(57)【要約】【課題】回路基板に設けられた配線層と電池の端子との接続信頼性が向上した電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１０は、絶縁樹脂層２４の一方の主表面に形成された配線層２６を有する回路基板２０とこれに接続された複数個の電池３０とを有する。複数個の電池３０は配線層２６を介して直列接続されている。各電池３０の正極端子５０の接合面側に設けられた凸部と配線層２６、および負極端子６０の接合面側に設けられた凸部と配線層２６とは拡散接合により接合されている。【選択図】図１
2012160337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と前記基材に設けられた配線層とを有する回路基板と、
電極体と、前記電極体が収容された筐体と、前記筐体の外部に設けられ、前記電極体に電気的に接続されている外部端子とを有する電池と、
を備え、
前記外部端子と前記配線層とが拡散接合により接合されており、
当該接合領域において、前記外部端子または前記配線層の表面に、接合部分が非接合部分よりも突出した凸部を備えていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
上記接合部分において、前記外部端子、前記配線層のうち一方の表面が凸部であり、他方の表面が凹部である請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記外部端子に接合面側から接合面に対向する表面側に貫通する貫通孔が設けられている請求項１または２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
銅を主成分とする金属で形成または被覆された凸部を有する外部端子を有する電池と、銅を主成分とする金属で形成された配線層を有する回路基板とを用意する工程と、
前記外部端子の凸部と、前記配線層との間に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を充填し、前記外部端子および前記配線層の最表面に銅を主成分とする金属を露出させる工程と、
前記外部端子と前記配線層との間の距離を縮めるように前記外部端子と前記配線層とを加圧する工程と、
前記外部端子と前記配線層とを加圧した状態で、加熱により前記外部端子と前記配線層とを接合する工程と、
を備えることを特徴とする電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記外部端子の接合面側から接合面と対向する面側に貫通する貫通孔が形成された電池を用意する請求項４に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記配線層の接合部分に凹部が形成されている回路基板を用意し、
前記外部端子の凸部と前記凹部とを接合する請求項４または５に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記溶液は銅に対して不活性である請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記溶液が銅と錯体を形成する配位子を有する物質を含む請求項４乃至７のいずれか１項に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記錯体が加熱分解性である請求項８に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記溶液がアンモニア水またはカルボン酸水溶液である請求項４乃至９のいずれか１項に記載の電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池が直列接続された電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池（単セル）の起電力は低く、起電力が高いといわれるリチウムイオン電池においても４Ｖ程度である。そのため、より高い電圧が必要な場合には、複数個の電池を直列接続してモジュール化することが行われている。
【０００３】
複数個の電池をモジュール化した構造（電池モジュール）として、電池監視用の回路基板に設けられた配線層と、電池の端子とを電圧検出ラインを介してはんだ接続する構造が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２３２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回路基板に設けられた配線層と、電池の端子とがはんだ接続された構造では、はんだの経年劣化により、配線層と電池の端子との接続信頼性が低下し、十分な耐振動性を得ることができない場合があった。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路基板に設けられた配線層と電池の端子との接続信頼性を向上させることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、電池モジュールである。当該電池モジュールは、基材と基材に設けられた配線層とを有する回路基板と、電極体と、電極体が収容された筐体と、筐体の外部に設けられ、電極体に電気的に接続されている外部端子とを有する電池と、を備え、外部端子と配線層とが拡散接合により接合されており、当該接合領域において、外部端子または配線層の表面に、接合部分が非接合部分よりも突出した凸部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この態様の電池モジュールによれば、回路基板に設けられた配線層と電池の外部端子とが拡散接合により一体化された構造となることで接続信頼性の向上が図られる。さらに、電池の外部端子の接合面に凸部が形成されているため、回路基板全体が反っている場合であっても、回路基板の反りに応じて接合部分が形成されることで電池の外部端子と配線層２６とを確実に接続することができる。
【０００９】
上記態様の電池モジュールの接合部分において、外部端子、配線層のうち一方の表面が凸部であり、他方の表面が凹部であってもよい。外部端子に接合面側から接合面に対向する表面側に貫通する貫通孔が設けられていてもよい。
【００１０】
本発明の他の態様は電池モジュールの製造方法である。当該電池モジュールの製造方法は、銅を主成分とする金属で形成または被覆された凸部を有する外部端子を有する電池と、銅を主成分とする金属で形成された配線層を有する回路基板とを用意する工程と、外部端子の凸部と、配線層との間に、酸化銅を主成分とする酸化物が溶出する溶液を充填し、外部端子および配線層の最表面に銅を主成分とする金属を露出させる工程と、外部端子と配線層との間の距離を縮めるように外部端子と配線層とを加圧する工程と、外部端子と配線層とを加圧した状態で、加熱により外部端子と配線層とを接合する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記態様の電池モジュールの製造方法において、外部端子の接合面側から接合面と対向する面側に貫通する貫通孔が形成された電池を用意してもよい。配線層の接合部分に凹部が形成されている回路基板を用意し、外部端子の凸部と凹部とを接合してもよい。溶液は銅に対して不活性であってもよい。溶液が銅と錯体を形成する配位子を有する物質を含んでもよい。錯体が加熱分解性であってもよい。溶液がアンモニア水またはカルボン酸水溶液であってもよい。
【００１２】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路基板に設けられた配線層と電池の端子との接続信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。
【図２】電池の概略構造を示す断面図である。
【図３】回路基板に接続された電池の配列を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）は、電池の正極端子と回路基板の配線層との接続構造を示す図である。図４（Ｂ）は、電池の負極端子と回路基板の配線層との接続構造を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る電池モジュールにおける電池と回路基板の接続方法を示す概略図である。
【図６】図６（Ａ）は、電池の負極端子と配線層との接続構造の変形例１を示す概略図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＹ方向から見た負極端子の側面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＸ方向から見た負極端子の平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、電池の負極端子と配線層との接続構造の変形例２を示す概略図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＹ方向から見た負極端子の側面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＸ方向から見た負極端子の平面図である。図７（Ｄ）は、図７（Ａ）のＺ方向から見た配線層の平面図である。
【図８】電池の負極端子と配線層との接続構造の変形例３を示す概略図である。
【図９】電池の負極端子と配線層との接続構造の変形例４を示す概略図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、実施の形態２に係る電池モジュールの外部端子と配線層との接続構造を示す平面図である。図１０（Ｂ）は、実施の形態２に係る電池モジュールの外部端子と配線層との接続構造を示す、図１０（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る電池モジュールにおける電池と回路基板の接続方法を示す概略図である。
【図１２】実施の形態２に係る電池モジュールにおける電池と回路基板の接続方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池モジュール１０の分解斜視図である。電池モジュール１０は、回路基板２０、複数個の電池３０およびハウジング４０を有する。
【００１７】
回路基板２０は、金属基板２２、絶縁樹脂層２４および配線層２６を有する。
【００１８】
金属基板２２は、絶縁樹脂層２４の一方の主表面に配置されている。金属基板２２は、熱伝導性に優れたＡｌ、Ｃｕなどの金属を平板状にした部材であり、回路基板２０の放熱性を高める機能を担う。
【００１９】
絶縁樹脂層２４は、回路基板２０の「基材」であり、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。回路基板２０の放熱性向上の観点から、絶縁樹脂層２４は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁樹脂層２４は、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。
【００２０】
配線層２６は、絶縁樹脂層２４の他方の主表面に所定パターンをなして形成されている。本実施の形態の配線層２６は銅で形成されている。
【００２１】
回路基板２０の一方の主表面には、電子部品２５が搭載されている。電子部品２５は、ＩＣなどの半導体素子や、抵抗、コンデンサなどの受動素子からなる。電子部品２５は、電池３０の電圧や温度を監視し、電池３０の接続状態を制御する回路部をなす。より具体的には、回路部は各電池３０の電圧や温度を監視し、電圧や温度が異常を示した場合に、当該電池３０のみ、または当該電池３０を含む複数の電池の接続を遮断する機能等を備えている。
【００２２】
また、回路基板２０の一方の主表面には、電池３０が接続されている。電池３０の外部端子と回路基板２０の配線層２６との接続構造については後述する。
【００２３】
ハウジング４０は、電池３０を収容可能な容器状の部材であり、ハウジング４０の開口部分を塞ぐように、ハウジング４０の内部に電池３０が設けられた面を向けて回路基板２０が組み付けられている。ハウジング４０内に電池３０を収容することで、電池３０が外部環境から保護される。
【００２４】
図２は、電池３０の概略構造を示す断面図である。電池３０は、図２に示すように、外装缶（筐体）３１内に、正負極が渦巻状に巻回されてなる電極体３２が外装缶３１の缶軸方向に対し横向きに収納されており、封口板３３により外装缶３１の開口が封口されている。封口板３３には電池３０の外方に突出した正極端子５０と負極端子６０が設けられている。また、封口板３３には、ガス排出弁（図示せず）が形成されている。
【００２５】
正極端子５０は、ガスケット３４に当接された状態で、封口板３３の正極用開口に嵌め込まれている。また、正極端子５０は、封口板３３の電池内側において正極タブ部材５３と接続している。なお、封口板３３の正極用開口に嵌め込まれた正極端子５０の端部には、封口板３３の正極用開口に沿って側壁が形成されるような凹部５１が設けられている。凹部５１の縁部分が広がるようにかしめることで、正極端子５０が固定されている。正極端子５０の芯部（図示せず）はアルミニウムで形成されており、芯部の周りを銅めっき層（図示せず）が被覆している。正極タブ部材５３と封口板３３の電池内側面との間に絶縁板３５が設けられている。封口板３３の正極用開口において、絶縁板３５とガスケット３４とが当接している。これにより、正極タブ部材５３および正極端子５０が封口板３３から絶縁されている。
【００２６】
正極タブ部材５３は、電極体３２の一方の端面から突出した正極集電板群３２ａに接続されている。なお、正極集電板群３２ａは、電極体３２の一方の端面から突出した複数の正極集電板を束ねたものである。
【００２７】
負極端子６０は、ガスケット３４に当接された状態で、封口板３３の負極用開口に嵌め込まれている。また、負極端子６０は、封口板３３の電池内側において負極タブ部材６２と接続している。なお、封口板３３の負極用開口に嵌め込まれた負極端子６０の端部には、封口板３３の負極用開口に沿って側壁が形成されるような凹部６１が設けられている。凹部６１の縁部分が広がるようにかしめることで、負極端子６０が固定されている。負極端子６０は全体が銅で形成されている。負極タブ部材６２と封口板３３の電池内側面との間に絶縁板３５が設けられている。封口板３３の負極用開口において、絶縁板３５とガスケット３４とが当接している。これにより、負極タブ部材６２および負極端子６０が封口板３３から絶縁されている。
【００２８】
負極タブ部材６２は、電極体３２の他方の端面から突出した負極集電板群３２ｂに接続されている。なお、負極集電板群３２ｂは、電極体３２の他方の端面から突出した複数の負極集電板を束ねたものである。
【００２９】
図３は、回路基板２０に接続された電池３０の配列を示す平面図である。本実施の形態では、計１０個の電池３０が５個ずつに分かれてそれぞれ列をなしている。なお、図３においては、前述の電子部品２５がなす回路部および監視のための配線の図示は省略している。
【００３０】
第１の列をなす５個の電池３０ａは、電池３０の長手方向が略平行になるように所定の間隔で並設されている。電池３０ａの正極端子５０および負極端子６０の先端部分は、電池３０ａの長手方向に電池３０ａの筐体から突出している。隣接する電池３０ａの正極端子５０および負極端子６０は、互いに反対側になるように配列されている。第１の列において、互いに隣接する一方の電池３０ａの正極端子５０と他方の電池３０ａの負極端子６０とが共通の配線層２６ａに接続されている。すなわち、配線層２６ａはインターコネクタとして機能している。これにより、第１の列の電池３０ａが直列接続されている。
【００３１】
一方、第２の列をなす５個の電池３０ｂは、電池の長手方向が略平行になるように所定の間隔で並設されている。電池３０ｂの正極端子５０および負極端子６０の先端部分は、電池３０ｂの長手方向に電池３０ｂの筐体から突出している。隣接する電池３０ｂの正極端子５０および負極端子６０は、互いに反対側になるように配列されている。第２の列において、互いに隣接する一方の電池３０ｂの正極端子５０と他方の電池３０ｂの負極端子６０とが共通の配線層２６ｂに接続されている。すなわち、配線層２６ｂはインターコネクタとして機能している。これにより、第２の列の電池３０ｂが直列接続されている。
【００３２】
さらに、第１の列をなす電池３０ａの直列接続の一方の終端となる負極端子６０’と、第２の列をなす電池３０ｂの直列接続の一方の終端となる正極端子５０’とが共通の配線層２６ｃに接続されている。これにより、第１の列をなす電池３０ａと第２の列をなす電池３０ｂとが直列接続される。第１の列をなす電池３０ａの直列接続の一方の終端となる正極端子５０’’は、配線層２６ｄに接続されている。また、第２の列をなす電池３０ｂの直列接続の一方の終端となる負極端子６０’’は、配線層２６ｅに接続されている。配線層２６ｄ、２６ｅからそれぞれ回路基板２０の外部に配線が引き回され、外部負荷と接続可能になっている。
【００３３】
図４（Ａ）は、電池３０の正極端子５０と回路基板２０の配線層２６との接続構造を示す図である。また、図４（Ｂ）は、電池３０の負極端子６０と回路基板２０の配線層２６との接続構造を示す図である。
【００３４】
図４（Ａ）に示すように、正極端子５０の接続部分は、アルミニウムからなる芯部５２と芯部５２の周りを被覆する、銅からなる表層部５４からなる。表層部５４は、芯部５２の周りに形成されたスパッタ層である。芯部５２の配線層２６側の面には突出部５５が形成されている。本実施の形態では、突出部５５の形状は中央部分が最も膨らんだドーム状である。表層部５４は突出部５５の表面にも被覆されており、突出部５５とこれを被覆する表層部５４とで凸部５６が形成されている。突出部５５の頂部に被覆された表層部５４と配線層２６とは、拡散接合により接合されている。表層部５４と配線層２６とが拡散接合により一体化しているため、両者の間にある接合部には界面が存在しない。
【００３５】
一方、図４（Ｂ）に示すように、負極端子６０の接続部分は銅で形成されている。負極端子６０の配線層２６側の面には凸部６６が形成されている。本実施の形態では、凸部６６の形状は中央部分が最も膨らんだドーム状である。負極端子６０の凸部６６と配線層２６とは、拡散接合により接合されている。負極端子６０と配線層２６とが拡散接合により一体化しているため、両者の間にある接合部には界面が存在しない。
【００３６】
以上説明した電池モジュール１０によれば、電池３０の外部端子（正極端子５０および負極端子６０）と回路基板２０の配線層２６とが拡散接合により接合し、一体化した構造を備えることにより、電池３０の外部端子と配線層２６との接続信頼性の向上を図ることができる。この結果、振動によって電池３０の外部端子が配線層２６から外れることを抑制することができる。また、電池３０の外部端子と配線層２６との間にある接合部には金属界面がないため、低抵抗化を図ることができる。
【００３７】
さらに、電池３０の外部端子の接合面に凸部が形成されており、この凸部と配線層２６とが拡散接合により接続されていることにより、回路基板２０全体が凹状または凸状に反っている場合であっても、回路基板２０の反りに応じて接合部分がずれるため電池３０の外部端子と配線層２６とを確実に接続することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、凸部が外部端子側に設けられているが、配線層２６側に凸部を設けた構造に変更することが可能である。
【００３９】
（電池モジュールの製造方法）
電池モジュールの製造方法のうち、特に、電池と回路基板の接続方法について、図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して説明する。なお、図５（Ａ）および図５（Ｂ）では、説明を簡便にするため一列分の電池３０が示されている。
【００４０】
まず、アルミニウムからなる正極端子の芯部の表面にスパッタ法を用いて銅を被覆し、表層部を形成する。なお、当該芯部には、図４に示したような突出部を設けておき、突出部と表層部とで凸部を形成する。また、銅を主成分とする金属で形成された負極端子に図４に示したような凸部を設けておく。こうして得られた銅を主成分とする金属で芯部が被覆された正極端子と銅を主成分とする金属で形成された負極端子を用いて、図３に示したような電池３０を形成する。なお、電池３０の正極端子および負極端子の最表面は、銅が大気中で自然酸化することにより、酸化銅を主成分とする酸化物で形成されている。ここで、「銅を主成分とする」および「酸化銅を主成分とする」という表現中、「主成分とする」は、銅または酸化銅の含有量が５０％よりも大きいことを意味する。なお、正極端子はＣｕとＡｌからなるクラッド材からなっていてもよい。
【００４１】
次に、図５（Ａ）に示すように、配線層２６の所定位置と電池３０の正極端子５０および負極端子６０とを位置合わせした状態で、正極端子５０の凸部（図示せず）と配線層２６との間、および負極端子６０の凸部（図示せず）と配線層２６との間に、酸化銅が溶出または溶解する溶液（図示せず）を充填する。本実施の形態では、溶液はアンモニア水である。正極端子５０の凸部と配線層２６との間に溶液を充填したときの、正極端子５０の凸部と配線層２６との距離は、たとえば、１μｍである。同様に、負極端子６０の凸部と配線層２６との距離は、たとえば、１μｍである。
【００４２】
室温で１分程度放置すると、正極端子５０の凸部および負極端子６０の凸部の最表面に形成された酸化銅が溶液中に溶出し、正極端子５０の凸部および負極端子６０の凸部の最表面から酸化銅が消失する。また、接合部分となる配線層２６の最表面に形成された酸化銅が溶液中に溶出し、接合部分となる配線層２６の最表面から酸化銅が消失する。酸化銅が溶液に溶出することにより、正極端子５０および負極端子６０の最表面およびこれと対応する配線層２６の最表面に銅が露出する。また、溶液中では、銅錯体が形成される。本実施の形態では、銅錯体は、［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋で表される加熱分解性のテトラアンミン銅錯イオンとして存在すると考えられる。なお、アンモニア水は銅に対して不活性であるため、正極端子５０、負極端子６０および配線層２６を構成する銅はアンモニア水と反応せずに残存している。
【００４３】
次に、図５（Ｂ）に示すように、正極端子５０と配線層２６との間の距離、および負極端子６０と配線層２６との間の距離を縮めるように、プレス機を用いて正極端子５０と配線層２６とを加圧する。同様に、プレス機を用いて負極端子６０と配線層２６とを加圧する。加圧時の圧力は、たとえば１ＭＰａである。本実施の形態では、電池３０の正極端子５０および負極端子６０の先端部分は、電池３０の長手方向に電池３０の筐体から突出している。言い換えると、正極端子５０と配線層２６との接合部および負極端子６０と配線層２６との接合部が、電池３０の筐体を回路基板２０に投影した領域から外れた位置にある。このため、正極端子５０および負極端子６０に対してプレスを行う際に、電池３０の筐体が障害とならず、正極端子５０および負極端子６０に対して直にプレスを行うことができる。
【００４４】
次に、正極端子５０と配線層２６、および負極端子６０と配線層２６とを加圧した状態で２００℃以下の比較的低温な条件下で加熱することにより溶液中の銅以外の成分を除去して銅を析出または再結晶化させる。本実施の形態では、加熱により水分が蒸発するとともに、テトラアンミン銅錯イオンが熱分解してアンモニア成分が蒸発する。これにより、溶液において銅の割合が徐々に高まるとともに、プレス機による加圧により正極端子５０の凸部の最表面と配線層２６の最表面との距離が徐々に近づく。同様に、負極端子６０の凸部の最表面と配線層２６の最表面との距離が徐々に近づく。
【００４５】
次に、溶液中の銅以外の成分の除去が完了すると、正極端子５０の凸部の最表面と配線層２６の最表面とが酸化銅由来の銅からなる析出銅により接合される。同様に、負極端子６０の凸部の最表面と配線層２６の最表面とが酸化銅由来の銅からなる析出銅により接合される。この析出銅は、配向性および安定性が優れている。析出銅により接合が完了した後、加熱を停止して析出銅による接合部分を徐々に室温程度まで冷却する。なお、加熱開始から加熱停止までの時間は、たとえば、１０分間である。冷却完了後、加圧を解除し、正極端子５０の凸部と配線層２６、および負極端子６０の凸部と配線層２６との接合工程が完了する。
【００４６】
なお、図４に示した接合構造では、正極端子５０と配線層２６との仮想的な境界は、配線層２６の最表面を延在した面と一致しているが、上述のように、正極端子５０に対してプレスを行うことにより、正極端子５０と配線層２６との仮想的な境界は、配線層２６の最表面を延在した面に対して配線層２６の中に押し込まれることがある。負極端子６０と配線層２６との仮想的な境界も、同様に、配線層２６の最表面を延在した面に対して配線層２６の中に押し込まれることがある。
【００４７】
以上説明した電池モジュールの製造方法によれば、真空装置などの大がかりな設備を用いることなく、比較的低温な条件下で電池３０の外部端子と回路基板２０の配線層２６を接合することができる。具体的には、電池３０の外部端子の接合面と配線層２６の接合面とが活性化された後、析出銅を介して接合される。これにより、電池３０の外部端子と配線層２６との間にボイドが発生したり副生成物が介在することが抑制されるため、電池３０の外部端子と配線層２６との接続信頼性を高めることができる。
【００４８】
また、電池３０の外部端子と配線層２６との接合を担う析出銅として、電池３０の外部端子および配線層２６の最表面に酸化被膜として存在していた酸化銅由来の銅が用いられているため、電池３０の外部端子と配線層２６とを接合するために、接合材料を別途用意する必要がない。このため、電池３０の外部端子と配線層２６との接続に要するコストを低減することができる。
【００４９】
また、電池３０の外部端子の接合面に凸部が形成されているため、回路基板２０全体が凹状または凸状に反っている場合であっても、回路基板２０の反りに応じて接合部分が形成されることで電池３０の外部端子と配線層２６とを確実に接続することができる。
【００５０】
また、電池３０の外部端子に凸部を設けておくことにより、接合部が限定され、プレス加工時の圧力が局所的に加わるため、接合部の信頼性や強度を高めることができる。
【００５１】
（金属接合に用いる溶液）
上述した電池３０の外部端子と配線層２６との接合では、金属接合に用いる溶液としてアンモニア水が用いられているが、銅と錯体を形成する配位子を含む溶液であれば、これに限られず、たとえば、カルボン酸水溶液であってもよい。
【００５２】
カルボン酸水溶液の調製に用いられるカルボン酸としては、酢酸などのモノカルボン酸、また、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、フタル酸、マレイン酸などのジカルボン酸、さらに、酒石酸、クエン酸、乳酸、サリチル酸などのオキシカルボン酸が挙げられる。
【００５３】
このうち、カルボン酸水溶液は多座配位子となるカルボン酸を有することが好ましい。多座配位子となるカルボン酸を有するカルボン酸水溶液では、カルボン酸と銅がキレートを形成することにより銅錯体の安定性が非常に大きくなる。この結果、接合に必要な温度をより低温化させることができる。なお、酒石酸、シュウ酸などがキレートを形成することは「ヘスロップジョーンズ  無機化学（下）  齋藤喜彦  訳」の第６６６頁に記載されている。また、酒石酸がキレートを形成することについては、「理化学辞典  第４版（岩波書店）」の第５９３頁に記載されている。
【００５４】
ここで、電池３０の外部端子と配線層２６との接続構造の変形例について説明する。以下の変形例では、負極端子６０を用いて例示するが、正極端子５０も同様な構造とすることができる。
【００５５】
（変形例１）
図６（Ａ）は、電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造の変形例１を示す概略図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＹ方向から見た負極端子６０の側面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＸ方向から見た負極端子６０の平面図である。本変形例では、負極端子６０の凸部６６が柱状体（バンプ）であり、凸部６６が負極端子６０の接合面の複数箇所に形成されている。隣接する凸部６６の間の領域は、凸部６６と配線層２６とが拡散接合により接合したときに、隙間となる。
【００５６】
このような柱状体状の凸部６６は、ウェットエッチング法や型抜き法などの手法により形成することができる。ウェットエッチング法を適用する場合には、たとえば、以下のプロセスを用いることができる。
（１）平坦な接合面の上（凸部６６の形成面）にレジストを形成
（２）露光、現像を行い、凸部６６の形成領域に合わせてマスクを形成
（３）ウェットエッチングを行うことにより、凸部６６を形成
（４）マスクを剥離
【００５７】
以上説明した電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造によれば、実施の形態１で説明した効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
【００５８】
負極端子６０と配線層２６との接合部分を凸部６６の頂面部分に限定することができるため、プレス加工時の圧力をより局所的に加えることができる。このため、接合部の信頼性や強度を高めることができる。
【００５９】
負極端子６０と配線層２６との間に充填された溶液がプレス加工により揮発して気体となる際に、隣接する凸部６６の間に形成された隙間が、この気体の逃げ道となる。このため、気体が接合部に残ることでボイドが発生することが抑制される。この結果、負極端子６０と配線層２６との接続信頼性をより一層高めることができる。
【００６０】
（変形例２）
図７（Ａ）は、電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造の変形例２を示す概略図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＹ方向から見た負極端子６０の側面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＸ方向から見た負極端子６０の平面図である。図７（Ｄ）は、図７（Ａ）のＺ方向から見た配線層２６の平面図である。本変形例では、負極端子６０の接合面側に複数の溝部６７が併設されており、溝部６７を仕切る壁部分が凸部６６となっている。さらに、本変形例では、配線層２６の接合面側にも、複数の溝部２７が併設されており、溝部２７を仕切る壁部分が凸部２８となっている。溝部６７および溝部２７は、凸部６６と配線層２６とが拡散接合により接合したときに、隙間となる。負極端子６０の側の凸部６６が延在する方向は、配線層２６の側の凸部２８が延在する方向と交差する向きに形成されている。
【００６１】
このような凹凸形状は、負極端子６０の側、配線層２６の側ともに上述したウェットエッチング法を適用することで形成することができる。また、負極端子６０の側では、型抜き法やフライス盤等を用いた削り出し加工によって形成することができる。
【００６２】
以上説明した電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造によれば、変形例１で説明した効果に加えて、次のような効果を得ることができる。
【００６３】
負極端子６０と配線層２６との接合部分を負極端子６０側の凸部６６と配線層２６側の凸部２８とが交差し接触する部分に限定することができるため、プレス加工時の圧力をより一層局所的に加えることができる。このため、接合部の信頼性や強度をさらに高めることができる。
【００６４】
負極端子６０と配線層２６との間に充填された溶液がプレス加工により揮発して気体となる際に、溝部６７のみならず溝部２７が、この気体の逃げ道となる。このため、気体が接合部に残ることでボイドが発生することがより一層抑制される。この結果、負極端子６０と配線層２６との接続信頼性をより一層高めることができる。
【００６５】
（変形例３）
図８は、電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造の変形例３を示す概略図である。本変形例では、負極端子６０に接合面側から接合面と対向する側に貫通する貫通孔６８が形成されている。貫通孔６８の数および設置位置は特に限定されない。貫通孔６８は、負極端子６０を電池３０に取り付ける前にドリル加工などの加工法により形成することができる。
【００６６】
このように、負極端子６０に貫通孔６８を形成しておくことにより、負極端子６０と配線層２６の所定位置とを位置合わせした後に、貫通孔６８を通して負極端子６０と配線層２６との間に拡散接合用の溶液を注入することができるため、負極端子６０と配線層２６の所定位置との位置決め精度を高めた状態で拡散接合を行うことができる。
【００６７】
また、負極端子６０と配線層２６との間に充填された溶液がプレス加工により揮発して気体となる際に、貫通孔６８がこの気体の逃げ道となる。このため、気体が接合部に残ることでボイドが発生することが抑制される。この結果、負極端子６０と配線層２６との接続信頼性をより一層高めることができる。
【００６８】
（変形例４）
図９は、電池３０の負極端子６０と配線層２６との接続構造の変形例４を示す概略図である。本変形例では、負極端子６０の凸部６６に対応して、配線層２６の接合面に凹部２９が形成されている。なお、図９に示した点線は、負極端子６０の凸部６６と配線層２６の凹部２９との境界を仮想的に示す線である。
【００６９】
凹部２９は、配線層２６を形成するためのウェットエッチングの際に、凹部２９の中心部分に凹部２９よりも小さい形状を開口とするマスクパターンを形成しておくことにより、形成することができる。また、凹部２９は型を用いて加圧することで形成することができる。
【００７０】
本変形例のように配線層２６に凹部２９を設けておくことにより、凹部２９が拡散接合に使用される溶液の液溜めとなる。このため、拡散接合用の溶液の粘性が低い場合であっても、この溶液を負極端子６０の凸部６６と配線層２６との間から逃げないようにすることができ、ひいては、拡散接合の接続信頼性を向上させることができる。
【００７１】
また、配線層２６に凹部２９を設けておくことにより、回路基板２０に反りが生じている場合であっても、回路基板２０に電池３０を搭載したときに、負極端子６０の凸部６６と配線層２６の凹部２９とが接触する部分がより柔軟に確保されるため、負極端子６０の凸部６６と配線層２６の凹部２９との接合部の接続信頼性をより一層高めることができる。
【００７２】
なお、本変形例では、外部端子側に凸部を設け、配線層側に凹部を設けているが、これとは逆に、外部端子側に凹部を設け、配線層側に凸部を設けてもよい。この場合には、接合プロセスにおいて、図５と天地を逆にし、外部端子の上に配線層を配置することにより、外部端子に設けられた凹部を溶液の液溜として用いることができる。
【００７３】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る電池モジュールの基本的な構成は実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００７４】
図１０（Ａ）は、実施の形態２に係る電池モジュールの外部端子と配線層との接続構造を示す平面図である。図１０（Ｂ）は、実施の形態２に係る電池モジュールの外部端子と配線層との接続構造を示す、図１０（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００７５】
本実施の形態では、配線層２６の一部が折り返されて、回路基板２０を側面方向から見たときにコの字形状になっている。コの字形状部分において下側に位置する配線層２６を下側配線層２６ｕと呼び、コの字形状部分において上側に位置する配線層を上側配線層２６ｔと呼ぶ。
【００７６】
正極端子５０は、下側配線層２６ｕと上側配線層２６ｔとの間に挟まれている。正極端子５０の下面と下側配線層２６ｕの上面とが拡散接合されていることに加えて、正極端子５０の上面と上側配線層２６ｔの下面とが拡散接合されている。同様に、負極端子６０は、下側配線層２６ｕと上側配線層２６ｔとの間に挟まれている。負極端子６０の下面と下側配線層２６ｕの上面とが拡散接合されていることに加えて、負極端子６０の上面と上側配線層２６ｔの下面とが拡散接合されている。
【００７７】
本実施の形態の正極端子５０および負極端子６０は平板状であり、下側配線層２６ｕと重畳しない部分では、正極端子５０の下面および負極端子６０の下面が接着剤８０によって回路基板２０に固定されている。接着剤８０は、電池３０に設けられたガス弁（図示せず）を埋めないようにする。
【００７８】
本実施の形態では、外部端子の上面と下面の両方が配線層と拡散接合することで、さらなる接合強度の向上を図ることができる。
【００７９】
（電池モジュールの製造方法）
実施の形態２に係る電池モジュールの製造方法のうち、特に、電池と回路基板の接続方法について、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）を参照して説明する。
【００８０】
まず、図１１（Ａ）に示すように、配線層２６の一部がＬ字状に折り曲げられた回路基板２０を用意する。電池３０の負極端子６０に接続される配線層２６と、電池３０の正極端子５０に接続される配線層２６との間に接着剤８０を設けておく。一方、電池３０の正極端子５０の上面および下面に拡散接合用の溶液を塗布する。同様に、電池３０の負極端子６０の上面および下面に、実施の形態１と同様な拡散接合用の溶液を塗布する。
【００８１】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、平板状の正極端子５０および負極端子６０が設けられた電池３０を回路基板２０に搭載する。正極端子５０および負極端子６０の先端側の領域は配線層２６の上に位置し、これ以外の領域は、回路基板２０上に設けた接着剤８０によって仮固定される。
【００８２】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、配線層２６の一部をＬ字形状からコの字形状に折り曲げて、下側配線層２６ｕと上側配線層２６ｔとの間に正極端子５０および負極端子６０をそれぞれ挟むことで、電池３０を固定する。
【００８３】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、正極端子５０が挟まれたコの字形状部分の配線層２６をプレス機により加圧する。また、負極端子６０が挟まれたコの字形状部分の配線層２６をプレス機により加圧する。
【００８４】
これにより、正極端子５０の下面と下側配線層２６ｕの上面とが拡散接合されるとともに、正極端子５０の上面と上側配線層２６ｔの下面とが拡散接合される。また、負極端子６０の下面と下側配線層２６ｕの上面とが拡散接合されるとともに、負極端子６０の上面と上側配線層２６ｔの下面とが拡散接合される。
【００８５】
（電池と回路基板の接続方法の変形例）
上述した電池と回路基板の接続方法の変形例について図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）を参照して説明する。
【００８６】
まず、図１２（Ａ）に示すように、配線層２６の一部を予め折り曲げてコの字形状とする。コの字形状をなす下側配線層２６ｕと上側配線層２６ｔとの間に外部端子（正極端子５０、負極端子６０）を挿入可能な隙間を設けておく。
【００８７】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、コの字形状部分の隙間に、平板状の正極端子５０、負極端子６０をそれぞれ挿入する。なお、電池３０の正極端子５０の上面および下面に拡散接合用の溶液を予め塗布する。同様に、電池３０の負極端子６０の上面および下面に、実施の形態１と同様な拡散接合用の溶液を予め塗布する。
【００８８】
次に、図１２（Ｃ）に示すように、正極端子５０が挟まれたコの字形状部分の配線層２６をプレス機により加圧する。また、負極端子６０が挟まれたコの字形状部分の配線層２６をプレス機により加圧する。
【００８９】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００９０】
例えば、上述の実施の形態２における電池と回路基板の接続方法では、外部端子に拡散接合用の溶液を塗布しているが、拡散接合用の溶液を配線層２６に塗布してもよい。拡散接合用の溶液に増粘剤を添加することにより、粘度を高めてもよい。これによれば、拡散接合用の溶液が接合部分から流れ出すことを抑制することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  電池モジュール、２０  回路基板、２６  配線層、３０  電池、４０  ハウジング、５０  正極端子、６０  負極端子、６６  凸部
【図１】
2012160337.tif 000003
【図２】
2012160337.tif 000004
【図３】
2012160337.tif 000005
【図４】
2012160337.tif 000006
【図５】
2012160337.tif 000007
【図６】
2012160337.tif 000008
【図７】
2012160337.tif 000009
【図８】
2012160337.tif 000010
【図９】
2012160337.tif 000011
【図１０】
2012160337.tif 000012
【図１１】
2012160337.tif 000013
【図１２】
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