(57)【要約】【課題】落下衝撃等に対する信頼性が高く、実装構造及び製造工程の簡素化が可能な電子機器用のＰＴＣ素子実装構造及び電池パックを提供する。【解決手段】電池セル１０の正極端子３１にリード線６１を接続し、リード線６１の他方端を端子基板４０に形成されたパターンランド４３に接続する。このパターンランド４３の延長した箇所にＰＴＣ素子部５０を形成する。ＰＴＣ素子部５０は、パターンランド４３上に塗布、固着された感熱性導電樹脂５１と、パターンランド４３と対向しそれとの間に感熱性導電樹脂５１を挟むリード板６３よりなり、リード板６３の一方端６３ａを感熱性導電樹脂５１と、他方端６３ｂを端子基板４０上に形成されたパターンランド４４と接合したものである。さらに、リード板６３を上側から絶縁性樹脂７０で覆うことにより、落下衝撃等によるリード板外れを防止することができ、信頼性の高い電池パックが得られる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、この回路基板上に形成された過電流・加熱保護素子であるＰＴＣ素子とを備えた電子機器用のＰＴＣ素子実装構造であって、前記回路基板はその一主面上に互いに離れて形成された第１、第２の導電性パターンを有し、また前記ＰＴＣ素子は前記第１の導電性パターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、この感熱性導電樹脂部材に接続されたリード板とを有し、前記リード板の一方端部を前記感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を前記第２の導電性パターンにそれぞれ接合したことを特徴とする電子機器用のＰＴＣ素子実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器用のＰＴＣ素子実装構造であって、前記リード板と感熱性導電樹脂部材とが、絶縁性樹脂部材により覆われたことを特徴とする電子機器用のＰＴＣ素子実装構造。
【請求項３】
電池セル、端子基板、ＰＴＣ素子およびこれらを収容するケースを備えた電子機器用の電池パックであって、前記電池セルは発電要素と、この発電要素を包み収納するフィルム容器、このフィルム容器から導出された正極端子と負極端子とを有し、前記端子基板は相対向する２つの主面を有し、その一方の主面に正と負の外部接続用端子が形成され、その他方の主面に第１、第２の導電性パターンが互いに離れて形成されており、前記ＰＴＣ素子は前記第１の導電性パターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、前記第１の導電性パターンと対向しそれとの間に前記感熱性導電樹脂部材を挟むリード板とを有し、前記リード板の一方端部を前記感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を前記第２の導電性パターンにそれぞれ接合したことを特徴とする電子機器用の電池パック。
【請求項４】
請求項３記載の電子機器用の電池パックであって、前記正と負の外部接続用端子の間で、前記ＰＴＣ素子と前記電池セルが直列接続されたことを特徴とする請求項３記載の電子機器用の電池パック。
【請求項５】
請求項３記載の電子機器用の電池パックであって、前記リード板と前記感熱性導電樹脂部材とが絶縁性樹脂部材により覆われたことを特徴とする請求項３記載の電子機器用の電池パック。
【請求項６】
請求項３記載の電子機器用の電池パックであって、前記端子基板は、前記ＰＴＣ素子が形成された主面を内側にして前記ケース内に収容されていることを特徴とする電子機器用の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用の過電流・加熱保護素子であるＰＴＣ素子実装構造及び電子機器用の電池パックに関し、特に携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器に内蔵される電池パックにおけるＰＴＣ素子の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯用電子機器の普及がめざましい。例えば携帯電話機の場合、無線部、操作キーの照明部及び液晶ディスプレイなどに電力を供給するための電池パックが内蔵されている。従来の電池パック構造を示す例として、例えば特許文献１がある。この特許文献１では、蓄電要素、ラミネートフィルムよりなる袋及びリードを備えた電池と、外部との接続端子である正極端子及び負極端子、パターンヒューズ及びサーミスタを表面に実装させた端子基板と、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子とを、ケース及びカバーからなる定型の箱内に備えた電池パックにおいて、基板を袋の接着しろとカバーの間に、ＰＴＣ素子を接着しろとケースの間に設けることにより、箱内のスペースを有効に利用している。この例では、ＰＴＣ素子は２つの接続部を有し、一方は袋の接着しろの内面間より延びたリード線に接続され、他方は別のリード線により端子基板と直列に接続されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５１５９０号公報（第３頁、図２）
【０００４】
ＰＴＣ素子は、発電要素または環境の温度が高くなった場合に電池内に充填された電解液が沸騰して危険な状態となるのを防ぐ温度検知型の過電流・加熱保護素子である。中でもポリマＰＴＣ素子（ＰＰＴＣ素子）は、ポリマを素材とした正温度特性を有する素子で、導電性ポリマを２枚の金属電極箔で挟んだ構造である。例えば、正極端子と負極端子がネックレスやブレスレット等で短絡し（チェーンショート）、発電要素の温度が急激に高くなると、ＰＴＣ素子の温度も上昇しその抵抗値が高くなり、負極端子及び正極端子に流れる電流量を制限する。発電要素の温度が低くなりＰＴＣ素子が冷えると元の低抵抗値に戻り電流量は大きくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１で提示された電池パック構造では、ＰＴＣ素子がリード線により接続された空中配線の状態であったため、落下等の衝撃によりリード外れが発生する恐れがあり、電池パックとしての信頼性が低いという問題があった。また、ＰＴＣ素子とリードを接続するため、電池パック製造工程が煩雑であった。
上記のような問題を改善するために、従来より市販されている表面実装タイプのＰＰＴＣ素子（例えば、商品名「ポリスイッチ」：（株）タイコ  エレクトロニクス  レイケム製）を用いる方法がある。しかし、従来の表面実装タイプのＰＴＣ素子を基板に実装する際には一般に半田を用いており、リフローソルダリングの半田フロー槽は２５０℃程度の高温であるため、ＰＴＣ素子の内部インピーダンスが増大し内部抵抗変動が生じることにより、温度検出における信頼性が低くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、落下衝撃等に対する信頼性が高く、実装構造及び製造工程の簡素化が可能な電子機器用のＰＴＣ素子実装構造及び電子機器用の電池パックを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電子機器用のＰＴＣ素子実装構造は、回路基板と、この回路基板上に形成された過電流・加熱保護素子であるＰＴＣ素子とを備えた電子機器用のＰＴＣ素子実装構造であって、回路基板はその一主面上に互いに離れて形成された第１、第２の導電性パターンを有し、またＰＴＣ素子は第１の導電性パターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、この感熱性導電樹脂部材に接続されたリード板とを有し、リード板の一方端部を感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を第２の導電性パターンにそれぞれ接合したものである。
【０００８】
また、本発明に係わる電子機器用の電池パックは、電池セル、端子基板、ＰＴＣ素子およびこれらを収容するケースを備えた電子機器用の電池パックであって、電池セルは発電要素と、この発電要素を包み収納するフィルム容器、このフィルム容器から導出された正極端子と負極端子とを有し、端子基板は相対向する２つの主面を有し、その一方の主面に正と負の外部接続用端子が形成され、その他方の主面に第１、第２の導電性パターンが互いに離れて形成されており、ＰＴＣ素子は第１の導電性パターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、第１の導電性パターンと対向しそれとの間に感熱性導電樹脂部材を挟むリード板とを有し、リード板の一方端部を感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を第２の導電性パターンにそれぞれ接合したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における携帯電話に用いられる電池パックの外観を示す斜視図であり、（ａ）は上側から見た図、（ｂ）は下側から見た図である。また、図２は、図１（ａ）中ＩＩ−ＩＩで示す部分の断面図、図３は図１（ａ）中ＩＩＩ−ＩＩＩで示す部分の断面図である。本実施の形態における電池パック１００に用いられる電池セル１０は、発電要素１１と、この発電要素１１を内部に保持するフィルム容器であるラミネートフィルム２０と、発電要素１１に接続された電極端子３０である正極端子３１及び負極端子３２より構成されている。ラミネートフィルム２０は高分子層、アルミニウム層及び高分子層の３層構造からなり、発電要素１１を保持する凹型のセル部２１と、発電要素１１をセル部２１に密閉するためにフィルム端部の内面同士を接着させた封止部２２より構成される。発電要素１１に接続された正極端子３１及び負極端子３２は、ラミネートフィルム２０の封止部２２より導出されている。正極端子３１は例えばＡｌ材、負極端子３２は例えばＮｉ材よりなり、互いにショートしないように距離を隔てて配置されている。
【００１０】
さらに、封止部２２に対向する位置に、発電要素１１の充放電を行うための外部接続用端子である正と負の充電端子としてのパターンランド４１、４２が形成された端子基板４０が配置されている。端子基板４０は、相対向する２つの主面４０ａ、４０ｂを有し、この一方の主面４０ａに正負の充電端子であるパターンランド４１、４２が形成されている。また、他方の主面４０ｂには、本実施の形態におけるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子部５０が形成される。ＰＴＣ素子部５０は、発電要素１１または環境の温度が高くなった場合に電池セル１０内に充填された電解液が沸騰して危険な状態となるのを防ぐ温度検知型の過電流・加熱保護素子である。本実施の形態におけるＰＴＣ素子部５０の構造については後に詳しく説明する。なお、端子基板４０の主面４０ａ、４０ｂの両方あるいは片方には、パターンヒューズ及びサーミスタ等を含む保護回路（図示せず）が形成されている。これらの電池セル１０、端子基板４０及びＰＴＣ素子部５０を外圧から保護するために直方体形状のケース８０に収容し、本実施の形態における電池パック１００が完成する。ケース８０は、上ケース８１と下ケース８２を接合することにより形成され、厚み（図２中Ｔ１で示す）は、約５ｍｍである。
【００１１】
本実施の形態における電池パック１００の内部構成について図４を用いてさらに詳細に説明する。図４（ａ）に示すように、電池セル１０の正極端子３１にはリード線６１がスポット溶接または超音波溶接等により接続され、このリード線６１の他方端は端子基板４０の主面４０ｂに形成された第１の導電性パターンであるパターンランド４３に接続されている。このパターンランド４３の延長した箇所に、本実施の形態におけるＰＴＣ素子部５０が形成される。ＰＴＣ素子部５０は、パターンランド４３上に塗布された感熱性導電樹脂５１と、このパターンランド４３と対向しそれとの間に感熱性導電樹脂５１を挟むリード板６３よりなるもので、リード板６３の一方端６３ａを感熱性導電樹脂５１と、他方端６３ｂを端子基板４０上に形成された第２の導電性パターンであるパターンランド４４と接合したものである。なお、これらのパターンランド４３、感熱性導電樹脂５１及びリード板６３は、塗布された感熱性導電樹脂５１が固まることにより接合される。本実施の形態における感熱性導電樹脂５１は、絶縁樹脂に導電性カーボンを配合し導電性を持たせたものである。リード板６３の他方端６３ｂは、端子基板４０上に形成されたパターンランド４４に半田等により接続されて内層パターン（図示せず）により端子基板４０の充電端子形成面４０ａに形成された正極側充電端子であるパターンランド４１に接続される。
【００１２】
一方、電池セル１０の負極端子３２にはリード線６２がスポット溶接または超音波溶接等により接続され、このリード線６２の他方端は端子基板４０に形成されたパターンランド４５に接続されて内層パターン（図示せず）により端子基板４０の主面４０ａに形成された負極側充電端子であるパターンランド４２に接続される。これらの接続により、正極側と負極側の充電端子４１、４２の間で、ＰＴＣ素子部５０と電池セル１０が直列接続され、発電要素１１または環境の温度が高くなった場合に、ＰＴＣ素子部５０の温度が上昇し抵抗値が高くなるため回路に流れる電流量が制限される。発電要素１１または環境の温度が低くなりＰＴＣ素子部５０が冷えると元の低抵抗値に戻り電流量は大きくなる。なお、端子基板４０上に形成されたパターンランド４３、４４、４５は、例えば銅箔に下地としてＮｉメッキを施した上にＡｕメッキを施したものである。また、リード板６３は、柔軟性があるもの、またはフォーミング加工されたものであるため、感熱性導電樹脂５１及びパターンランド４４との接合はいずれも容易に行われる。
【００１３】
さらに、図４（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるＰＴＣ素子部５０、すなわち端子基板４０のパターンランド４３に固着された感熱性導電樹脂５１とこれに接合されたリード板６３及びパターンランド４４を上側から覆うように溶融絶縁性樹脂７０を塗布し、固化させる。絶縁性樹脂７０の種類は特に限定されるものではなく、ポッティング、ホットメルト、ＣＯＢ等のいずれかによって異なる。ポッティングの場合はアクリル系のＵＶ硬化樹脂、ホットメルトの場合はポリアミド系の熱可塑性樹脂、ＣＯＢの場合は常温で硬化するエポキシ系樹脂を用いる。なお、ホットメルトの場合の熱可塑性樹脂の溶融温度は１００℃程度であり、ＰＴＣ素子部５０の信頼性を低下させることはない。
ＰＴＣ素子部５０を絶縁性樹脂７０で覆われた端子基板４０は、図４（ｃ）に示すように、電池セル１０の正極端子３１及び負極端子３２とそれぞれに接続されたリード線６１、６２をＰＴＣ素子部５０形成面である主面４０ｂを内側にして折り曲げることにより、電池セル１０の封止部２２と対向するようケース内に収容される（便宜上、図４（ｃ）では絶縁性樹脂７０を図示していない）。このような配置とすることで、ケース内のスペースを有効に利用でき電池パックの小型化が図られ、さらにＰＴＣ素子部５０を外部の衝撃から保護することができる。なお、ＰＴＣ素子部５０を覆う絶縁性樹脂７０のトップと上ケース８１に沿って配置された封止部２２の距離（図３中Ｔ２で示す）は、ＰＴＣ素子部５０が電池セル１０の温度上昇をいち早く検知するためには２ｍｍ以下であることが好ましく、できれば接触していることが望ましい。
【００１４】
図５は、封止部２２と対向するように配置された端子基板４０の固定機構を説明する図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中Ａ−Ａで示す部分の断面図である。図に示すように、上ケース８１に設けられた端子基板支持用のリブ８５と、下ケース８２に設けられたＬ字型リブ８６により、端子基板４０は下ケース８２に固定されている。電池セル１０の封止部２２は、ケース８０の上ケース８１に接触するよう成形されており、ＰＴＣ素子部５０は封止部２２と対向するようにケース８０内に収容されている。下ケース８２には、正負の充電端子４１、４２に対応する位置に端子窓８３、８４が形成され、端子基板４０が端子窓８３、８４を塞ぐように下ケース８２と密着して固定される。この端子窓８３、８４を介して端子基板４０上に形成された充電端子４１、４２と外部の接続端子（図示せず）が接続される。外部の接続端子としては、例えばリン青銅を母材とし、これにＣｕメッとＡｕメッキの表面処理を施した板バネ等が用いられる。
【００１５】
以上のように、本実施の形態によれば、端子基板４０上に形成されたパターンランド４３上に感熱性導電樹脂５１を塗布し、この感熱性導電樹脂５１を挟むように端子基板４０上にリード板６３を配置することにより、従来より市販されている表面実装タイプのＰＴＣ素子と同様の機能を有するＰＴＣ素子部５０を形成し、さらにリード板６３を上側から絶縁性樹脂７０で覆い固定しているので、落下衝撃等によるリード板６３外れを防止することができ、信頼性の高い電池パックが得られる。また、ＰＴＣ素子をリード線により空中配線の状態にしていた従来構造に比べて内部配線が簡素であり、電池パック組立工程が簡略化される。さらに、ＰＴＣ素子部５０を端子基板４０に実装する際に半田付けを行わないので、ＰＴＣ素子が高温にさらされることによる生じる内部抵抗の変動がなく、温度検出において高い信頼性が得られる。
【００１６】
なお、本実施の形態では、ラミネートフィルム２０に設けられた凹型のセル部２１内に発電要素１１が収納されたバターカップ型と呼ばれる電池セル１０を例に挙げて説明したが、本発明はこのタイプの電池に限られるものではない。さらには、本発明は電池パックに限られるものではなく、回路基板と、この基板上に形成されたＰＴＣ素子とを備えた電子機器全般に応用できるものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回路基板と、この回路基板上に形成された過電流・加熱保護素子であるＰＴＣ素子とを備えた電子機器用のＰＴＣ素子実装構造において、ＰＴＣ素子は回路基板上の第１のパターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、この感熱性導電樹脂部材に接続されたリード板とを有し、リード板の一方端部を感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を第２のパターンにそれぞれ接合してなるので、実装構造及び製造工程が簡素であり、落下等の衝撃にも強く信頼性の高いＰＴＣ素子実装構造が得られた。さらに、ＰＴＣ素子の接続に半田を用いないため、ＰＴＣ素子が高温にさらされることによる内部抵抗の変動がなく、温度検出において高い信頼性が得られた。
【００１８】
また、本発明によれば、電池セル、端子基板、ＰＴＣ素子およびこれらを収容するケースを備えた電子機器用の電池パックにおいて、端子基板は相対向する２つの主面を有し、その一方の主面に正と負の外部接続用端子が形成され、その他方の主面に第１、第２の導電性パターンが互いに離れて形成されており、ＰＴＣ素子は第１の導電性パターン上に塗布、固着された感熱性導電樹脂部材と、第１の導電性パターンと対向しそれとの間に感熱性導電樹脂部材を挟むリード板とを有し、リード板の一方端部を感熱性導電樹脂部材に、またその他方端部を第２の導電性パターンにそれぞれ接合してなるので、ＰＴＣ素子がリード線により接続された空中配線状態の従来の電池パックに比べて内部配線及び製造工程が簡素であり、落下等の衝撃にも強く信頼性の高い電池パックが得られた。さらに、ＰＴＣ素子の接続に半田を用いないため、ＰＴＣ素子が高温にさらされることによる内部抵抗の変動がなく、温度検出において信頼性の高い電池パックが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である電子機器用の電池パックの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１である電池パックの縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である電池パックの横断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１である電池パックの内部構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１である電池パックにおける端子基板の固定機構を説明する図である。
【符号の説明】
１０  電池セル、１１  発電要素、２０  ラミネートフィルム、２１  セル部、
２２  封止部、３０  電極端子、３１  正極端子、３２  負極端子、
４０  端子基板、４０ａ、４０ｂ  主面、４１、４２  パターンランド（充電端子）、４３、４４、４５  パターンランド、５０  ＰＴＣ素子部、５１  感熱性導電樹脂、６１、６２  リード線、６３  リード板、６３ａ、６３ｂ  端部、
７０  絶縁性樹脂、８０  ケース、８１  上ケース、８２  下ケース、
８３、８４  端子窓、８５  リブ、８６  Ｌ字型リブ、１００  電池パック。
【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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