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JP3120494B2 - 薄型電源装置 - Google Patents

薄型電源装置

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JP3120494B2
JP3120494B2 JP03275424A JP27542491A JP3120494B2 JP 3120494 B2 JP3120494 B2 JP 3120494B2 JP 03275424 A JP03275424 A JP 03275424A JP 27542491 A JP27542491 A JP 27542491A JP 3120494 B2 JP3120494 B2 JP 3120494B2
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flat
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external connection
thin
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浩一 渡辺
正則 遠藤
真人 日口
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、全体として偏平形状
を有するケースを備える、たとえば電気二重層コンデン
サまたは電池のような電源素子が複数個組合わされてな
る薄型電源装置に関するもので、特に、複数個の電源素
子の配置構造における改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体技術の発展により、産業用
機器だけでなく、民生用機器にもＣＰＵが搭載される例
が多い。これらの機器では、プログラムやデータのメモ
リー用として、ＲＡＭを使用するが、ＲＡＭには、メモ
リー保持のために、常に、約２Ｖ以上の電圧をかけてお
く必要がある。このようなメモリー保護用の電圧を供給
する電源としては、リチウム電池または電気二重層コン
デンサが適している。
【０００３】リチウム電池の電解液には、通常、プロピ
レン・カーボネートやγ−ブチロラクトンなどの有機溶
媒に、過塩素酸リチウムなどを電解質として溶かした非
水電解液が使用されており、電気二重層コンデンサにお
いても、耐電圧を高く設定できることから、同種の電解
液を用いることが望ましい。
【０００４】しかし、このような非水電解液を用いる場
合、その系内の水分量が増加すると、内部抵抗が増大し
たり、耐電圧が低下して、性能が劣化するため、高度の
脱水状態を保つ必要がある。
【０００５】一方、最近では、電子機器の小型化、薄型
化および軽量化に伴い、そこに搭載されるバックアップ
電源の小型化および薄型化（低背化）の要望が高まって
おり、特に厚さについては、一般の半導体素子の外装高
さ以下のものが強く望まれている。
【０００６】上述の低背化の要求に応え得る電源素子と
して、たとえば図９に示した構造のものがある。図９で
は、いわゆる「ペーパーリチウム電池」の構造またはそ
れに相当する構造が示されている。図９に示した偏平型
電源素子１は、偏平形状のケース２を備え、ケース２
は、たとえばステンレス鋼などの金属板または箔からな
る第１および第２のケース半体３および４を備える。こ
れら第１および第２のケース半体３および４の各周縁部
は、たとえば熱接着性フィルムなどの有機物からなる封
口材５を介して接合され、それによって、密閉された構
造を持つケース２が与えられる。ケース２の内部には、
第１および第２の機能物質６および７が、電解液を含有
するセパレータ８を間に挟んだ状態で配置される。第１
および第２の機能物質６および７は、電源素子１が電池
である場合には、正極活物質および負極活物質であり、
電気二重層コンデンサである場合には、第１および第２
の分極性電極である。このような構造において、第１の
ケース半体３と第２のケース半体４とは、封口材５によ
って互いに電気的に絶縁されており、かつ、第１のケー
ス半体３は第１の機能物質６に電気的に接触するととも
に、第２のケース半体４は第２の機能物質７に電気的に
接触する。したがって、第１および第２のケース半体３
および４は、それぞれ、第１および第２の素子端子とし
て機能する。
【０００７】このような構造の場合、第１および第２の
ケース半体３および４自身における水分の透過は無視で
きるが、周囲の封口材５には、前述したように、有機物
を使用するため、この封口材５を介して、水分の透過ま
たは侵入、ならびに内部の電解液の揮散が生じやすく、
それゆえに、封止の信頼性が低いという欠点があった。
このため、この種の電源素子１は、寿命が短く、また、
使用環境にも大きな制約があった。
【０００８】この封止性を改善するため、本件出願人は
先に特願昭６２−２９６８７９号（特開平１−１４０５
５３号）において封止性の高い密閉構造を有する偏平型
電源素子を提案している。
【０００９】図１０には、その一実施例としての偏平型
電源素子９が断面図で示されている。図１０を参照し
て、偏平型電源素子９のケース１０は、たとえばステン
レス箔からなる第１および第２のケース半体１１および
１２を備え、各々の周縁部１３において互いに溶接され
ることによって封止される。第１のケース半体１１に
は、開口１４が形成され、この開口１４に臨むように、
たとえばステンレス箔からなる電極板１５が配置され
る。電源板１５と第１のケース半体１１とは、たとえば
樹脂からなる絶縁層１６によって互いに絶縁されかつ封
止された状態とされる。このようにして密閉されたケー
ス１０内には、セパレータ１７を挟んで位置する第１お
よび第２の機能物質１８および１９が収納される。
【００１０】上述した図１０に示した構造によれば、電
源素子９の外形寸法をほとんど大きくすることなく、絶
縁層１６の幅を十分に大きくとることができるため、水
分の透過および侵入ならびに電解液の揮散をより効果的
に防止することができる。それゆえに、このような偏平
型電源素子９によれば、寿命および信頼性の点で飛躍的
に改善を図ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した構造にも、解決されるべき問題がある。
【００１２】すなわち、電池または電気二重層コンデン
サは、主として、薄型ポータブル機器において、主電
源、メモリー保持用電源および電池交換時の補助電源と
して使用されるが、その定格電圧や容量は用途によって
異なる。特に定格電圧については、一般的に使用される
半導体素子の電源電圧が５Ｖ系のものが多い関係で、５
〜６Ｖに設定したものが主流となっているが、電池交換
時の補助電源として使用される場合には、電池の最高電
圧に合わせるために７Ｖ程度の高い定格電圧を必要とす
る。しかし、上述した電源素子１または９単体で得られ
る定格電圧は、電池の場合で１．２〜３．６Ｖ、電気二
重層コンデンサの場合で０．９〜２．８Ｖ程度と低いた
め、所望の定格電圧に応じて複数個の電源素子１または
９を直列に接続して使用する必要がある。
【００１３】しかしながら、図１０に示した偏平型電源
素子９を使用する場合には、一方の素子端子となる電極
板１５がケース１０に設けられた開口１４内でのみ露出
する構造のため、電源素子９間の接続が非常に難しいと
いう問題がある。
【００１４】そこで、この発明の目的は、たとえば図１
０に示すような優れた封止構造を有する偏平型電源素子
を複数個組合わせて、大幅な厚み増加を招くことなく、
電気的に接続されかつ機械的に一体化された、薄型電源
装置を提供しようとすることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る薄型電源
装置は、まず、図１０に示した偏平型電源素子９と同
様、一方の素子端子として機能する偏平形状のケースの
内側に、他方の素子端子として機能する電極板が絶縁層
を介して密着された状態で配置され、かつ、前記電極板
の一部を露出させる開口が前記ケースに形成された、複
数個の偏平型電源素子を備える。
【００１６】また、この薄型電源装置は、板状の回路手
段を備える。この回路手段は、外部接続端子を備える。
この回路手段によって、前述した複数個の偏平型電源素
子は、互いにおよび前記外部接続端子に電気的に接続さ
れる。また、複数個の偏平型電源素子は、回路手段に絶
縁性の接着層を介して接着される。なお、偏平型電源素
子と回路手段との間での電気的導通を可能にするため、
接着層には部分的に欠損部（たとえば貫通孔）が設けら
れている。
【００１７】上述した絶縁層は、好ましくは熱接着性樹
脂フィルムによって形成される。また、回路手段として
は、好ましくは、フレキシブル回路基板または金属板も
しくは箔が用いられる。
【００１８】
【作用】この発明において、板状の回路手段は、複数個
の偏平型電源素子に対して所望の電気的接続状態を与え
るとともに、絶縁性の接着層と相まって、複数個の偏平
型電源素子のための機械的保持手段を与える。また、回
路手段は、複数個の偏平型電源素子全体のための外部接
続端子を提供する。
【００１９】
【発明の効果】したがって、この発明によれば、板状の
回路手段が用いられ、この回路手段の面方向に沿って複
数個の偏平型電源素子が配置されるので、大幅な厚み増
加を招くことなく、複数個の偏平型電源素子が組合わさ
れた薄型電源装置を得ることができる。
【００２０】また、回路手段によって与えられる配線パ
ターンを変更するだけで、定格電圧を向上させるための
直列接続でも、容量を向上させるための並列接続でも、
複数個の偏平型電源素子を容易かつ任意に接続すること
ができる。
【００２１】また、各偏平型電源素子のケース内に配置
された電極板も、回路手段に備える外部接続端子に引出
すことが可能になるので、このような外部接続端子を介
して電子機器の回路基板との電気的接続を容易に行なう
ことができる。
【００２２】
【実施例】図１および図２には、この発明の第１の実施
例が示されていて、図１は図２の線Ｉ−Ｉに沿う断面図
であり、図２は斜視図である。
【００２３】ここに示した薄型電源装置２０は、定格電
圧５〜６Ｖ対応とされ、前述した図１０に示した偏平型
電源素子９を２個備えている。したがって、偏平型電源
素子９に関しては、前述した説明において用いた参照符
号を対応の要素に付すことにより、その説明を省略す
る。この薄型電源装置２０は、上述した２個の偏平型電
源素子９に加えて、板状の回路手段を与えるフレキシブ
ル回路基板２１および電源素子９を回路基板２１に接着
する絶縁性の接着層２２を備える。
【００２４】回路基板２１は、たとえば、導体が銅から
なり、ベースフィルムがポリイミドからなる、銅張りフ
レキシブル基板をエッチングすることにより形成され
る。回路基板２１には、図３（１）によく示されている
ように、第１および第２の外部接続端子２３および２４
ならびに接続導体２５が形成される。また、外部接続端
子２３および２４の各端部ならびに接続導体２５の両端
部には、回路基板２１を貫通する貫通孔２６，２７，２
８，２９がそれぞれ設けられる。
【００２５】回路基板２１上には、接着層２２が形成さ
れる。接着層２２には、回路基板２１に設けられた貫通
孔２６，２７，２８，２９の各々に整列する貫通孔３
０，３１，３２，３３が形成される。接着層２２として
は、厚みが薄く、平坦で、なおかつピンホールのない層
が容易に得られる点で、たとえば、ホットメルトタイプ
の熱接着性フィルムが有利に用いられる。このような熱
接着性フィルムの具体例として、厚み０．０３５ｍｍの
ポリアミド系樹脂からなるフィルムがある。
【００２６】回路基板２１上には、さらに、接着層２２
を介して、２個の偏平型電源素子９が互いに接触しない
ように固定される。このとき、偏平型電源素子９の各々
のケース１０に設けられた開口１４は、接着層２２の貫
通孔３０および３３の各々に位置合わせされる。また、
回路基板２１に設けられた貫通孔２６，２７，２８，２
９には、それぞれ、導電部材３４，３５，３６，３７が
装填される。これによって、導電部材３４は、貫通孔３
０および開口１４を通して、第１の電源素子９の電極板
１５と第１の外部接続端子２３とを電気的に導通させ
る。導電部材３５は、貫通孔３１を通して、第２の電源
素子９の第１のケース半体１１と第２の外部接続端子２
４とを電気的に導通させる。導電部材３６は、貫通孔３
２を通して、第１の電源素子９の第１のケース半体１１
と接続導体２５とを電気的に導通させる。導電部材３７
は、貫通孔３３および開口１４を通して、第２の電源素
子９の電極板１５と接続導体２５とを電気的に導通させ
る。このようにして、薄型電源装置２０においては、２
個の電源素子９が直列接続され、この直列回路が第１お
よび第２の外部接続端子２３および２４によって取出さ
れる。
【００２７】上述した導電部材３４〜３７としては、作
業性の点から、銀、ニッケル、銅、カーボンなどの粉末
が添加された導電性樹脂ペーストが有利に用いられる。
【００２８】図３には、上述した薄型電源装置２０の組
立て工程が示されている。まず、図３（１）に示すよう
に、第１および第２の外部接続端子２３および２４、接
続導体２５、ならびに貫通孔２６〜２９が設けられたフ
レキシブル回路基板２１が用意される。
【００２９】次に図３（２）に示すように、回路基板２
１上に、接着層２２となる熱接着性フィルムが置かれ
る。この熱接着性フィルムには、２００℃にて１０秒間
の熱プレスがかけられ、熱接着性フィルムが回路基板２
１に仮接着される。この接着層２２には、貫通孔３０〜
３３が設けられている。
【００３０】次に、図３（３）に示すように、２個の偏
平型電源素子９が置かれ、２００℃にて４５秒間の熱プ
レスをかけることにより、電源素子９が回路基板２１に
固定される。このとき、電源素子９の各々の開口１４
は、貫通孔３０および３３の各々に位置合わせされてい
る。
【００３１】次いで、図３（４）に示すように、回路基
板２１を反転させ、その状態で、図３（５）に示すよう
に、貫通孔２６〜２９に導電部材３４〜３７が装填され
る。
【００３２】上述した実施例によれば、回路基板２１に
貫通孔２６〜２９が設けられているので、電源素子９を
接着層２２によって回路基板２１に接着した後でも、導
電部材３４〜３７を所望のごとく付与することが可能で
ある。しかしながら、電源素子９を接着層２２上に置く
前に、接着層２２に設けられた貫通孔３０〜３３に導電
部材３４〜３７となる導電ペーストを付与しておき、そ
の後で、電源素子９を接着層２２上から置くようにすれ
ば、回路基板２１に貫通孔２６〜２９が設けられる必要
はない。
【００３３】図４には、この発明の第２の実施例が示さ
れている。ここに示した薄型電源装置２０ａは、直列接
続される電源素子９の数がさらに増やされている。その
ため、フレキシブル回路基板２１ａに設けられる接続導
体２５の数が増やされる。他の点については、図１ない
し図３に示した薄型電源装置２０と実質的に同様である
ので、対応の要素には同様の参照符号を付し、重複する
説明は省略する。
【００３４】このように、直列接続される電源素子９の
数を増やしても、厚みの増加を招くことなく、それらを
面方向に配列することができ、かつ、定格電圧を容易に
上げることができる。
【００３５】図５には、この発明の第３の実施例が示さ
れている。図５に示した薄型電源装置３８は、２個の偏
平型電源素子９、フレキシブル回路基板３９および接着
層４０を備える。
【００３６】回路基板３９には、図５（ｂ）によく示さ
れているように、第１および第２の外部接続端子４１お
よび４２、ならびにこれら外部接続端子４１および４２
の各々から一連に延びる第１および第２の接続導体４３
および４４が設けられる。また、第１の外部接続端子４
１と第１の接続導体４３との境目および接続導体４３の
開放端には、それぞれ、貫通孔４５および４６が設けら
れる。また、第２の外部接続端子４２と第２の接続導体
４４との境目および接続導体４４の開放端には、それぞ
れ、貫通孔４７および４８が設けられる。
【００３７】接着層４０には、図５（ｃ）および（ｄ）
に示すように、貫通孔４５，４６，４７，４８の各位置
に対応して、貫通孔４９，５０，５１，５２がそれぞれ
設けられる。
【００３８】回路基板３９に設けられた貫通孔４５，４
６，４７，４８には、それぞれ導電部材５３，５４，５
５，５６が装填される。これによって、導電部材５３
は、貫通孔４９および開口１４を通して、第１の電源素
子９の電極板１５と第１の外部接続端子４１および第１
の接続導体４３とを電気的に導通させる。導電部材５４
は、貫通孔５０および開口１４を通して、第２の電源素
子９の電極板１５と第１の接続導体４３とを電気的に導
通させる。導電部材５５は、貫通孔５１を介して、第２
の電源素子９の第１のケース半体１１と第２の外部接続
端子４２および第２の接続導体４４とを電気的に導通さ
せる。導電部材５６は、貫通孔５２を介して、第１の電
源素子９の第１のケース半体１１と第２の接続導体４４
とを電気的に導通させる。
【００３９】この第３の実施例にかかる薄型電源装置３
８によれば、２個の電源素子９を同じ回路基板３９上で
並列接続し、それによって容量の向上が図られる。
【００４０】図６には、この発明の第４の実施例が示さ
れている。ここに示した薄型電源装置３８ａにおいて
は、並列接続される電源素子９の数が、上述した薄型電
源装置３８に比べて増やされている。したがって、フレ
キシブル回路基板３９ａに形成される第１および第２の
接続導体４３および４４の数も増やされている。その他
の点については、図５に示した実施例と同様であるの
で、相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する
説明は省略する。
【００４１】このように、図６に示した薄型電源装置３
８ａによれば、並列接続される電源素子９の数を増やし
ても、厚みの増加を招くことなく、面方向に配列するこ
とができ、容量を容易に上げることができる。
【００４２】さらに、この第４の実施例に採用される接
続方法を、図４に示した第２の実施例に採用される接続
方法と組合わせることにより、所望する定格電圧および
容量の電源装置を、厚みの増加を招くことなく、容易に
得ることができる。
【００４３】図７には、この発明の第５の実施例が示さ
れている。図７に示した薄型電源装置５７は、回路手段
に特徴がある。すなわち、電源装置５７は、２個の偏平
型電源素子９に加えて、回路手段となる金属板または箔
からそれぞれなる第１および第２の外部接続端子５８お
よび５９ならびに接続導体６０を備え、これら外部接続
端子５８および５９ならびに接続導体６０が絶縁性の接
着層６１を介して電源素子９に接着される。
【００４４】第１の外部接続端子５８には、貫通孔６２
が設けられ、第２の外部接続端子５９には、貫通孔６３
が設けられる。また、接続導体６０には、貫通孔６４お
よび６５が設けられる。他方、接着層６１には、貫通孔
６２，６３，６４，６５の各位置に対応して、貫通孔６
６，６７，６８，６９が設けられる。
【００４５】貫通孔６２，６３，６４，６５には、それ
ぞれ、導電部材７０，７１，７２．７３が装填される。
これによって、導電部材７０は、貫通孔６６および開口
１４を通して、第１の電源素子９の電極板１５と第１の
外部接続端子５８とを電気的に導通させる。導電部材７
１は、貫通孔６７を通して、第２の電源素子９の第１の
ケース半体１１と第２の外部接続端子５９とを電気的に
導通させる。導電部材７２は、貫通孔６８を通して、第
１の電源素子９の第１のケース半体１１と接続導体６０
とを電気的に導通させる。導電部材７３は、貫通孔６９
および開口１４を通して、第２の電源素子９の電極板１
５と接続導体６０とを電気的に導通させる。
【００４６】このようにして得られた薄型電源装置５７
は、図１ないし図３に示した第１の実施例による薄型電
源装置２０と同じ配線パターンを有している。
【００４７】図７に示した実施例では、外部接続端子５
８および５９ならびに接続導体６０は、電源素子９を機
械的に保持する役目も果たすため、それぞれが互いに接
触しない範囲で大きくすることが望ましい。
【００４８】図８には、この発明の第６の実施例が示さ
れている。ここに示した薄型電源装置７４は、フレキシ
ブル回路基板７５の両面それぞれに偏平型電源素子９が
配置されることが特徴である。
【００４９】回路基板７５には、第１および第２の外部
接続端子７６および７７が設けられる。また、これら外
部接続端子７６および７７の各端部には、貫通孔７８お
よび７９が設けられる。
【００５０】回路基板７５の上面には、第１の接着層８
０を介して第１の電源素子９が配置される。回路基板７
５の下面には、第２の接着層８１を介して第２の電源素
子９が配置される。
【００５１】第１の接着層８０には、貫通孔７８および
開口１４に対応して貫通孔８２が設けられ、かつ、貫通
孔７９に対応して貫通孔８３が設けられる。第２の接着
層８１には、貫通孔７８および開口１４に対応して貫通
孔８４が設けられ、かつ、貫通孔７９に対応して貫通孔
８５が設けられる。
【００５２】第１の電源素子９の開口１４、貫通孔８
２，７８，８４および第２の電源素子９の開口１４を埋
めるように、導電部材８６が付与される。また、貫通孔
８３，７９，８５を埋めるように、導電部材８７が付与
される。これによって、導電部材８６は、２個の電源素
子９の各々の電極板１５相互および第１の外部接続端子
７６を互いに電気的に接続し、導電部材８７は、２個の
電源素子９の各々の第１のケース半体１１相互および第
２の外部接続端子７７を互いに電気的に接続する。した
がって、この薄型電源装置７４は、図５に示した薄型電
源装置３８と同様の配線パターンを有している。
【００５３】図８に示した電源装置７４においては、フ
レキシブル回路基板７５として、両面スルーホール構造
のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による薄型電源装置２
０を示す図２の線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【図２】図１に示した薄型電源装置２０の斜視図であ
る。
【図３】図１に示した薄型電源装置２０の組立工程を順
に示す斜視図である。
【図４】この発明の第２の実施例を説明するためのもの
で、（ａ）は薄型電源装置２０ａを示す斜視図であり、
（ｂ）はフレキシブル回路基板２１ａを示す斜視図であ
り、（ｃ）は（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿う断面図である。
【図５】この発明の第３の実施例を説明するためのもの
で、（ａ）は薄型電源装置３８を示す斜視図であり、
（ｂ）はフレキシブル回路基板３９を示す斜視図であ
り、（ｃ）は（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿う断面図でり、
（ｄ）は（ａ）の線Ｄ−Ｄに沿う断面図である。
【図６】この発明の第４の実施例を説明するためのもの
で、（ａ）は薄型電源装置３８ａを示す斜視図であり、
（ｂ）はフレキシブル回路基板３９ａを示す斜視図であ
り、（ｃ）は（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿う断面図であり、
（ｄ）は（ａ）の線Ｄ−Ｄに沿う断面図である。
【図７】この発明の第５の実施例を説明するためのもの
で、（ａ）は薄型電源装置５７を示す斜視図であり、
（ｂ）は外部接続端子５８および５９ならびに接続導体
６０を示す斜視図であり、（ｃ）は（ａ）の線Ｃ−Ｃに
沿う断面図である。
【図８】この発明の第６の実施例を説明するためのもの
で、（ａ）は薄型電源装置７４を構成する要素を分解し
て示す斜視図であり、（ｂ）は薄型電源装置７４の組立
後の状態を示す（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図９】従来の偏平型電源素子１を示す断面図である。
【図１０】従来のかつこの発明において有利に適用され
る偏平型電源素子９を示す断面図である。
【符号の説明】
９ 偏平型電源素子 １０ ケース １４ 開口 １５ 電極板 １６ 絶縁層 ２０，２０ａ，３８，３８ａ，５７，７４ 薄型電源装
置 ２１，２１ａ，３９，３９ａ，７５ フレキシブル回路
基板 ２２，４０，６１，８０，８１ 接着層 ２３，２４，４１，４２，５８，５９，７６，７７ 外
部接続端子 ２５，４３，４４，６０ 接続導体 ３４〜３７，５３〜５６，７０〜７３，８６，８７ 導
電部材
フロントページの続き (72)発明者 日口 真人 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平５−101813（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114392（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114395（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−286859（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−233170（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−140553（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−165614（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−158066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/20 - 2/34 H01G 9/00 301 H01M 2/02 - 2/10 H01M 6/16 H01M 10/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の素子端子として機能する偏平形状
    のケースの内側に、他方の素子端子として機能する電極
    板が絶縁層を介して密着された状態で配置され、かつ、
    前記電極板の一部を露出させる開口が前記ケースに形成
    された、複数個の偏平型電源素子と、 外部接続端子を備え、前記複数個の偏平型電源素子を互
    いにおよび前記外部接続端子に電気的に接続する、板状
    の回路手段と、 前記複数個の偏平型電源素子を前記回路手段に接着す
    る、絶縁性の接着層とを備える、薄型電源装置。
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