(57)【要約】【課題】電池と直接接続される多層回路基板の短絡を防止する。【解決手段】導電体により形成されたパターン配線部２１と誘電体絶縁物質により形成された絶縁部２２とが交互に積層され、表層のパターン配線層Ｌ１にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５と接続される接続ランド部２３及び接続ランド部２４が設けられた回路基板３は、第２層のパターン配線層Ｌ２の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に対応する部分２３ａ及び２４ａを、表層の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうちいずれか一つ以上により形成する。【選択図】  図１
2004172295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体により形成されたパターン配線層と誘電体絶縁物質により形成された誘電体絶縁層とが交互に積層され、表層のパターン配線層に電池の接続端子と接続される接続パターンが設けられた回路基板において、
少なくとも上記表層と隣り合うパターン配線層は、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする回路基板。
【請求項２】
上記表層と隣り合うパターン配線層から厚み方向に所定のパターン配線層までの各パターン配線層は、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
上記表層のパターン配線層以外の各パターン配線層は、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項４】
上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンは、上記表層の接続パターンとスルーホールを介して電気的に接続されていること
を特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項５】
導電体により形成されたパターン配線層と誘電体絶縁物質により形成された誘電体絶縁層とが交互に積層され、表層のパターン配線層に電池の接続端子と接続される接続パターンが設けられた回路基板が、電池に接続されてなる電池ユニットにおいて、
上記回路基板は、少なくとも上記表層と隣り合うパターン配線層が、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする電池ユニット。
【請求項６】
上記回路基板は、上記表層と隣り合うパターン配線層から厚み方向に所定のパターン配線層までの各パターン配線層が、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする請求項５記載の電池ユニット。
【請求項７】
上記回路基板は、上記表層のパターン配線層以外の各パターン配線層が、上記表層の接続パターンの上記電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうち一つ以上により形成されてなること
を特徴とする請求項５記載の電池ユニット。
【請求項８】
上記回路基板は、上記表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンが、上記表層の接続パターンとスルーホールを介して電気的に接続されていること
を特徴とする請求項５記載の電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池と接続される回路基板、及び電池と回路基板が接続された電池ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、例えばノート型携帯用コンピュータ、情報端末装置（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯型電話機、カメラ一体型ＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ  Ｔａｐｅ  Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）等の携帯用電子機器の電源として、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させることで充放電反応が行われ、軽量で高エネルギー密度なリチウムイオン二次電池の開発が進められている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池では、上述した携帯用電子機器に搭載されることから、更なる小型化、軽量化が求められており、例えば金属製外装容器の変わりにフィルム状の外装材を用い、非水電解液の代わりに固体電解質を用いることで更なる小型化、軽量化を図ることができる。
【０００４】
具体的に、リチウムイオン二次電池においては、例えばフィルム状の外装材として熱融着が可能な高分子フィルムと金属箔とが積層されたラミネートフィルム等を用い、固体電解質として非水電解液を高分子マトリックスに含有させたゲル状電解質等を用いる。
【０００５】
そして、このようなラミネートフィルムとゲル状電解質とを用いたリチウムイオン二次電池は、一般的にポリマー電池と呼ばれている。そして、図１４に示す電池ユニット１００に構成されて上述した電子機器に搭載される。
【０００６】
電子機器に搭載される電池ユニット１００は、発電要素となるポリマー電池１０１と、このポリマー電池１０１が接続される回路基板１０２とを備えている。
【０００７】
ポリマー電池１０１は、図示しない正極及び負極等により充放電が行われる電池素子１０３が外装フィルム１０４に収納され、電池素子１０３から正極端子１０５と負極端子１０６とが外装フィルム１０４の外部にそれぞれ導出された構成となっている。このポリマー電池１０１においては、電池電位による不具合がおきることが無いように、正極端子１０５にアルミニウム等からなる導電性金属を用いており、負極端子１０６にニッケル等からなる導電性金属を用いている。
【０００８】
回路基板１０２は、図１５に示すように、導電体により形成されたパターン配線層１０２ａと誘電体絶縁物質により形成された誘電体絶縁層１０２ｂとが交互に積層され、例えば過充電保護や充放電制御を目的する図示しない電子回路と、表層のパターン配線層１０２ａに電子回路等へ電力等を供給するための接続端子等が接続される接続ランド１０７とを有している。そして、回路基板１０２においては、接続ランド１０７に、例えばニッケル等の導電性金属からなる中継タブ１０８を介して正極端子１０５及び負極端子１０６がそれぞれ接続され、ポリマー電池１０１から電力が供給されることになる。この回路基板１０２においては、電気絶縁性に優れていることから誘電体絶縁層１０２ｂにポリイミド等からなる絶縁物質を用い、電気伝導性に優れ、廉価であることからパターン配線層１０２ａの配線パターンや接続ランド１０７に、銅等からなる導電性金属を用いている。
【０００９】
上述した構成の電池ユニット１００においては、アルミニウム等からなる正極端子１０５と銅等からなる接続ランド１０７とを接続する場合、例えばハンダ付けや抵抗溶接等で直接接続することが困難であることから、上述したニッケル等からなる中継タブ１０８を介して正極端子１０５と接続ランド１０７とを接続させている。具体的には、接続ランド１０７と中継タブ１０８とを例えばリフロー処理によるハンダ付けで接続させた後に、接続ランド１０７に接続された中継タブ１０８に正極端子１０５を抵抗溶接等で接続させている。
【００１０】
一方、ニッケル等からなる負極端子１０６は、接続ランド１０７にハンダ付け等で直接接続できるが、リフロー処理を施すとポリマー電池１０１が熱により劣化してしまうことから、上述したニッケル等からなる中継タブ１０８を介して接続ランド１０７に接続させている。具体的には、接続ランド１０７と中継タブ１０８とを例えばリフロー処理によるハンダ付けで接続させた後に、接続ランド１０７に接続された中継タブ１０８に負極端子１０６を抵抗溶接等で接続させている。
【００１１】
この電池ユニット１００では、ポリマー電池１０１と回路基板１０２との接続に中継タブ１０８を介することで、ポリマー電池１０１と回路基板１０２との間の距離が中継タブ１０８の分長くなることから、小型化することが困難になる。このため、この電池ユニット１００では、例えば電子機器等に収納する際に、大きなスペースが必要となり、搭載される電子機器まで大型化させてしまう。
【００１２】
さらに、この電池ユニット１００では、ポリマー電池１０１と回路基板１０２とを接続するための接続箇所が４箇所と多く、リフロー処理や溶接加工等、接続にかかる工程数が多いことから、製造時の歩留まりが低下してしまう。さらにまた、この電池ユニット１００では、ポリマー電池１０１と回路基板１０２とを接続するための接続箇所が多いことから、全ての接続箇所の信頼性を維持するために、多くの検査工程が必要となり、製造歩留まりがさらに低下することになる。
【００１３】
このような問題を解決する手段としては、ポリマー電池と回路基板とを、中継タブではなく、例えば接続ランドに配置した例えば圧着端子等で正極端子及び負極端子をかしめて固定することで接続させることが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。このような電池ユニットは、リフロー処理にてハンダ付けをせずとも圧着端子を上述した中継タブの代替とすることができ、この圧着端子と回路基板とをハンダ付けや抵抗溶接することが可能となる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−５６８３４号公報（第３−４頁、第１９図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した圧着端子を用いた電池ユニットでは、ハンダ付けにより圧着端子と回路基板とを接着する際に、高温となるため、回路基板のポリイミドを溶融してしまい、銅箔がポリイミドを突き破ることがある。これにより回路基板は、ポリイミドにより隔てられたそれぞれのパターン配線が接続され回路がショートしてしまい回路動作に支障をきたしたり、電池の正負のショートにより電池を過放電させてしまい電池にダメージを与えてしまうといった問題が発生する。
【００１６】
また、上述した圧着端子を用いた電池ユニットでは、抵抗溶接により圧着端子と回路基板とを接着する際に、接続部に大電流が流れることから、電気抵抗による加熱で高温となり、回路基板のポリイミドを溶融してしまい、銅箔がポリイミドを突き破ることがある。この場合も同様に、回路基板は、ポリイミドにより隔てられたそれぞれのパターン配線が接続され回路がショートしてしまい回路動作に支障をきたしたり、電池の正負のショートにより電池を過放電させてしまい電池にダメージを与えてしまうといった問題が発生する。
【００１７】
本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、電池と回路基板とを接続する際に、回路基板の銅箔がポリイミドを貫通しても回路動作を正常に行い電池を保護する回路基板と、回路基板の銅箔がポリイミドを貫通しても回路動作を正常に行い電池を保護する電池ユニットとを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る回路基板は、導電体により形成されたパターン配線層と誘電体絶縁物質により形成された誘電体絶縁層とが交互に積層され、表層のパターン配線層に電池の接続端子と接続される接続パターンが設けられた回路基板において、少なくとも表層と隣り合うパターン配線層は、表層の接続パターンの電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうちいずれか一つ以上により形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
以上のように構成された本発明に係る回路基板は、電池の接続端子が表層のパターン配線層の接続パターンに接続される際に、誘電体絶縁層に与えるダメージを考慮しない接続方法で接続端子を接続パターンに直接接続することができる。
【００２０】
上述した目的を達成するために、本発明に係る電池ユニットは、導電体により形成されたパターン配線層と誘電体絶縁物質により形成された誘電体絶縁層とが交互に積層され、表層のパターン配線層に電池の接続端子と接続される接続パターンが設けられた回路基板が、電池に接続されてなる電池ユニットにおいて、回路基板は、少なくとも表層と隣り合うパターン配線層が、表層の接続パターンの電池の接続端子が接続される部分を厚み方向に投影した領域が、表層の接続パターンに電気的に接続された配線パターンと、他の配線パターンから電気的に独立した配線パターンと、配線パターンが形成されていない無配線部とのうちいずれか一つ以上により形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
以上のように構成された本発明に係る電池ユニットは、電池の接続端子が多層配線基板の表層のパターン配線層の接続パターンに接続される際に、誘電体絶縁層に与えるダメージを考慮しない接続方法で接続端子を接続パターンに直接接続することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した回路基板と、この回路基板と電池とを接続した電池ユニットについて、図面を参照して説明する。
【００２３】
本発明を適用した電池ユニットは、電池と回路基板を接続する際に、電池の電極端子と回路基板の表層にある接続パターン中継タブや圧着端子を用いずに直接接続し、小型化や信頼性の向上を計ったものである。
【００２４】
電池ユニット１は、図１に示すように、発電要素からなるポリマー電池２と、このポリマー電池２が接続される回路基板３とにより構成されている。
【００２５】
電池ユニット１においてポリマー電池２は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池であり、充放電といった電池反応が行われる電池素子４と、この電池素子４を封入するフィルム上の外装材５とを有している。
【００２６】
ポリマー電池２において電池素子４は、図２に示すように、帯状の正極６と、帯状の負極７との間に勇気高分子や電解質塩を含有させた固体電解質８とセパレータ９とを介在させた状態で、電極の長手方向に捲回することで発電素子として機能する。
【００２７】
正極６は、正極活物質と結着材とを含有する正極合剤塗液を正極集電体１０上に塗布、乾燥、加圧することにより、正極集電体１０上に正極合剤層１１が圧縮形成された構造となっている。正極６には、正極端子１２が正極集電体１０の所定の位置に、正極集電体１０の幅方向に突出するように接続されている。この正極端子１２には、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【００２８】
正極活物質には、比較的に電池容量を大きくできる例えばＬｉｘＭＯ２（式中、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ等による一種以上の遷移金属を表し、ｘは、０．５〜１．１０の範囲である。）で示されるリチウム複合酸化物等を使用する。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２、（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。また、正極活物質としては、安価で結晶構造が安定しているものとして、例えばＬｉｘＭｙＰＯ４（式中、Ｍは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、ＳｎＣａ、Ｓｒのうち何れか一種以上であり、０．５≦ｘ≦１．１であり、０．５≦ｙ≦１である。）で示される化合物等が挙げられ、具体的にＬｉＦｅＰＯ４等を用いる。さらに、正極活物質としては、例えばＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等の金属硫化物も使用することができる。
【００２９】
正極６では、正極合剤層１１の結着剤として、非水電解質電池の正極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる他に、正極合剤層１１に例えば導電材として炭素質材料等を添加したり、公知の添加剤等を添加したりすることができる。正極６では、正極集電体１０に、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【００３０】
負極７は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を負極集電体１３上に塗布、乾燥、加圧することにより、負極集電体１３上に負極合剤層１４が圧縮形成された構造となっている。負極７には、負極端子１５が負極集電体１３の所定の位置に、負極集電体１３の幅方向に突出するように接続されている。この負極端子１５には、例えばニッケルや銅等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【００３１】
負極活物質には、リチウムに対して２Ｖ以下の電位を有し、リチウムをドープ・脱ドープする材料を用いる。具体的には、例えばリチウム、リチウム合金、又はリチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料が用いられる。リチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料としては、例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料、結晶化しやすい原材料を３０００℃付近の高温で焼成した人造黒鉛等の高結晶性炭素材料等を用いることが可能である。具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭素等の炭素質材料を用いることが可能である。コークス類としては、例えばピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等がある。なお、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したものである。
【００３２】
また、負極活物質としては、上述した炭素質材料の他に、例えばリチウムと化合可能な元素又はこの元素の化合物等を用いることもできる。具体的には、例えば化学式ＤｓＥｔＬｉｕ（Ｄはリチウムと化合可能な金属元素及び／又は半導体元素の一種以上であり、Ｅはリチウム及びＤ以外の金属元素及び／又は半導体元素の一種以上であり、ｓは０より大きく、ｔ及びｕは０以上である。）等で示される化合物として、ＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｎ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２等が挙げられ、これらのうち何れか一種以上を用いることもでき、この場合、炭素質材料が導電材として機能することになる。
【００３３】
また、上述した炭素質材料や化合物の他に、負極活物質として、例えばポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等といった比較的電位が卑であり、リチウムのドープ・脱ドープが可能な酸化物や、これら酸化物の炭素を窒素で置換した窒化物等を使用することもできる。
【００３４】
負極７では、負極合剤層１１に結着剤として、非水電解質電池の負極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる。負極７では、負極集電体１３に、例えばニッケル等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【００３５】
固体電解質８は、正極６と負極７との間で例えばリチウムイオン等の授受を行うものである。このため、この固体電解質８には、リチウムイオン導電性を有する有機固体電解質を用いる。この有機固体電解質としては、電化質塩とそれを含有させる有機高分子とによって構成される高分子固体電解質や、非水電解液を高分子マトリックスに含有させたゲル状電解質等を用いることができる。そして、固体電解質８は、正極６及び負極７の表面に、有機固体電解質を含有する電解質溶液を塗布し、固化することで電解質層として形成される。
【００３６】
固体電解質８においては、通常、非水電解質電池に用いられる電解質塩を使用することができる。具体的には、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）６、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。特に、電解質塩としては、酸化安定性の点で優れているＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４を用いる。
【００３７】
そして、固体電解質８では、高分子固体電解質の電解質塩を含有させる有機高分子として例えばポリ（エチレンオキサイト）や同架橋体等のエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系高分子、アクリレート系高分子等を単独又は分子中に供重合、混合して用いることができる。
【００３８】
固体電解質８においては、ゲル状電解質の場合、上述した電解質塩を溶解させて非水電解液にさせる非水溶媒には比較的誘電率が高い溶媒を用いる。この場合、非水電解液は可塑剤として機能することになる。具体的に、非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１、３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。
【００３９】
そして、固体電解質８では、ゲル状電解質の非水電解液を含有させる高分子マトリックスとして非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子が利用できる。具体的には、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）や、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）等のフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や、これらの架橋体等のエーテル系高分子、ポリ（アクリロニトリル）等が挙げられ、これらのうち何れか一種又は複数種を混合して用いる。
【００４０】
セパレータ９は、正極６と負極７とを離間させるものであり、この種の非水電解質電池の絶縁性多孔質膜として通常用いられている公知の材料を用いることができる。具体的には、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子フィルムが用いられる。また、リチウムイオン伝道度とエネルギー密度との関係から、セパレータ９の厚みはできるだけ薄い方が好ましく、その厚みを３０μｍ以下の厚みにしている。これにより、ポリマー電池２では、正極６と負極７との間のリチウムイオン伝道度を良好にでき、高いエネルギー密度が得られる。
【００４１】
以上のような構成の電池素子４を封入する外装材５は、例えば樹脂層と金属層とがラミネート加工等で貼り合わされて二層以上に複合化されたラミネートフィルムであり、電池素子４と対向する面が樹脂層になるようにされている。樹脂層としては、正極端子１２及び負極端子１５に対して接着性を示すものであれば材料は特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等といった有機樹脂材料が透過性を低くできて気密に優れることから用いられる。金属層としては、例えば箔状、板状等に形成されているアルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄等が用いられる。また、外装材５においては、ポリマー電池２の外周層に例えばナイロン等からなる樹脂層を備えることにより、破れや突き刺し等に対する強度を向上させることができる。
【００４２】
このような構成のポリマー電池２は次のようにして作製される。先ず、正極６を作製する。正極６を作製する際は、上述した正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤塗液を調整し、この正極合剤塗液を例えばアルミニウム箔等からなる正極集電体１０上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで正極合剤層１１を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、正極集電体１０が露呈する未塗工部に正極端子１２を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の正極６が作製される。
【００４３】
次に、負極７を作製する。負極７を作製する際は、上述した負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を調整し、この負極合剤塗液を例えばニッケル箔等からなる負極集電体１３上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで負極合剤層１４を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、負極集電体１３が露呈する未塗工部に負極端子１５を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の負極７が作製される。
【００４４】
次に、以上のように作製された正極６の正極合剤層１１の主面、及び負極７の負極合剤層１４の主面に固体電解質８をそれぞれ層状に形成する。固体電解質８を形成する際は、電解質塩を非水溶媒に溶解させて非水電解液を調整する。次に、この非水電解液と、有機高分子又はマトリックス高分子と、必要に応じて希釈溶剤としての非水溶媒とを混合攪拌してゾル状態の電解質溶液を作製し、この電解質溶液を正極６の正極合剤層１１の主面、及び負極７の負極合剤層１４の主面にそれぞれ塗布して高分子固体電解質層を形成する。希釈溶剤を用いた場合は、その非水溶媒を揮発させてゲル電解質層を形成する。このようにして正極６上及び負極７上に固体電解質８を電解質層としてそれぞれ形成させる。
【００４５】
次に、以上のように固体電解質層８が主面に形成された正極６及び負極７を電解質層が対向するように、セパレータ９を介して長尺方向に多数回、扁平状に捲回して電池素子４を作製する。また、電池素子４においては、捲回軸方向の一方端面から正極端子１２及び負極端子１５を突出させる。
【００４６】
次に、電池素子４に備わる正極端子１２と負極端子１５とを外部に導出しつつ、外装材５の内部に電池素子４を収納する。このとき、電池素子４は、正極端子１２及び負極端子１５と、外装材５との間に接着性を示すプロピレン等からなる樹脂片１６をあてがうようにして、外装材５に収納させる。これにより、ポリマー電池２では、正極端子１２及び負極端子１５と外装材５における金属層とが短絡することや、気密性が低下すること等が防止される。
【００４７】
次に、電池素子４を内部に収納した外装材５の周縁部を例えばヒートシール等で張り合わせることにより、電池素子４が外装材５に封入される。このようにして、ポリマー電池２が製造される。
【００４８】
電池ユニット１において回路基板３は、電気伝導性を有する金属により形成されたパターン配線部２１と、誘電体絶縁物質からなる絶縁部２２とが交互に積層された多層プリント配線基板であり、且つ少なくとも一部が可撓性を有するフレキシブル基板とされている。回路基板３は、例えば図３に示すように、表層から順に４層のパターン配線層Ｌ１〜Ｌ４と、パターン配線層Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ絶縁する絶縁層として表層側から順に絶縁層Ｉ１〜Ｉ３とからなる４層基板である。
【００４９】
回路基板３のパターン配線部２１には、電気伝導性が高く廉価な銅等により形成され、箔状に配線パターンとして設けられている。回路基板３の絶縁部２２は、電気絶縁性が高く、可撓性を有するポリイミド等の有機材料や、ガラスエポキシ等の有機材料と無機材料との混合体等の絶縁材料によって形成される。
【００５０】
回路基板３は、図４に示すように、表層のパターン配線層Ｌ１上に、ポリマー電池２の正極端子１２が接続される接続ランド部２３と、負極端子１５が接続される接続ランド部２４と、電子回路部２５と、パターン配線層Ｌ１の配線パターンと他のパターン配線層の配線パターンとを導通させるスルーホール２６とを有している。
【００５１】
接続ランド部２３及び接続ランド部２４は、ポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５が接続されることから、例えば銅や金といった導電性金属で形成されている。そして、この接続ランド部２３及び接続ランド部２４は、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に、例えばめっきや蒸着等といった成膜技術で導電性金属を所定の形状に成膜させることで形成される。この接続ランド部２３及び接続ランド部２４では、例えば銅等の廉価な材料で形成させることにより低コスト化を図ることができ、優れた電気伝導性を得ることができる。
【００５２】
電子回路部２５は、少なくとも例えばポリマー電池２に対して過充電保護や充放電制御を行う電子回路や各種受動素子から構成されてなる。具体的に電子回路部２５は、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）やＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体チップやＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップ等の電子回路である。この電子回路部２５は、パターン配線層Ｌ１〜Ｌ４の各配線パターンと電気的に接続されている。そして、この電子回路部２５は、接続ランド部２３及び接続ランド部２４に接続された正極端子１２及び負極端子１５を介してポリマー電池２から電力が供給されて機能することになる。
【００５３】
スルーホール２６は、絶縁部２２を貫通して設けられた導通孔であり、所望のパターン配線層Ｌ１〜Ｌ４を所望の部分で電気的に接続することができるように０．６ｍｍΦ程度の口径のビアを設けて、このビアに導電性を有する金属等をめっき加工することで形成されている。
【００５４】
ここで、以下では、回路基板３のパターン配線部２１及び絶縁部２２について説明する。
【００５５】
回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１について図４に示したが、第２層のパターン配線層Ｌ２は、パターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４を回路基板３の厚み方向に投影した二つの部分（以下では、接続ランド部に対応する部分と記述する。）が、それぞれ同じ層の他のパターンからも電気的に接続されずに独立した配線パターンとされている部分と、パターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４とスルーホールを介して電気的に接続されている部分と、配線パターンが設けられずに接着剤等の絶縁物質が充填された無配線部にされた部分とのうち何れか一つ以上からなるように構成されている。この無配線部は、図示しない２つの両面基板を接着剤により張り合わせて回路基板３を形成する場合や、図示しない両面基板の両面に接着剤を介して銅箔を設けて回路基板３を形成する場合等に、配線パターンが設けられていない部分に接着剤が埋まることで形成される。
【００５６】
回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２の具体例としては、図５に示すように、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に対応する部分２３ａ及び２４ａが、互いに電気的に接続されず、それぞれ同じ層の他のパターンからも電気的に接続されずに独立した配線パターンとするものがある。
【００５７】
また、回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２の他の具体例としては、図６に示すように、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に対応する部分２３ａ及び２４ａが、互いに電気的に接続されず、それぞれ同じ層の他のパターンからも電気的に接続されずに独立した配線パターンとし、接続ランド部２３に対応する部分２３ａが、互いに電気的に接続されずに独立した複数の短冊状のパターン２３ｃとするものがある。
【００５８】
このような構成の回路基板３では、詳細を後述するがパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を接着する際に、パターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４の部分が絶縁層Ｉ１を突き破りパターン配線層Ｌ２の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に対応する部分に接触してしまった場合でも、他のパターンに電流が流れてしまうことを防止することができる。
【００５９】
また、回路基板３では、第３層のパターン配線層Ｌ３とともに第４層のパターン配線層Ｌ４も短絡を防止する構成としてもよく、このような構成とすることで、パターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４の部分が絶縁層Ｉ１〜Ｉ３を全て突き破りパターン配線層Ｌ４の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に対応する部分２３ａ及び２４ａに接触してしまった場合でも、他のパターンに電流が流れてしまうことを防止することができる。
【００６０】
ここで、回路基板３は、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４の部分が、図７に示すように、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３及び接続ランド部２４上に正極端子１２及び負極端子１５が接続される範囲２３ｄ及び２４ｄよりも広い範囲とされていることが、安全性の上で好ましい。
【００６１】
具体例として回路基板３は、例えば、図８に示すように、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３と、他のパターン配線層Ｌ２〜Ｌ４のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分とを表層のスルーホール２６ａにより接続した構成とされている。
【００６２】
他の具体例として回路基板３は、例えば、図９に示すように、第２〜第４層のパターン配線層Ｌ２〜Ｌ４が、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分が、それぞれ同じ層の他のパターンから電気的に接続されずに独立した配線パターンとされている。このような回路基板３は、上述したように短絡を防止することができる。
【００６３】
さらに他の具体例として回路基板３は、例えば、図１０に示すように、第２層のパターン配線層Ｌ２が、表層のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分が無配線部とされており、他のパターン配線層Ｌ３〜Ｌ４のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分をスルーホール２６ａにより接続した構成とされている。このような回路基板３は、上述したように短絡を防止することができる。
【００６４】
さらに他の具体例として回路基板３は、例えば、図１１に示すように、第２〜第３層のパターン配線層Ｌ２〜Ｌ３のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分をスルーホール２６ａにより接続し、第４のパターン配線層Ｌ４のパターン配線層Ｌ１の接続ランド部２３に対応する部分が無配線部とされている。このような回路基板３は、上述したように短絡を防止することができる。
【００６５】
以上のような構成とされた回路基板３は、上述した具体例のいずれにおいても、短絡を防止することができる。なお、回路基板３は、パターン配線部２１に接着剤等のように金属に比べて軽く弾性力のある材料により形成されてなる無配線部を設けることで、軽量化を図ることができるとともに、振動吸収効果を期待することができる。また、回路基板３は、無配線部を設けずに、電気的に絶縁されたパターン配線や、スルーホール２６により表層のパターン配線層Ｌ１と電気的に接続されたパターン配線とすることで、基板強度を確保することができる。
【００６６】
このような回路基板３備える電池ユニット１は、ポリマー電池２が回路基板３に接続された構成になっている。具体的に、電池ユニット１は、ポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５の外装材５より外部に導出する部分が、回路基板３の接続ランド部２３及び接続ランド部２４に、超音波溶接や抵抗溶接等の方法でそれぞれ直接接続されている。
【００６７】
これにより、この電池ユニット１では、従来のようなポリマー電池と回路基板との接続に中継タブを用いた場合に比べ、ポリマー電池２と回路基板３との間の距離が短くなって小型化が図れる。
【００６８】
また、この電池ユニット１では、従来のような溶接タブを用いた場合に比べ、溶接箇所が正極端子１２及び負極端子１５でそれぞれ一箇所ずつと少ないのでポリマー電池２と回路基板３との接続信頼性を向上できる。
【００６９】
さらに、この電池ユニット１では、従来のようなポリマー電池と回路基板との接続に圧着端子を用いた場合に比べ、ポリマー電池２と回路基板３との接続信頼性を向上できる。
【００７０】
さらにまた、この電池ユニット１では、ポリマー電池２と回路基板３との接続が超音波溶接で行われることで、従来のようなリフロー処理等で回路基板が加熱されることで起こる熱による回路基板の劣化を防止することができる。
【００７１】
そして、以上で説明した電池ユニット１は、ポリマー電池２と回路基板３とが超音波溶接等で直接接続されることで作製される。
【００７２】
具体的な接続方法として超音波溶接では、図１２に示すように、ポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上に載置して超音波溶接機により強く押し付け、超音波溶接機から出力される超音波を印加することで溶接する。
【００７３】
このような電池ユニット１では、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を載置して超音波溶接機により強く押し付ける際の圧力により、表層のパターン配線層Ｌ１が第１層の絶縁層Ｉ１を突き破り、第２層のパターン配線層Ｌ２と短絡してしまう場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００７４】
また、このような電池ユニット１では、回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２以降のパターン配線層も第２層のパターン配線層Ｌ２と連続して短絡を防止する構成とすることで、表層のパターン配線層Ｌ１が絶縁層を順次突き破り、各パターン配線層と短絡してしまった場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００７５】
さらに、このような電池ユニット１では、超音波溶接の際に発生する熱により、接続ランド部２３及び接続ランド部２４や配線パターンが変形することを抑止することができる。
【００７６】
なお、このような電池ユニット１では、回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２若しくはそれ以降のパターン配線層を無配線部とすることで、超音波溶接の際の振動のうち回路基板３に与える振動を低減し、電子回路等に与えるダメージを低減し、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００７７】
また、具体的な接続方法として抵抗溶接では、図１３に示すように、台座４０上に載置された回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を載置して、接着部分に大電流電源４１から出力される１０００Ａ以上の電流を流して、電気抵抗により発生する高熱により溶接する。
【００７８】
このような電池ユニット１では、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を載置して大電流電源４１の電気端子４１ａにより押し付ける際の圧力により、表層のパターン配線層Ｌ１が第１層の絶縁層Ｉ１を突き破り、第２層のパターン配線層Ｌ２と短絡してしまった場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００７９】
また、このような電池ユニット１では、回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２以降のパターン配線層も第２層のパターン配線層Ｌ２と連続して同様の構成とすることで、表層のパターン配線層Ｌ１が絶縁層を順次突き破り、各パターン配線層と短絡してしまった場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００８０】
さらに、このような電池ユニット１では、抵抗溶接の際に流れる大電流により、回路基板３に搭載された電子回路部２５にダメージを与えてしまうことを抑止することができ、電子回路部２５のうち特に入出力端子のインピーダンスの高い部品、例えばＣＭＯＳ、ＩＣ、ＬＳＩ等に対して破損を防止するシールド効果を向上させることができ。
【００８１】
さらにまた、このような電池ユニット１では、抵抗溶接の際に発生する熱により、接続ランド部２３及び接続ランド部２４や配線パターンが変形することを抑止することができる。
【００８２】
さらに、具体的な接続方法としてレーザ溶接等では、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を載置して、接着部分にレーザ光を照射し、レーザ光の照射により発生する熱により溶接する。
【００８３】
このような電池ユニット１では、回路基板３の表層のパターン配線層Ｌ１上に形成された接続ランド部２３及び接続ランド部２４上にポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を載置してレーザ溶接機によりレーザ光を照射する際の熱により、表層のパターン配線層Ｌ１が第１層の絶縁層Ｉ１を突き破り、第２層のパターン配線層Ｌ２と短絡してしまった場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００８４】
また、このような電池ユニット１では、回路基板３の第２層のパターン配線層Ｌ２以降のパターン配線層も第２層のパターン配線層Ｌ２と連続して同様の構成とすることで、表層のパターン配線層Ｌ１が絶縁層を順次突き破り、各パターン配線層と短絡してしまった場合でも、回路動作に支障の無い良好な品質を維持することができる。
【００８５】
以上のように、本発明を適用した電池ユニット１では、ポリマー電池２と回路基板３とを接続する際に、回路基板３の損傷により回路が短絡してしまうことを防止することができる。これにより、電池ユニット１では、ポリマー電池２や回路基板３上の電子回路部２５等にダメージを与えることなく、良好な品質を維持することができる。
【００８６】
また、電池ユニット１では、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の様々な溶接方法を用いて、ポリマー電池２の正極端子１２及び負極端子１５を回路基板３の接続ランド部２３及び接続ランド部２４上に直接溶接でき、従来の電池ユニットと比べて中継タブ等を用いることがなくなるため、小型化が達成できる。
【００８７】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、電池と回路基板を接続する際に、多層のパターン配線層を有する回路基盤の表層の接続パターンが絶縁層を突き破り、他の層のパターン配線層と接触してしまった場合でも、回路の短絡を防止することができるため、電池の接続端子と回路基板の接続パターンとを直接接続することができる。
【００８８】
これにより本発明は、電池と回路基板とを接続して作製される電池ユニットの小型化を図ることができるとともに、作製される電池ユニットの歩留まりや品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電池ユニットの一部を透視して示す斜視図である。
【図２】同電池ユニットにおけるポリマー電池の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】同電池ユニットにおける回路基板を説明するための図であり、４層のパターン配線層とこれらの間の絶縁層との層構造を説明するための断面図である。
【図４】同電池ユニットにおける回路基板の表層のパターン配線層を説明するための平面図である。
【図５】同電池ユニットにおける回路基板の第２〜第４層のパターン配線層の一例を説明するための平面図である。
【図６】同電池ユニットにおける回路基板の第２〜第４層のパターン配線層の他の例を説明するための平面図である。
【図７】同電池ユニットにおける回路基板の表層のパターン配線層に、ポリマー電池を接着する範囲を説明するための平面図である。
【図８】同電池ユニットにおける回路基板の層構造の一例を説明するための断面図である。
【図９】同電池ユニットにおける回路基板の層構造の他の例を説明するための断面図である。
【図１０】同電池ユニットにおける回路基板の層構造の他の例を説明するための断面図である。
【図１１】同電池ユニットにおける回路基板の層構造の他の例を説明するための断面図である。
【図１２】同電池ユニットにおけるポリマー電池と回路基板との接続方法について、超音波溶接装置を用いた超音波溶接を説明するための図である。
【図１３】同電池ユニットにおけるポリマー電池と回路基板との接続方法について、大電流電源を用いた抵抗溶接を説明するための図である。
【図１４】従来の電池ユニットの一部を透視して示す平面図である。
【図１５】従来の電池ユニットにおける回路基板の層構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  電池ユニット、２  ポリマー電池、３  回路基板、４  電池素子、５  外装材、６  正極、７  負極、８  固体電解質、９  セパレータ、１０  正極集電体、１１  正極合剤層、１２  正極端子、１３  負極集電体、１４  負極合剤層、１５  負極端子、１６  樹脂片、２１  パターン配線部、Ｌ１〜Ｌ２  表層〜第４のパターン配線層、２２  絶縁部、Ｉ１〜Ｉ３  第１〜第３の絶縁層、２３接続ランド部、２４  接続ランド部、２５  電子回路部、２６  スルーホール
【図１】
2004172295.tif 000003
【図２】
2004172295.tif 000004
【図３】
2004172295.tif 000005
【図４】
2004172295.tif 000006
【図５】
2004172295.tif 000007
【図６】
2004172295.tif 000008
【図７】
2004172295.tif 000009
【図８】
2004172295.tif 000010
【図９】
2004172295.tif 000011
【図１０】
2004172295.tif 000012
【図１１】
2004172295.tif 000013
【図１２】
2004172295.tif 000014
【図１３】
2004172295.tif 000015
【図１４】
2004172295.tif 000016
【図１５】
2004172295.tif 000017