気化学セル本体の隙間の小さい電気化学セルにおいては、ウィスカによるショートを防止しなければならないという課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明においては、電気化学セル本体のどちらかの電極を回路基板に直接はんだ付けすることによって、実装面積を削減した。また、ＳｎまたはＳｎ合金のウィスカについては、下地めっきを検討することによって、発生を抑制することができた。
【００１０】
このように、本発明のリフローはんだ付け可能な電気化学セルは、回路基板にはんだ付けされることを目的に取り付けられた端子を有するコインまたはボタン型の電気化学セルであって、負極缶または正極缶いずれか一方にだけ端子が接続されていることとした。
【００１１】
また、負極缶と正極缶のいずれか一方に接続された端子と、端子が接続されていない側の缶の底面にＡｕ、Ｓｎ、Ｓｎ合金またはＮｉを設けらる構成とした。さらに、端子が接続されていない側の缶の底面にめっきにより形成されたＳｎまたはＳｎ合金層を備えることとした。さらに、ＳｎまたはＳｎ合金層の下層にＮｉ層またはＮｉ合金層を設けることとした。
【００１２】
ここで、Ｓｎ合金層がＳｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＡｇおよびＳｎ−Ｃｕのいずれかを含むこととした。また、Ｎｉ合金層が、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｐのいずれかを含むこととした。さらに、負極缶または正極缶いずれか一方にだけ取り付けられた端子が段差を有し、その段差が取り付けられた電気化学セルの高さより大きいこととした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の電気化学セルは、どちらか一方の電極缶を回路基板に直接はんだ付けし、他方の電極缶のみに端子を接続して回路基板に実装することとした。端子を正極缶に接続した場合の概略側面図を図１に示した。また、端子を負極缶に接続した場合の概略側面図を図３に示した。このように、端子を１個とした場合、電気化学セルのＯＬＥ＿ＬＩＮＫ３負極缶または正極缶ＯＬＥ＿ＬＩＮＫ３を直接回路基板にはんだ付けする必要がある。そのため、はんだとの濡れ性を考慮し、基板に直接はんだ接続する缶にＡｕ、Ｓｎ、Ｓｎ合金またはＮｉの層を設ける必要がある。層の形成方法には、蒸着、スパッタリング等の気相法、めっき等の液相法、ＣＶＤ法等がある。
【００１４】
ＳｎまたはＳｎ合金層が、Ｐｂを含まないＳｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＡｇおよびＳｎ−Ｃｕである場合はウィスカに注意する必要がある。例えば、図３の構造で正極缶１０３にＳｎまたはＳｎ合金層を設けた場合、ウィスカの成長により負極端子１１０とショートしてしまうことがある。それを防止するためには、下地としてＮｉまたはＮｉ合金層を用いる必要がある。下地のＮｉとしては、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｐのめっき膜が特に有効であった。
【００１５】
また、端子が１個の場合は、図３に示したように端子段差１０６を電気化学セルの高さより大きくしなければならない。端子段差１０６が電気化学セルの高さより低い場合は、端子（図３の場合負極端子１１０）が回路基板と接触できなくなり、はんだ付けもできなくなってしまう。
【００１６】
本発明の電気化学セルは、負極缶または正極缶のいずれか一方が回路基板にリフローにより直接はんだ付けされるため、電気化学セルを構成するガスケットも端子付の場合より、高耐熱のものを用いる必要がある。ガスケットとしては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）、ポリアミドイミドがリフローでの変形がなく良好であった。特に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が耐熱の点で良好であった。また、この材料に１０重量％程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものであっても、本実験と同様の効果を発揮することが実験によって判明している。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
厚さ０．１５ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）の片側にＣｕめっきを２μｍ施し、さらにその上にＳｎ−Ｐｂのはんだめっきを５μｍ施した。このステンレス板を加工して負極缶１０５を作製した。めっき面は電気化学セルの外側となるようにした。この負極缶１０５を用いて、４１４サイズの電気二重層キャパシタを作製した。ガスケット１０８にはＰＰＳ製を用いた。この電気二重層キャパシタに、幅２ｍｍの正極端子１０４をレーザーにより溶接した。正極端子１０４の先端にはＣｕめっきを２μｍ施し、さらにその上にＳｎ−Ｐｂのはんだめっきを５μｍ施しためっき層１０９を設けた。
【００１８】
本実施例の電気二重層キャパシタと接する回路基板１１１面にクリームはんだを塗布した。回路基板１１１上に電気二重層キャパシタをのせリフローはんだ付けを行った。条件は１８０℃で３分加熱し、そこから２４０℃まで１分かけて温度を上昇し、５秒間２４０℃の保持し、その後温度を下げた。
【００１９】
負極缶１０５と回路基板１１１のはんだ密着強度は、正極端子１０４と回路基板１１１の密着強度の１．３倍であった。端子を一つにすることにより実装面積を減らせた上に密着強度がますことがわかった。
【００２０】
（実施例２）
厚さ０．１０ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３１６）の片側にＮｉめっきを１μｍ施し、さらにその上にＳｎのはんだめっきを５μｍ施した。このステンレス板を加工して正極缶１０３を作製した。めっき面は電気化学セルの外側となるようにした。この負極端子１１０を用いて、４１４サイズの有機電解質二次電池を作製した。ガスケット１０８はＰＥＥＫ製を用いた。この有機電解質二次電池に、幅２ｍｍの正極端子１０４をレーザーにより溶接した。負極端子１１０の先端にはＮｉめっきを１μｍ施し、さらにその上にＳｎのはんだめっきを３μｍ施しためっき層１０９を設けた。
【００２１】
端子段差１０６は、有機電解質二次電池の高さより０．１ｍｍ大きくした。有機電解質二次電池のばらつきは±０．０５の範囲としたため、有機電解質二次電池高さにより負極端子１１０先端のめっき層１０９が回路基板１１１から離れ、はんだ付けされないことはない。
【００２２】
作製した有機電解質二次電池を５０℃、湿度８５％で１５００時間保存してＳｎのウィスカが発生するか調べたところ、３０μｍ以上のウィスカは見つからなかった。同様の試験をＳｎ下地めっきにＮｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐを用いて行ったところ、ウィスカの生成は確認できなかった。また、Ｓｎの代わりにＳｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＡｇまたはＳｎ−Ｃｕとし、下地をＮｉ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐとしてもウィスカの生成は確認できなかった。
【００２３】
本実施例の電気二重層キャパシタと接する回路基板１１１面にＰｂフリーのクリームはんだを塗布した。回路基板１１１上に電気二重層キャパシタをのせリフローはんだ付けを行った。条件は２００℃で３分加熱し、そこから２６０℃まで１分かけて温度を上昇し、５秒間２６０℃の保持し、その後温度を下げた。
【００２４】
回路基板１１１と有機電解質二次電池は、若干斜めに接することとなったが隙間にはんだは入り込み特に密着性が悪くなることはなかった。
【００２５】
正極缶１０３と回路基板１１１のはんだ密着強度は、負極端子１１０と回路基板１１１の密着強度の１．５倍であった。端子を一つにすることにより実装面積を減らせた上に密着強度がますことがわかった。
【００２６】
本発明は、端子付電気化学セルに関するものであり、電気化学セル自体は、一次電池、二次電池、電気二重層キャパシタ等いずれでもかまわない。用途としては、電気化学セルを取り付ける電子回路基板を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００２７】
本実施例ではめっきによる製膜方法について記載したが、同一組成の膜であれば同一の効果が期待できる。従って、蒸着、スパッタリングやＣＶＤ等の製膜方法を用いても一向に問題はない。
【００２８】
【発明の効果】
実施例に示したように、コインまたはボタン型の端子付電気化学セルに接続される端子を片方だけにし、電気化学セルの負極缶または、正極缶を直接回路基板とはんだ付けすることにより実装面積を著しく削減できる。また、はんだ付け強度も向上するため、実装の信頼性も格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気化学セルの側面図
【図２】従来の電気化学セルの側面図
【図３】本発明の電気化学セルの側面図
【符号の説明】
１０３  正極缶
１０４  正極端子
１０５  負極缶
１０６  端子段差
１０８  ガスケット
１１０  負極端子
【図１】
2004327201.tif 000003
【図２】
2004327201.tif 000004
【図３】
2004327201.tif 000005