(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路を制御するための電流を流す制御用金属導体路と、前記制御用金属導体路を流れる電流よりも大きな電流を流す電力用金属導体路と、前記電力用金属導体路に接続する電源端子用の電源用金属導体路と、の３種の金属導体路をそれぞれ異なる金属材料から構成し、前記３種の金属導体路を絶縁性基板に形成した複数種の金属導体路を持つフレキシブル基板であって、
前記制御用金属導体路を銅から構成し、前記電力用金属導体路をニッケルから構成し、前記電源用金属導体路をりん青銅から構成したことを特徴とする複数種の金属導体路を持つフレキシブル基板。
【請求項２】
前記電力用金属導体路の一端はリチウムイオン電池に接続されていることを特徴とする請求項１記載の複数種の金属導体路を持つフレキシブル基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の金属導体路を持つフレキシブル基板に関し、特にリチウムイオン電池に取り付けられる電源回路に好適なフレキシブル基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池は、電力が大きく、また発火性があるために、充放電の保護回路を設けたフレキシブル基板が用いられる。このフレキシブル基板には、銅箔を用いた複数の金属導体路が片面又は両面に形成されている。これらの金属導体路は、電力用金属導体路と制御用金属導体路とに分けることができる。
【０００３】
電力用金属導体路は、リチウムイオン電池からの大きな電流を流すためのものであり、幅が広い銅箔で構成されている。また、この電力用金属導体路中に、過放電防止回路，過充電防止回路，温度ヒューズ等が接続されている。
【０００４】
制御用金属導体路は、小さな電流を流すためのものであり、幅が狭い線状の銅箔で構成されている。この制御用金属導体路は、電圧検出回路を電力用金属導体路に接続したり、電圧検出回路に過放電防止回路と過充電防止回路とを接続したり、各回路に抵抗やコンデンサ等を外付けするために用いられる。
【０００５】
電力用金属導体路の一端には、電極接続端子が半田付けされる。この電極接続端子は、リチウムイオン電池の電極にスポット溶接され、電極に強固に接合される。この電極接続端子としては、スポット溶接のしやすさと、大きな電流の流しやすさとから、打ち抜き加工したニッケル薄板が用いられている。
【０００６】
また、電力用金属導体路の他端には、電源端子が半田付けされている。この電源端子としては、例えば電子カメラにリチウムイオン電池を装填したときに、電子カメラ内のコンタクトピンとの接触を良好にするために、弾性を有するりん青銅薄板が用いられる。
【０００７】
他方、ニッカド電池や、ニッケル水素電池等では、充放電での危険性が少ないために、過放電防止回路，過充電防止回路等の制御回路が不要である。このような電池では、打ち抜き加工したニッケル薄板の両面を絶縁性フイルムでラミネートしたフレキシブル基板が用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したフレキシブル基板では、銅箔の電力用金属導体路に大きな電流を流すことができないという問題がある。
【０００９】
また、リチウムイオン電池の電極にはニッケルが用いられているが、ニッケルは酸化膜が形成されやすいので、リチウムイオン電池の電極と銅箔の電力用金属導体路とを半田付けする場合には、酸化膜によってリチウムイオン電池を保持するに十分な強い接合力を得ることができない。また、酸化膜を還元するためのフラックスが多量に必要になったりして、半田付け作業がしにくい等の問題がある。更に、半田はリチウムイオン電池の使用中に発生した熱で溶けるおそれがある。そこで、フレキシブル基板と電極との接合を確実なものにするために、従来はニッケル薄板の電池接続端子を用い、その一端を電極にスポット溶接し、そして他端を銅箔の電力用金属導体路に半田付けをしている。しかし、この場合でも電池接続端子の使用により工程数が多くなるという問題の他に、電力用金属導体路に半田付けしているから、この接合の信頼性に問題があった。
【００１０】
電力用金属導体路には、温度ヒューズが半田で接続されているが、この半田付け作業中の熱で温度ヒューズが半壊したり、完全に切れたりするという問題もある。温度ヒューズは、チューブにパッケージされているが、半壊状態の場合には見ても分からないため、検査工程が必要になる等の不便さを招く。
【００１１】
他方、ニッケル薄板を金属導体路としたフレキシブル基板では、打ち抜き加工した金属導体路を絶縁性基板に接着するため、細かな配線パターンを形成することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、金属導体路の用途や接合上の問題を考慮して、各金属導体路毎に最適な金属材料を用いたフレキシブル基板を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、電力用金属導体路に対しては大きな電流を流すことができるようにし、制御用金属導体路に対しては細かな配線を可能にしたフレキシブル基板を提供することを目的とするものである。
【００１４】
更に、本発明は、電力用金属導体路の一部をリチウムイオン電池に直接にスポット溶接することができるフレキシブル基板を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のフレキシブル基板では、電子回路を制御するための電流を流す制御用金属導体路と、前記制御用金属導体路を流れる電流よりも大きな電流を流す電力用金属導体路と、前記電力用金属導体路に接続する電源端子用の電源用金属導体路と、の３種の金属導体路をそれぞれ異なる金属材料から構成し、前記３種の金属導体路を絶縁性基板に形成した複数種の金属導体路を持つフレキシブル基板であって、前記制御用金属導体路を銅から構成し、前記電力用金属導体路をニッケルから構成し、前記電源用金属導体路をりん青銅から構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載のフレキシブル基板では、前記電力用金属導体路の一端はリチウムイオン電池に接続されているものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１はリチウムイオン電池の電源回路として用いられるフレキシブル基板を示すものである。フレキシブル基板１０は、可撓性を有する絶縁性基板１１を備えている。この絶縁性基板１１としては、例えばポリイミドのフイルムが用いられる。この絶縁性基板１１上に、ハッチングを施した複数の電力用金属導体路１２〜１６と、複数の制御用金属導体路２０〜２４とが形成されている。
【００２５】
電力用金属導体路１２〜１６は、リチウムイオン電池からの大きな電流（例えば数Ａ）を流すために用いられる。他方、制御用金属導体路２０〜２４は、ＩＣデバイスを制御するに十分な小さな電流（例えば数十ｍＡ）を流すために用いられる。そこで、電力用金属導体路１２〜１６としては、大きな電流を流しやすく、しかも接合力が強いスポット溶接が可能な金属材料が用いられる。また、制御用金属導体路２０〜２４としては電流が小さくても良いが、細かなパターンを作製可能な金属材料が用いられる。
【００２６】
この実施形態では、電力用金属導体路１２〜１６として、例えば厚みが０．１ｍｍで、幅が５ｍｍ程度のニッケル薄板が用いられている。このニッケル薄板は、板材からパターンに合わせた形状に打ち抜き加工され、図２に示すように、接着剤２６によって絶縁性基板１１上に接着される。
【００２７】
制御用金属導体路２０〜２４としては、例えば厚みが０．０５ｍｍで、幅が０．５〜１ｍｍ程度の銅箔が用いられる。これは、シート状の銅箔を接着剤２７によって絶縁性基板１１上に接着してから、エッチング処理することによって作製される。
【００２８】
電力用金属導体路１２の一端１２ａは絶縁性基板１１から突出しており、リチウムイオン電池の＋電極にスポット溶接で強固に接合される。同様に、電力用金属導体路１４の一端１４ａも絶縁性基板１１から突出しており，リチウムイオン電池の−電極にスポット溶接される。
【００２９】
電力用金属導体路１３，１６の一端には、Ｌ字形をした電源端子３０，３１が半田付けされている。この電源端子３０，３１は、コンタクトピン（図示せず）との接触圧を高めるために、弾性を有するりん青銅薄板が用いられる。なお、電源端子３０，３１のうち、電力用金属導体路１３，１６に接触する面を細長にし、その分だけ電力用金属導体路１３，１６を短くしてもよい。この電源端子３０，３１を接着剤で絶縁性基板１１に接着してから、電力用金属導体路１３，１６と電源端子３０，３１とを半田等で接続する。この場合には、絶縁性基板１１には、銅箔，ニッケル薄板，りん青銅薄板の３種の金属導体路が形成されることになる。
【００３０】
電力用金属導体路１２，１３は、温度ヒューズ３２がスポット溶接されている。この温度ヒューズ３２は，ヒューズを透明なプラスチックチューブでパッケージしたものである。この温度ヒューズ３２は、リチウムイオン電池の充電又は放電時に、リチウムイオン電池の異常発熱を検知してヒューズが切れるようになっている。
【００３１】
電力用金属導体路１４，１５には過放電防止回路３３が接続され、また電力用金属導体路１５，１６には過充電防止回路３４が接続されている。これらの過放電防止回路３３と過充電防止回路３４の制御端子は、制御用金属導体路２１，２２を介して電圧検出回路３５にそれぞれ接続されている。この電圧検出回路３５は、制御用金属導体路２０，２３を介して電力用金属導体路１２，１４に接続されている。
【００３２】
過放電防止回路３３，過充電防止回路３４，電圧検出回路３５は、それぞれパッケージされている。また、過放電防止回路３３，電圧検出回路３５には、制御用金属導体路２４，２３を介してコンデンサ３６，３７が接続されている。なお、電圧検出回路３５は、多数のピンを有するＩＣデバイスが構成されているが、図面を簡単にするために、これらのピンや制御用金属導体路を省略してある。
【００３３】
リチウムイオン電池の充電中に、充電電圧が上限値に達すると、電圧検出回路３５がこれを検知して制御信号を過充電防止回路３４に送る。この過充電防止回路３４は、電力用金属導体路１４と１５とに接続されたスイッチング素子を備えており、制御信号に応じてスイッチング素子をＯＦＦ状態にする。
【００３４】
また、リチウムイオン電池の放電中に、放電電圧が下限値に達すると、電圧検出回路３５がこれを検知して制御信号を過放電防止回路３３に送る。この過放電防止回路３３は、電力用金属導体路１５と１６とに接続されたスイッチング素子を備えており、制御信号に応じてスイッチング素子をＯＦＦ状態にする。
【００３５】
図２に示すように、例えば電力用金属導体路１２と、制御用金属導体路２０とは、半田４０を介して接続されている。また、感電防止や短絡防止のために、絶縁性を有するフイルム４１が接着剤４２を介して絶縁性基板１１上に接着され、各金属導体路を覆う。また、フイルム４１の代わりに、電磁波を遮断するための防磁シートを用いてもよい。
【００３６】
次に、フレキシブル基板１０の製造例について簡単に説明する。絶縁性基板１１としてポリイミドのフイルムが用いられ、この片面に銅箔が接着される。周知のエッチング処理により、不要な銅箔を除去することで、制御用金属導体路２０〜２４を形成する。このエッチング処理を用いることで、細かな形状の制御用金属導体路２０〜２４を作製することができる。なお、絶縁性基板１１の両面に、制御用金属導体路を形成する場合には、両面に銅箔が接着され、また両面にフイルムがラミネートされる。
【００３７】
ニッケル板材をプレス機にセットして、各電力用金属導体路１２〜１６を打ち抜く。これらの電力用金属導体路１２〜１６を絶縁性基板１１上の所定位置に接着する。ここで、各電力用金属導体路１２〜１６を個別に作製する代わりに、リードフレームの製造で実施されているように、全ての電力用金属導体路１２〜１６を連結するリブを端に設けておき、絶縁性基板１１に接着後にリブを切り落すようにすれば、製造が簡単となる。
【００３８】
電力用金属導体路１２〜１６と制御用金属導体路２０〜２４とを接続する。この接続の方法には、半田付け，ジャンパー線等がある。半田付けの場合は、図２に示すように、例えば電力用金属導体路１２と制御用金属導体路２０の境界上に半田４０を盛って両者を接続する。
【００３９】
図３はジャンパー線による接続状態を示し、電力用金属導体路１２と制御用金属導体路２０とがジャンパー線４４で接続される。なお、図３ではラミネート用のフイルムを省略してある。
【００４０】
また、電力用金属導体路の接着剤としてホットメルトを用い、そして制御用金属導体路と接続される部分に予め半田を持っておき、この半田を盛った部分を制御用金属導体路に重ねた状態で絶縁性基板１１上に重ね、電力用金属導体路の上からヒータを押しつけて、半田付けと接着とを同時に行ってもよい。
【００４１】
次に、ポリイミドのフイルム４１を絶縁性基板１１上にラミネートする。このフイルム４１には、電力用金属導体路１２〜１６及び制御用金属導体路２０〜２４の接続部分に対応する箇所に穴が形成されているから、これらの接続部分を除いて、電力用金属導体路１２〜１６及び制御用金属導体路２０〜２４の露出面がフイルム４１で覆われて絶縁される。
【００４２】
電圧検出回路３５等の各電子部品を絶縁性基板１１上に実装する。これらの電子部品のうち、温度ヒューズはスポット溶接で接続されるが、これ以外のものは半田によって接続される。
【００４３】
図４を参照してリチウムイオン電池のパッケージについて説明する。図１においてフレキシブル基板１０の右端にあるほぼ半円形をした部分に厚手の絶縁シート４６を接着して、電圧検出回路３５等の接続部分を絶縁する。フレキシブル基板１０の裏面に制御用金属導体路が形成されている場合には、裏面にも絶縁シート４７を接着する。
【００４４】
次に、フレキシブル基板１０をリチウムイオン電池４８に重ねる。電力用金属導体路１２のうち絶縁性基板１１から突出している部分の一部を折り曲げてから、一端１２ａをリチウムイオン電池４８の＋電極にスポット溶接する。同様に，電力用金属導体路１４の一部を折り曲げてから、一端１４ａを−電極にスポット溶接する。図１において右端にあるほぼ半円形をした部分をライン４９から折り曲げ、この部分をリチウムイオン電池４８の−電極に押し当てる。
【００４５】
フレキシブル基板１０を取り付けたリチウムイオン電池４８をケース本体５０に入れる。この状態では、開口５０ａに電源端子３０が対面し、開口５０ｂに電源端子３１が対面する。最後に、蓋５１をケース本体５０に被せて、リチウムイオン電池パックを完成する。
【００４６】
図５は、２種類の金属導体路を絶縁性基板の片面ずつに分けて設けたフレキシブル基板を示すものである。可撓性を有する絶縁基板５４の上面には、接着剤５５を介して金属薄板を用いた電力用金属導体路５６が接着されている。また、絶縁基板５４の下面には、接着剤５７を介して金属薄膜の制御用金属導体路５８が接着されている。これらの金属導体路５６，５８を接続するために、絶縁性基板５４，各金属導体路５６，５８にスルーホール５９が形成されている。このスルーホール５９には、半田６０が注入してある。なお、半田６０の代わりに、スルーホール５９を金属例えば銅でメッキをしてもよい。
【００４７】
図６は、積層構造のフレキシブル基板を示すものである。絶縁性基板６５の上面に、複数の電力用金属導体路６６〜６９が形成されている。電力用金属導体路６６，６７は、ニッケル薄板が用いられ、各一端がリチウムイオン電池にスポット溶接される。電力用金属導体路６８，６９としては、りん青銅薄板が用いられる。符号７０は温度ヒューズである。この絶縁性基板６５は、絶縁性を有するフイルム７１でラミネートされる。絶縁性基板７２の下面に金属導体路が形成されていない場合は、フイルム７１を省略してもよい。
【００４８】
可撓性を有する絶縁性基板７２の上面に、複数の電力用金属導体路７３〜７５と、制御用金属導体路７６〜７８とが形成されている。電力用金属導体路７３〜７５は、ニッケル薄板が用いられる。制御用金属導体路７６〜７８としては銅箔が用いられる。符号７９は過放電防止回路，８０は過充電防止回路，８１は電圧検出回路である。
【００４９】
絶縁性基板７２は、フイルム７１を介して絶縁性基板６５の上に接着剤で接着され、図７に示すような２層構成のフレキシブル基板となる。なお、図７では、接着剤は省略してある。
【００５０】
絶縁性基板７２の金属導体路と、絶縁性基板６５の金属導体路とを接続する場合は、スルーホール８３〜８６を設け、図５に示すように半田又はメッキによって接続する。
【００５１】
上記実施形態では、リチウムイオン電池について説明したが、本発明は、その他の充電可能な電池の電源回路を構成するフレキシブル基板にも利用することができる。また、本発明は、電池の電源回路以外のフレキシブル基板に対しても利用することができる。更に、金属材料としては、銅，ニッケル，りん青銅について説明したが、その他の金属材料，例えば鉄，アルミ，金等を用いることができる。また、箔と薄板の組合せの他に、薄板同志の組合せ，箔同志の組合せであってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、各金属導体路の利用形態，接続等，配線パターン等を考慮して最適な金属材料を選び、複数種の金属導体路を絶縁性基板に形成するものであるから、接続や配線の信頼性が向上し、また焼損することなく所望の電流を流すことができる。
【００５３】
電子部品が接続される制御用金属導体路には銅箔を用い、リチウムイオン電池からの電流を取り出す電力用金属導体路にはニッケル薄板を用いたから、制御用金属導体路を細かなパターンにすることができ、また電力用金属導体路をリチウムイオン電池へ直接にスポット溶接することができ、しかも大きな電流を安全に流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフレキシブル基板を示す平面図である。
【図２】電力用金属導体路と制御用金属導体路とを半田で接続した状態を示すフレキシブル基板の断面図である。
【図３】ジャンパー線を用いて電力用金属導体路と制御用金属導体路とを接続した状態を示すフレキシブル基板の断面図である。
【図４】リチウムイオン電池パックの分解斜視図である。
【図５】両面に金属導体路を形成したフレキシブル基板の断面図である。
【図６】積層構造のフレキシブル基板の分解斜視図である。
【図７】図６に示すフレキシブル基板の断面図である。
【符号の説明】
１０  フレキシブル基板
１１  絶縁性基板
１２〜１６  電力用金属導体路
２０〜２４  制御用金属導体路
４４  ジャンパー線
５６  制御用金属導体路
５８  電力用金属導体路
６５，７２  絶縁性基板
７１  フイルム
６６〜６９，７３〜７５  電力用金属導体路
７６〜７８  制御用金属導体路
【図１】
0003815524.tif 000002
【図２】
0003815524.tif 000003
【図３】
0003815524.tif 000004
【図４】
0003815524.tif 000005
【図５】
0003815524.tif 000006
【図６】
0003815524.tif 000007
【図７】
0003815524.tif 000008