電気化学デバイス及び回路基板
【課題】 電極パッドとリードとの間の固定強度を向上可能な電気化学デバイス及び回路基板を提供する。
【解決手段】
電気化学デバイスのリード３は、Ａｌを含むリード本体３Ａと、リード本体３Ａの先端部に設けられ、折り曲げられた金属薄膜３ａを有しており、この金属薄膜３ａは、Ｎｉを含む薄膜本体３ａ１と、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層３ａ２とを有している。折り曲げられた薄膜本体３ａ１の内側表面の特定領域と、リード本体３Ａの下面とは、所定領域Ｒ３Ｌにおいて、メッキ層３ａ２を介することなく、直接接触して溶接されている。
【解決手段】
電気化学デバイスのリード３は、Ａｌを含むリード本体３Ａと、リード本体３Ａの先端部に設けられ、折り曲げられた金属薄膜３ａを有しており、この金属薄膜３ａは、Ｎｉを含む薄膜本体３ａ１と、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層３ａ２とを有している。折り曲げられた薄膜本体３ａ１の内側表面の特定領域と、リード本体３Ａの下面とは、所定領域Ｒ３Ｌにおいて、メッキ層３ａ２を介することなく、直接接触して溶接されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＤＬＣ（電気二重層キャパシタ）等の電気化学デバイス及び回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフラット型の電気化学デバイスは、例えば特許文献１に記載されている。このようなフラット型の電気化学デバイスでは、平面形状が四角形の外装体の内部から外方に向けて、複数のリードが延びている。これらのリードは、電解液に対する耐性と電気導電性の双方を満たす必要から、一般にはアルミニウムからなり、半田材料によって、電極パッドに電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１５０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミニウムからなるリードの場合、半田材料に対する濡れ性が低いため、電極パッドとリードとの間の固定強度が低くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、電極パッドとリードとの間の固定強度を向上可能な電気化学デバイス及び回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、外装体内に収容された充放電体と、前記充放電体から延びたリードと、を有する電気化学デバイスにおいて、前記リードは、Ａｌを含むリード本体と、前記リード本体の先端部に設けられ、前記リード本体の側面位置を境界として折り曲げられ、前記リード本体の上下面及び側面を被覆し、所定領域が前記リード本体に溶接された金属薄膜と、を備え、前記金属薄膜は、Ｎｉを含む薄膜本体と、折り曲げられた前記薄膜本体の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層と、を有し、折り曲げられた前記薄膜本体の内側表面の特定領域と、前記リード本体の下面とは、前記所定領域において、前記メッキ層を介することなく、直接接触して溶接されており、前記リード本体の上面は前記薄膜本体とは溶接されていないことを特徴とする。なお、回路基板上に電気化学デバイスを搭載する場合において、リード本体における回路基板側に位置する面を下面とし、これとは逆側の面を上面とする。
【０００７】
金属薄膜の表面にはＳｎを含むメッキ層が含まれており、半田材料との濡れ性が高いため、金属薄膜と電極パッドとは半田材料を介して強固に固定される。ここで、メッキ層が形成される薄膜本体にはＮｉが含まれているため、ＮｉとＳｎとは強固に接合している。また、折り曲げられた金属薄膜の外側表面の上面まで、半田材料は這い上がることができるため、更に電極パッドと金属薄膜との間の固定強度を高めることができる。金属薄膜のメッキ層が形成されていない領域は、Ａｌを含むリード本体に溶接されているが、ＮｉとＡｌとは強固に溶接可能であるため、金属薄膜とリード本体とも強固に固定される。したがって、電極パッドとリードとの間の固定強度を著しく向上させることが可能となる。
【０００８】
なお、金属の溶接においては、その溶接領域に凹凸面が形成される。薄膜本体はリード本体の下面のみで溶接されており、下面には凹凸が形成されるが、リード本体の上面においては溶接が行われていないため、リード本体の上面側に位置する薄膜本体の平坦性は保持されている。このように、薄膜本体の上面が平坦である場合、この上面は半田材料による濡れ性が高くなる。したがって、半田材料が少量であっても、半田材料は、薄膜本体の上面上に半田材料が広がっていき、更に、折り曲げ部分を這って、回路基板に至るまでの広い面積に広がるため、半田接合強度が非常に高くなる。また、リード本体の上面と薄膜本体とは溶接されておらず、これらは僅かに離間しているので、かかる隙間にも半田材料が若干入り込む。したがって、薄膜本体とリード本体との間の抵抗が低くなり、且つ、固定強度が高くなる。
【０００９】
また、本発明の電気化学デバイスでは、折り曲げられた前記金属薄膜の折り曲げ軸方向の両端位置近傍において、前記薄膜本体の内側表面上には、前記薄膜本体の長手方向に沿って前記メッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この両端位置（例：リードの幅方向両端位置）近傍において、メッキ層を形成しておくことで、メッキ層の断面形状（例：リード長手方向に垂直な断面形状）の輪郭線が直線性を帯びてくる。換言すれば、メッキ層の厚みのバラツキが少なくなるため、製品誤差が少なくなり、安定した品質の電気化学デバイスを提供することができる。
【００１１】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記メッキ層の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。すなわち、厚みが０．５μｍ未満の場合、メッキ層に欠陥が発生する可能性があり、１０μｍを超える場合には溶接を妨害する傾向があるからである。
【００１２】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記薄膜本体の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。薄膜本体の厚みが５０μｍを下回る場合には、上述のメッキ層構造を形成する場合において、薄膜本体の非メッキ領域に粘着テープを貼り付けてから、メッキを行い、しかる後に、粘着テープをはがすことになるが、この際に、薄膜本体が振動して、薄膜本体にシワ、よじれ、折れ曲がりなどが生じる傾向があり、このような不良は制御できないので、製品の品質に誤差が発生する。また、薄膜本体の厚みが５００μｍを超える場合には、リードとの接合が困難になるという現象が生じるため好ましくない。本発明では、薄膜本体の厚みを上述の範囲内に設定することにより、これらの不具合を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電気化学デバイスでは、折り曲げられた前記金属薄膜の前記リード長手方向の寸法は、１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
この寸法が１ｍｍ未満の場合には半田による電極パッドとの接合強度が低下する傾向があり、１ｍｍ以上の場合、特に２ｍｍ以上の場合には接合強度が得られる。なお、この寸法は５ｍｍ以下であることが好ましく、この場合には十分な接続強度を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記メッキ層は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含むことを特徴とする。±１（質量％）は許容される誤差である。
【００１６】
この場合には、半田接合時に半田の融点が下がり、容易に接合することができるという効果がある。
【００１７】
また、リード本体の幅よりも、金属薄膜の幅の方が大きい場合、リード本体から突き出た部分の金属薄膜にも半田材料がのりやすくなり、引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる。
【００１８】
また、本発明の回路基板は、上述のいずれかの電気化学デバイスと、前記電気化学デバイスが搭載され、電極パッドを備えた基板と、前記外装体の裏面と、前記基板との間に介在する両面粘着テープと、前記電極パッドと前記金属薄膜との間に介在すると共に、前記金属薄膜の外側上面上に至る半田材料と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この場合、リードと電極パッドとが強固に固定されると共に、外装体の裏面と基板とが両面粘着テープによって強固に固定されるため、振動に対して強い回路基板となる。
【００２０】
また、本発明の回路基板において、前記半田材料は、Ｓｎ及びＣｕを含むことを特徴とする。このような材料の場合にはメッキ層に含まれるＳｎとの親和性がよいため、半田材料の濡れ性が高くなるが、Ｃｕが含まれているため半田接合時に半田の融点が下がり，容易に接合することができるという効果がある。また、この半田材料には微量のＡｇが含まれていることが更に好ましい。この場合には、半田接合後の耐久性が向上するという効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電気化学デバイス及び回路基板によれば、電極パッドとリードとの間の固定強度を向上させることができるため、信頼性に優れるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電気化学デバイスの斜視図である。
【図２】電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【図３】電気化学デバイスのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】金属薄膜の斜視図である。
【図５】金属薄膜の断面図である。
【図６】リード本体と金属薄膜の溶接工程を示す斜視図である。
【図７】リード本体と金属薄膜の固定方法を示す図である。
【図８】電気化学デバイスが基板に取り付けられてなる回路基板の断面図である。
【図９】実施例に係る実験方法を説明するための図である。
【図１０】比較例１に係る実験方法を説明するための図である。
【図１１】比較例２に係る実験方法を説明するための図である。
【図１２】各種実施例に係る金属薄膜の構造と取付法を説明するための図である。
【図１３】実験結果を示す図表である。
【図１４】電気化学デバイスの内部構造を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、実施形態に係る電気化学デバイスの斜視図、図２は、この電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図、図３は、この電気化学デバイスのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。また、図８は、電気化学デバイスが取り付けられた回路基板のＸＺ断面図である。
【００２５】
この電気化学デバイス１０は、外装体１内に収容された充放電体２と、充放電体２から延びた複数のリード３とを有している。外装体１は、方形の上部ラミネートシート１Ａと、方形の下部ラミネートシート１Ｂとを重ね合わせ、これらの周囲の４辺近傍領域を接着してなる。ラミネートシート１Ａ，１Ｂは、それぞれアルミニウム薄膜の内側表面を樹脂層で被覆してなるものである。外装体１の厚み方向をＺ軸とし、幅方向をＹ軸、長さ方向をＸ軸として、図１に記載のように三次元直交座標系を設定する。外装体１のＹ軸方向の両端近傍部位１Ｙ１，１Ｙ２は、Ｘ軸に沿った境界線を境に内側に折り曲げられており、外装体１の機械的強度が向上している。
【００２６】
外装体１の密閉された内部空間内には、電解液と共に電池素体としての充放電体２が配置されている。リード３を介して、充放電体２には電荷を蓄積することができると共に、蓄積された電荷を放出することも可能である。充放電体２の構造としては、種々のものがあるが、ここでは直列接続されたキャパシタであるものとする。すなわち、この場合には電気化学デバイス１０は、ＥＤＬＣ（電気二重層キャパシタ）を構成している。
【００２７】
ここで、ＥＤＬＣの内部の電気回路構造を図１４に示す。
【００２８】
充放電体２は、キャパシタ２Ａとキャパシタ２Ｂとを直列に接続してなり、これらの接続点にはリード３２が電気的に接続され、キャパシタ２Ａ及びキャパシタ２Ｂの前述の接続点とは異なる端子にはリード３１及びリード３３がそれぞれ電気的に接続されている。外装体１の内部は、ポリプロピレン等からなるシーラント１Ｓにより２つの収容部に仕切られており、各収容部にキャパシタ２Ａとキャパシタ２Ｂとが別々に収容されている。外装体１内部の各収容部には、電解液ＬＱ１，ＬＱ２が充填されている。キャパシタ２Ａ，２Ｂを構成する各端子電極は、活物質層と集電体を積層してなる。また、キャパシタ２Ａ，２Ｂを構成する各端子電極間には、絶縁層としてのセパレータＳ１，Ｓ２がそれぞれ介在している。ＥＤＬＣにおいては、分極性導電体と電解質（液）との間には電荷が薄い層となって配列し、これらの間のバイアス印加によって電荷が蓄えられるが、中央のリード３２は、直列接続されたキャパシタ２Ａ及び２Ｂの接続点における電位を制御するために用いられている。
【００２９】
活物質層は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物や，カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、集電体の片面もしくは両面に塗布する。
【００３０】
集電体は金属箔からなり、平滑面を有するアルミニウム箔やチタン箔の他、これらの表面をエンボス加工やエッチング処理によって粗く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電体に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電体に塗工する方法などもある。塗工する方法としては、アプリケータ方式、グラビア方式、リバースロール方式、エクストルージョン（ノズル）方式、ディップ方式等がある。
【００３１】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば質量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００３２】
電解液としては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３３】
図１〜図３に戻り、電気化学デバイス１０の構造について説明する。
【００３４】
電気化学デバイス１０において、リード３は、Ａｌを含むリード本体３Ａとその先端に固定された金属薄膜３ａとを備えている。金属薄膜３ａは、リード本体３Ａの先端部に固定されており、リード本体３Ａの側面位置を境界として折り曲げられている。また、図１に示す例では、金属薄膜３ａは、リード本体３Ａの上下面（ＸＹ面）及び側面（ＹＺ面）を被覆している。更に、図２に示すように、金属薄膜３ａの所定領域Ｒ３Ｌはリード本体３Ａの下面に溶接されている。なお、リード本体３Ａにおいては、Ａｌは主成分であるが、微量の不純物を含んでいても良い。リード本体３ＡにおけるＡｌの含有率は少なくとも５０質量％以上であり、電気伝導性と電解液に対する耐性を考慮すると、好適には９５質量％以上である。
【００３５】
金属薄膜３ａは、Ｎｉを含む薄膜本体３ａ１と、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層３ａ２とを有している。溶接される所定領域はＲ３Ｌであり、これに対向する領域は溶接されていない。溶接される箇所は、金属薄膜３ａの全領域ではなく、一部領域である。すなわち、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の内側表面の特定領域（下面の所定領域Ｒ３Ｌを含み、メッキ層３ａ２で被覆されていない露出領域）と、リード本体３Ａの表面（ＸＹ面）とは、メッキ層３ａ２を介することなく、直接接触しており、所定領域Ｒ３Ｌにおいて、露出した特定領域とリード本体３Ａの表面は溶接されている。
【００３６】
金属薄膜３ａの折り曲げ軸の近傍の内側表面と、リード本体３Ａとの間には若干の隙間Ｓが存在しており、この隙間Ｓ内には、若干の半田材料が入りこみ、接続強度を高めることができる。
【００３７】
薄膜本体３ａ１におけるＮｉの含有率は少なくとも５０質量％以上であり、Ａｌとの溶着が強固に行われる点を考慮すると、好適には９５質量％以上である。また、メッキ層３ａ２におけるＳｎの含有率は、半田材料との親和性等を考慮して決定されるが、本例の電気化学デバイスにおいては、メッキ層３ａ２は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含む。±１（質量％）は許容される誤差である。この場合には、半田濡れ性とウィスカの非成長において改善効果がある。
【００３８】
金属薄膜３ａの表面にはＳｎを含むメッキ層３ａ２が含まれており、半田材料ＳＤ（図８参照）との濡れ性が高いため、金属薄膜３ａと電極パッドＥ１とは半田材料ＳＤを介して強固に固定される。図８の半田材料ＳＤは、メッキ層３ａ２及び電極パッドＥ１の双方に接触している。ここで、図２及び図３に示されるメッキ層３ａ２が形成される薄膜本体３ａ１にはＮｉが含まれているため、ＮｉとＳｎとは強固に接合している。
【００３９】
また、折り曲げられた金属薄膜３ａの外側表面の上面（Ｚ軸正方向のＸＹ面）まで、図８の半田材料ＳＤは這い上がる（半田材料を上から滴下した場合に上面に残留する）ことができるため、更に電極パッドＥ１と金属薄膜３ａとの間の固定強度を高めることができる。すなわち、Ａｌは溶融した半田材料を弾く性質を有しており、Ａｌのリード本体３Ａの側面が露出している場合には、この露出面が障害となって、半田材料ＳＤがそれ以上の高さまで這い上がることができず、上側から押さえるような形状で半田材料ＳＤを塗布することができないが、上述の実施形態に係る構造の場合には、リード本体３ＡのＡｌ側面が露出していないので、かかる不具合を解消し、強固な固定状態を形成することができる。
【００４０】
図２を参照すると、金属薄膜３ａのメッキ層３ａ２が形成されていない領域（折り曲げ前の長手方向中央線ＣＬに沿った領域（図４参照））は、Ａｌを含むリード本体３Ａに溶接されているが、ＮｉとＡｌとは強固に溶接可能であるため、金属薄膜３ａとリード本体３Ａとも強固に固定される。したがって、電極パッドＥ１（図８）とリード３との間の固定強度を著しく向上させることが可能となる。
【００４１】
また、本例の電気化学デバイス１０では、金属薄膜３ａは、図２に示すように、リード本体３Ａの下面のみで溶接されている。
【００４２】
なお、金属の溶接においては、その溶接領域に凹凸面が形成される。薄膜本体３ａはリード本体３Ａの下面のみで溶接されており、リード本体３Ａの下面には凹凸が形成されている。なお、加工前の薄膜本体３ａの表面は平坦である。一方、リード本体３Ａの上面においては、溶接が行われていないため、リード本体３Ａの上面側に位置する薄膜本体３ａの平坦性は保持されている。
【００４３】
このように、薄膜本体３ａの上面が平坦である場合、この上面は半田材料による濡れ性が高くなる。したがって、半田材料が少量であっても、半田材料は、薄膜本体３ａの上面上に半田材料が広がっていき、更に、折り曲げ部分を這って、回路基板に至るまでの広い面積に広がるため、半田接合強度が非常に高くなる。また、リード本体の上面と薄膜本体３ａとは溶接されておらず、これらは僅かに離間しているので、かかる隙間にも半田材料が側方から若干入り込む。したがって、薄膜本体３ａとリード本体３Ａとの間の抵抗が低くなり、且つ、固定強度が高くなる。
【００４４】
更に、図２を参照すると、折り曲げられた金属薄膜３ａのリード長手方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｘａは、１ｍｍ以上であること好ましい。この寸法Ｘａが１ｍｍ未満の場合には半田による電極パッドとの接合強度が低下する傾向があり、１ｍｍ以上の場合、特に２ｍｍ以上の場合には接続に必要な接合強度が得られる。なお、この寸法は５ｍｍ以下であることが好ましく、この場合には十分な接続強度が得られる。また、外装体１との境界位置からリード３のＸ軸方向の先端位置までのリード３の寸法ＸＡと、寸法Ｘａの比率ｒａ（＝ＸＡ／Ｘａ）は、１．２以上であることが好ましい。寸法の比率ｒａが１．２未満の場合には、外装体と接して外装体表面の樹脂層を傷つける場合があり、ショート不良率を増加させる傾向がある。
【００４５】
図４は、折り曲げ前の金属薄膜３ａの斜視図である。
【００４６】
メッキ層３ａ２（メッキ層３ａ２１、３ａ２２、３ａ２３、３ａ２４、３ａ２５を含む）に関して説明すると、折り曲げられた金属薄膜３ａの折り曲げ軸ＢＬ（Ｙ軸）方向の両端位置近傍（各側面から金属薄膜３ａの折り曲げ軸ＢＬ方向の幅の１％から２０％以内の領域）において、薄膜本体３ａ１の（折り曲げ後の）内側表面上には、薄膜本体３ａ１の長手方向に沿って帯状のメッキ層３ａ２１、３ａ２２が形成されている。
【００４７】
図５（Ａ）には金属薄膜３ａのＹＺ断面図が示されている。図４の折り曲げ軸ＢＬ（Ｙ軸）方向の両端位置（リードの幅方向両端位置）近傍において、メッキ層３ａ２１、３ａ２２を形成しておくことで、メッキ層３ａ２の断面形状（リード長手方向に垂直な断面形状（ＹＺ断面））の輪郭線が、これを形成しない場合（Ｂ）に比較して、直線性を帯びてくる。図５（Ｂ）では、図５（Ａ）に対応するメッキ層３ａ２１，３ａ２２は形成されておらず、両端位置近傍のメッキ層が丸みを帯びて厚くなっている。一方、図５（Ａ）の形状の場合、側面のメッキ層３ａ２３，３ａ２４は均一な厚みであって、ＹＺ断面内において輪郭線が直線性を有しており、裏面側のメッキ層３ａ２５の輪郭線に対して概ね直交している。このように、図５（Ａ）の形状の場合、メッキ層３ａ２の厚みのバラツキが少なくなるため、製品誤差が少なくなり、安定した品質の電気化学デバイスを提供することができる。
【００４８】
このようなメッキ層の形成は、一般に良く知られている方法を用いれば良い。メッキ層の形成方法はアルカリ性、酸性、中性のメッキ浴で大別できる。
【００４９】
アルカリ性のメッキ浴は，スズ酸カリウムまたはスズ酸ナトリウムと、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムとから構成される。４価のスズから電着を行い、７０℃前後の温度で反応を行うと安定したメッキ層が形成できる。なお、後述の実施例に係る実験では、メッキ用の溶液として、スズ酸カリウムと水酸化カリウムの水溶液を用いたアルカリ性のメッキ浴を採用した。
【００５０】
酸性のメッキ浴は、硫酸スズやほうフッ化スズなどで構成される。
【００５１】
中性のメッキ浴は、塩化スズを用いる。
【００５２】
要求される密着度合によって、メッキ下地処理として銅やニッケルメッキを１〜１０μｍ厚で形成する場合もある。ウィスカ対策として、メッキ後、溶融加熱処理や約１８０℃で約１時間程度加熱する場合もある。
【００５３】
また、メッキ層３ａ２の厚み（平均値）は、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。すなわち、厚みが０．５μｍ未満の場合、メッキ層に欠陥（ピンホール）が発生する可能性があり、１０μｍを超える場合には溶接を妨害する傾向があるからである。Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みは、２μｍ程度あれば半田濡れ性は良好となる。半田の濡れ性は、例えば、標準化機関である半導体技術協会（ＪＥＤＥＣ）の半導体電子部品の単体での信頼性試験の規格（ＪＥＳＤ２２−Ｂ１０２Ｅ）により規定される。このような条件で作製された薄膜上のスズメッキ層では、例えば半田温度２４５℃、浸漬速度１．８ｍｍ／秒、浸漬時間３秒、浸漬深さ２ｍｍの条件で、半田浸漬面積の９５％以上に半田の層を形成することができる。
【００５４】
また、Ｎｉの薄膜本体３ａ１の厚みが１００μｍ程度であるとき、Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みが１０μｍを超えると、折り曲げ部分に応力がかかりＮｉの薄膜本体３ａ１とＳｎメッキ層３ａ２の界面にクラックが生じる場合がある。このようなクラックは接合強度を低下させる傾向がある。また、Ｓｎメッキ層３ａ２に応力が多く残っている場合にはウィスカが発生しやすく、その結果、端子近傍でショートを生じやすくなる傾向がある。Ｓｎメッキ層３ａ２を有する金属薄膜３ａをＡｌリード本体３Ａに取り付けることで、半田濡れ性（フィレット形成容易性）は著しく改善する。
【００５５】
更に、薄膜本体３ａ１の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。薄膜本体３ａ１の厚みが５０μｍを下回る場合には、上述のメッキ層構造を形成する場合において、薄膜本体３ａ１の非メッキ領域（図４の中央線ＣＬに沿った領域）に粘着テープを貼り付けてから、メッキを行い、しかる後に、粘着テープをはがすことになるが、この際に、薄膜本体３ａ１が振動して、薄膜本体にシワ、よじれ、折れ曲がりなどが生じる傾向がある。このような不良は制御できないので、製品の品質に誤差が発生する。また、薄膜本体３ａ１の厚みが５００μｍを超える場合には、リードとの接合が困難になるという現象が生じるため好ましくない。薄膜本体の厚みを上述の範囲内に設定することにより、これらの不具合を抑制することが可能となる。
【００５６】
上述のように、Ｓｎメッキした面のＮｉタブ（金属薄膜）とＡｌリード本体３Ａとの接合（超音波融着）は困難であることから、接合面にはメッキ処理は施していない。金属薄膜３ａの全ての側面はＳｎメッキ層で被覆されている方がフィレット形成に優位であるため好ましいが、Ｎｉ下地が露出していても多少の効果はある。Ｓｎメッキ処理は連続して行い、Ａｌリード本体３Ａと接合前に必要量（例えば２０ｍｍ程度）を切り出して使用する。そのため、切断面にはＳｎメッキ層は存在しないが、この部分はフィレット形成に影響を及ぼさないので問題ない。
【００５７】
図８は、上述の電気化学デバイス１０が基板に取り付けられてなる回路基板のＸＺ断面図である。特徴の明確化のため、外装体１の部分は断面ではなく側面を示すこととする。
【００５８】
この回路基板は、電気化学デバイス１０が搭載され、電極パッドＥ１を備えた基板ＳＢとを備えている。基板ＳＢの主材料は絶縁体であり、その表面上に電極パッドＥ１が形成されている。基板ＳＢ上には各種の電子部品を搭載することができるが、本例では特徴となる電気化学デバイス１０の部分のみを示している。
【００５９】
この回路基板は、外装体１の裏面と、基板ＳＢとの間に介在する両面粘着テープ４と、電極パッドＥ１と金属薄膜３ａとの間に介在すると共に、金属薄膜３ａの外側上面上に至る半田材料ＳＤとを備えている。
【００６０】
この場合、上述のように、リード３と電極パッドＥ１とが強固に固定されると共に、外装体１の裏面と基板ＳＢとが両面粘着テープ４によって強固に固定されるため、振動に対して強い回路基板となる。
【００６１】
また、この回路基板において、半田材料ＳＤは、Ｓｎ及びＣｕを含んでいる。このような材料は、メッキ層３ａ２（図４参照）に含まれるＳｎとの親和性がよいため、半田材料ＳＤの濡れ性が高くなるが、Ｃｕが含まれているおり、融点が下がるため、半田作業性が向上したり、半田濡れ性が向上するという効果がある。また、この半田材料には微量のＡｇが含まれていることが更に好ましい。この場合には、半田接合後の耐久性が向上するという効果がある。本例における半田材料ＳＤにおける各元素の比率（質量パーセント比）は、以下の通りであり、各数値は±１（質量％）の変動を許容できる（但し、Ｃｕの比率＞０質量％である）。
Ｓｎ：Ｃｕ：Ａｇ＝９６．５（質量％）：０．５（質量％）：３（質量％）
【００６２】
次の上述のリードの組み立て方法について説明する。
【００６３】
図６は、リード本体と金属薄膜の溶接工程を示す斜視図である。
【００６４】
リード本体３Ａと、金属薄膜３ａとを用意し、これらの長手方向がＸ軸に一致するように一部領域を重ねる。リード本体３ＡのＹ軸方向の幅Ｙ２、金属薄膜３ａの幅Ｙ１、溶接領域Ｒ３Ｌの幅Ｙ０はＸ軸に沿って一定であるが、溶接領域Ｒ３Ｌの幅Ｙ０は、リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも小さく、溶接領域Ｒ３Ｌは、Ｙ軸方向の両端に位置するメッキ層３ａ２１，３ａ２２（図４参照）には原則的には重なっていない。
【００６５】
リード本体３ＡのＹ軸方向の幅Ｙ２は、金属薄膜３ａの幅Ｙ１以下であり、同図では、リード本体３Ａの幅Ｙ２が、金属薄膜３ａの幅Ｙ１よりも小さく示されているが、これらは一致していてもよい。厚み方向の上下位置には、超音波溶接を行うための超音波振動ヘッド２０，２１が位置しており、これらの少なくとも一方に機械的に接続された振動子を振動させることで、超音波振動ヘッド２０，２１に接触した溶接領域Ｒ３Ｌが溶解し、Ａｌからなるリード本体３Ａと、金属薄膜３ａの上面露出領域（Ｎｉ）とが融着する。
【００６６】
図７は、リード本体と金属薄膜の固定方法を示す図である。
【００６７】
これらの固定方法には、図７に示す方法が考えられる。
【００６８】
まず、図６に示した工程は、図７の（ａ）に示されている。この工程では、リード本体３Ａの下面と金属薄膜３ａとを超音波溶接して物理的及び電気的に接続している。次に、図７の（ｂ）に示すように、リード本体３Ａと金属薄膜３ａを治具２３、２２によって挟み、同図の矢印で示されるように、治具から突き出ている金属薄膜３ａを、Ｙ軸を折り曲げ軸として折り曲げる。治具２３、２２のＸ軸の正方向端は、Ｙ軸に平行であり、これらの正方向端がリード本体３ＡのＸ軸正方向端位置に一致している。下部の治具２３は、ＸＺ平面内において、断面形状が直角三角形であって、その斜面がＸ軸に対して鋭角となるように傾斜している（治具の角度は９０度以下（特に３０度程度））。
【００６９】
したがって、治具２３の斜面に押し付けるように、金属薄膜３ａを折り曲げると、図７の（ｃ）で示されるように、金属薄膜３ａがＹ軸を折り曲げ軸として折り曲げられる。次に、図７の（ｄ）に示されるように、下部の治具２３を取り外し、同図の矢印の方向（Ｚ軸正方向）に、浮いた状態の金属薄膜３ａを押すことで、金属薄膜３ａが完全に折れ曲がり、リード本体３Ａの裏面に接触する。なお、リード本体３Ａの上面と金属薄膜３ａとは溶接しない。
【００７０】
なお、上記工程において、金属薄膜３ａの折り曲げ軸は、同図では、Ｙ軸に平行であるが、これは後述のように、Ｘ軸に平行であってもよい。
【００７１】
上述の電気化学デバイスについて、取り付けの強度を測定するための実験を行った。
【００７２】
本例では、以下の手順を経てＥＤＬＣを製造した。まず、活性炭と導電助剤、バインダー（ＰＶＤＦ：ポリフッ化ビニリデン）及び溶剤（ＮＭＰ：(Ｎ-メチルピロリドン）を混合して塗料を作製し、これを集電箔（アルミニウム箔）に塗布して乾燥させ、キャパシタの電極端子となる電極シートを得た。この電極シートを１２ｍｍ×１７ｍｍに打抜き、セパレータを介して電極面が対向するように積層した。各箔の電極取り出し部にＡｌリード（アルミニウム：厚み１００μｍ）を超音波溶接し、アルミリード付きの積層体を得た。これをＰＰ（ポリプロピレン）を介して２つ、外装体を構成するアルミニウムラミネート箔に入れて３辺を封口し、電解液を注液した後、最後の１辺を封口し、ＥＤＬＣを得た。このＡｌリード先端を下記例のように作製した。評価は、ガラスエポキシ（FlameRetardant Type 4）（１．６ｍｍ厚み）からなる基板ＳＢ上に５ｍｍ×３ｍｍの電極パッドＥ１を配置し、ＥＤＬＣのリード先端部を半田材料ＳＤで接続して、水平引張り強度試験を行い、その強度を測定した。
【００７３】
図９は、実施例に係る実験方法を説明するための図である。
【００７４】
回路基板ＳＢの電極パッドＥ２上に、電気化学デバイス１０のリード３を配置し、このリード３上に、半田材料ＳＤを溶融して滴下した後、冷却して、これらを固定した。なお、図８に示した粘着テープは用いずに、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、電気化学デバイス１０を引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７５】
図１０は、比較例１に係る実験方法を説明するための図である。
【００７６】
比較例１では、実施例と比較して、折り曲げられた金属薄膜３ａの代わりに、折り曲げないＮｉ薄膜本体をＳｎメッキした金属薄膜３ｂを用い、これをリード本体３Ａの下面に上記と同様の方法で超音波融着接続したものを用いた。半田材料ＳＤは、金属薄膜３ｂと電極パッドＥ１との間に介在するが、アルミニウムからなるリード本体３Ａの露出側面を這い上がることはできず、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下すると、この半田材料ＳＤは、リード本体３Ａの下側に移動してから固化した。この電気化学デバイス１０も、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７７】
図１１は、比較例２に係る実験方法を説明するための図である。
【００７８】
比較例２では、比較例１と比較して、金属薄膜３ｂの先端が、リード本体３Ａの先端から突出するようにこれに取り付け、金属薄膜３ｂの先端に、溶融した半田ボール３ｃを滴下後に冷却して固定し、半田ボール３ｃと電極パッドＥ１とを半田材料ＳＤで固定した。半田材料ＳＤは、半田ボール３ｃと電極パッドＥ１との間及び半田ボール３ｃの上面上に位置することができるが、金属薄膜３ｂの露出側面を這い上がることはできず、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下すると、この半田材料ＳＤは、半田ボール３ｃの近傍に集まってから固化した。この電気化学デバイス１０も、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７９】
図１２は、各種実施例に係る金属薄膜の構造と取付法を説明するための図である。なお、上述の如く、リード本体３Ａの下面が金属薄膜３ａと溶接される。
【００８０】
（実施例１）
実施例１（実施例１−１〜実施例１−７）では、リード本体３Ａの幅Ｙ２と、金属薄膜３ａの幅Ｙ１（図６参照）とが、同一であり、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＹ軸に平行であって、リード先端部において、Ｘ軸方向の先端のリード本体３Ａの側面を、金属薄膜３ａが被覆している。図２及び図６を参照して、各寸法は以下の通りである。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝３ｍｍ
【００８１】
なお、薄膜本体３ａ１の厚みは１００μｍであり、Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みは、０．３μｍ（実施例１−１）、０．５μｍ（実施例１−２）、２μｍ（実施例１−３）、５μｍ（実施例１−４）、７μｍ（実施例１−５）、１０μｍ（実施例１−６）、１０．５μｍ（実施例１−７）である。なお、超音波融着には、Ｂｒａｎｓｏｎ社製のＥａ２０００を用い、ウェルディングエネルギー＝１２．０Ｊ、ウェルディング時間＝０．１ｓｅｃ）とし、金属薄膜の折り返し前と後に、それぞれ上下から超音波融着を行った。
【００８２】
この方法は、Ａｌリード本体３Ａの先端に一部重ならないように金属薄膜３ａを配置した後に、これらを接続し、その重ならない部分をＡｌリード本体３Ａを包むように折り曲げ、再度Ａｌリード本体３Ａと接続されていない面の金属薄膜３ａをＡｌリード本体３Ａと接続し、Ａｌリード本体３Ａに金属薄膜３ａを取り付ける方法である。
【００８３】
（実施例２）
リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも、折り曲げ前の金属薄膜３ａの幅Ｙ１が広く、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＸ軸に平行であって、リード先端部において、Ｙ軸方向に沿ったリード本体３Ａの一側面を、金属薄膜３ａが被覆している。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３．５ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝１．５ｍｍ
その他の条件は実施例１−３と同一であるが、メッキ層の形成されていない領域（中心線ＣＬ近傍の領域；図４）は、Ｙ軸方向に延びるように形成した。
【００８４】
（実施例３）
リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも、折り曲げ前の金属薄膜３ａの幅Ｙ１が広く、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＹ軸に平行であって、リード先端部において、Ｘ軸方向の先端のリード本体３Ａの側面を、金属薄膜３ａが被覆している。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３．５ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝３ｍｍ
その他の条件は実施例１−３と同一である。
【００８５】
図１３は、実験結果を示す図表である。サンプル数ｎは１００個であり、水平引っ張り強度の平均値（Ｎ）と標準偏差（Ｎ）が示されている。
【００８６】
実施例１〜３では、２５Ｎの力を水平方向に加えても、リードが断線したり外れたりすることはなかった。また、実施例１−１〜実施例１−７に示されるように、メッキの厚みを０．３μｍ以上１０．５μｍ以下の範囲内で変更しても、水平方向の引張り強度に変化はなかった。なお、２５Ｎは測定装置の測定限界である。一方、比較例１，２では、それぞれ７．８Ｎ、１７．３Ｎの力を加えると、リードが電極パッドＥ１から外れた。比較例１，２では、ばらつきもある。
【００８７】
リードの接続状態に関した結果について、実施例１−１においては、サンプル１００個中において、９４個は良品であったが、６個は、半田濡れ性が十分でない箇所が観察された（接続状態評価結果：△）。
【００８８】
実施例１−７においては、サンプル１００個中において、９５個は良品であったが、５個は、Ｎｉ箔からなる薄膜本体３ａ１とＳｎのメッキ層３ａ２との界面にクラックを有する箇所が観察された（接続状態評価結果：△）。比較例１では、サンプル１００個中において、９８個は、半田濡れ性が悪い箇所が観察された（接続状態評価結果：×）。比較例２では、サンプル１００個中において、８０個のサンプルにおいて、半田濡れ性が悪い箇所が観察された（接続状態評価結果：×）。その他の実施例１−２〜１−６及び実施例２、３においては、全てのサンプルにおいて、良品であり、上記のような半田濡れ性が十分でない箇所や、クラックが発生する箇所の存在は認められなかった（接続状態評価結果：○）
【００８９】
なお、半田濡れ性が十分でないとは、具体的には、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下したあと、金属薄膜３ａの上面で充分に広がらず、上面の５０％以下しか覆わない状態を指す。これはメッキ層の欠陥（ピンホール）によるもので、実施例１−１では、メッキ層に多数の欠陥が存在したためである。半田濡れ性が悪いとは、具体的には、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下したあと、金属薄膜３ａの上面で充分に広がらず、上面の２５％以下しか覆わない、もしくは全く覆わない状態を指す。比較例１においてはリードの上面がアルミニウムであり、滴下した半田材料ＳＤが弾かれて上面に残っていなく、比較例２においては、半田ボール３ｃの近傍で固化したが、リード３ｂ上面に流れるように広がらなかったため、接続状態が悪い結果となった。また、界面にクラックを有するとは、具体的には、薄膜本体３ａ１とＳｎのメッキ層３ａ２との界面に、長さ１００μｍ程度、幅１０μｍ程度のクラックが１から数個観察されることを指す。特に金属薄膜３ａの折り返し部において発生が顕著である。
【００９０】
これらの結果を考察するに、比較例１の構造の場合、半田材料は、Ａｌに弾かれて十分なフィレットを形成することができず、信頼性が十分ではないと考えられる。これに対し、Ａｌリード本体に金属薄膜（Ｎｉタブ）を折り曲げて形成した実施例１〜３の構造では、金属薄膜の上面から電極パッドまで綺麗なフィレットを形成することができ、十分な接続強度を得ることができており、十分な信頼性が得られている。
【００９１】
リード本体３Ａの先端部に金属薄膜３ａを取り付けた場合において、実施例２，３に記載のように、金属薄膜３ａの幅がリード本体３Ａより大きいときは、半田材料（フィレット）ＳＤの体積が増すだけでなく、幅方向の側面部分にもフィレットが形成されやすくなる。Ｘ軸方向先端部、Ｙ軸方向側面部、及びリードの下面部位の３箇所（３方向）にフィレットが形成されることで各方向への引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる、リード本体３Ａの幅よりも、金属薄膜３ａの幅の方が大きいため、リード本体３Ａから横方向に突き出た部分の金属薄膜３ａにも半田材料がのりやすくなり、引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる。
【００９２】
上述のように、各実施例の構造によれば、リードの接合後に想定されるＥＤＬＣへの負荷（引っ張りやねじれ）に対して強くなる。
【００９３】
また、比較例２では、予備半田としての半田ボールが不均一であるため、形成されるフィレットも不均一となり（底面のみの場合もある）、接続強度にばらつきが生じる。その結果、長期信頼性での接続寿命に問題を生じるものが混在する可能性があるが、実施例１〜３に係る構造の場合、メッキ面にフィレットを形成することができることから、安定した接続強度を確保できるようになる。したがって、実施例の構造によれば、長期信頼性での接続寿命が著しく改善される。
【００９４】
以上、説明したように、ラミネート外装体を用いた薄型ＥＤＬＣは、プリント基板への半田接続能が要求されるが、ＥＤＬＣのリードには電解液に対する耐性と電気導電性の双方を満たす必要から、半田濡れ性の悪いＡｌが採用されてきたが、接続強度を向上させることができなかった。本実施形態では、折り曲げた金属薄膜を用いることで、その固定強度を向上させることができた。この手法は、メッキと溶着という再現性に優れた工程を採用しているため、自動化が容易であり、生産性の面でも望ましい。このような平型リード端子形状を有する電子部品としては、ＥＤＬＣの他、リチウムイオン電池や、電解コンデンサが知られており、本発明はこれらの部品に適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
３…リード、３Ａ…リード本体、３ａ…金属薄膜、３ａ１…薄膜本体、３ａ２…メッキ層、Ｒ３Ｌ…所定領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＤＬＣ（電気二重層キャパシタ）等の電気化学デバイス及び回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフラット型の電気化学デバイスは、例えば特許文献１に記載されている。このようなフラット型の電気化学デバイスでは、平面形状が四角形の外装体の内部から外方に向けて、複数のリードが延びている。これらのリードは、電解液に対する耐性と電気導電性の双方を満たす必要から、一般にはアルミニウムからなり、半田材料によって、電極パッドに電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１５０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミニウムからなるリードの場合、半田材料に対する濡れ性が低いため、電極パッドとリードとの間の固定強度が低くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、電極パッドとリードとの間の固定強度を向上可能な電気化学デバイス及び回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気化学デバイスは、外装体内に収容された充放電体と、前記充放電体から延びたリードと、を有する電気化学デバイスにおいて、前記リードは、Ａｌを含むリード本体と、前記リード本体の先端部に設けられ、前記リード本体の側面位置を境界として折り曲げられ、前記リード本体の上下面及び側面を被覆し、所定領域が前記リード本体に溶接された金属薄膜と、を備え、前記金属薄膜は、Ｎｉを含む薄膜本体と、折り曲げられた前記薄膜本体の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層と、を有し、折り曲げられた前記薄膜本体の内側表面の特定領域と、前記リード本体の下面とは、前記所定領域において、前記メッキ層を介することなく、直接接触して溶接されており、前記リード本体の上面は前記薄膜本体とは溶接されていないことを特徴とする。なお、回路基板上に電気化学デバイスを搭載する場合において、リード本体における回路基板側に位置する面を下面とし、これとは逆側の面を上面とする。
【０００７】
金属薄膜の表面にはＳｎを含むメッキ層が含まれており、半田材料との濡れ性が高いため、金属薄膜と電極パッドとは半田材料を介して強固に固定される。ここで、メッキ層が形成される薄膜本体にはＮｉが含まれているため、ＮｉとＳｎとは強固に接合している。また、折り曲げられた金属薄膜の外側表面の上面まで、半田材料は這い上がることができるため、更に電極パッドと金属薄膜との間の固定強度を高めることができる。金属薄膜のメッキ層が形成されていない領域は、Ａｌを含むリード本体に溶接されているが、ＮｉとＡｌとは強固に溶接可能であるため、金属薄膜とリード本体とも強固に固定される。したがって、電極パッドとリードとの間の固定強度を著しく向上させることが可能となる。
【０００８】
なお、金属の溶接においては、その溶接領域に凹凸面が形成される。薄膜本体はリード本体の下面のみで溶接されており、下面には凹凸が形成されるが、リード本体の上面においては溶接が行われていないため、リード本体の上面側に位置する薄膜本体の平坦性は保持されている。このように、薄膜本体の上面が平坦である場合、この上面は半田材料による濡れ性が高くなる。したがって、半田材料が少量であっても、半田材料は、薄膜本体の上面上に半田材料が広がっていき、更に、折り曲げ部分を這って、回路基板に至るまでの広い面積に広がるため、半田接合強度が非常に高くなる。また、リード本体の上面と薄膜本体とは溶接されておらず、これらは僅かに離間しているので、かかる隙間にも半田材料が若干入り込む。したがって、薄膜本体とリード本体との間の抵抗が低くなり、且つ、固定強度が高くなる。
【０００９】
また、本発明の電気化学デバイスでは、折り曲げられた前記金属薄膜の折り曲げ軸方向の両端位置近傍において、前記薄膜本体の内側表面上には、前記薄膜本体の長手方向に沿って前記メッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この両端位置（例：リードの幅方向両端位置）近傍において、メッキ層を形成しておくことで、メッキ層の断面形状（例：リード長手方向に垂直な断面形状）の輪郭線が直線性を帯びてくる。換言すれば、メッキ層の厚みのバラツキが少なくなるため、製品誤差が少なくなり、安定した品質の電気化学デバイスを提供することができる。
【００１１】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記メッキ層の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。すなわち、厚みが０．５μｍ未満の場合、メッキ層に欠陥が発生する可能性があり、１０μｍを超える場合には溶接を妨害する傾向があるからである。
【００１２】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記薄膜本体の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。薄膜本体の厚みが５０μｍを下回る場合には、上述のメッキ層構造を形成する場合において、薄膜本体の非メッキ領域に粘着テープを貼り付けてから、メッキを行い、しかる後に、粘着テープをはがすことになるが、この際に、薄膜本体が振動して、薄膜本体にシワ、よじれ、折れ曲がりなどが生じる傾向があり、このような不良は制御できないので、製品の品質に誤差が発生する。また、薄膜本体の厚みが５００μｍを超える場合には、リードとの接合が困難になるという現象が生じるため好ましくない。本発明では、薄膜本体の厚みを上述の範囲内に設定することにより、これらの不具合を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電気化学デバイスでは、折り曲げられた前記金属薄膜の前記リード長手方向の寸法は、１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
この寸法が１ｍｍ未満の場合には半田による電極パッドとの接合強度が低下する傾向があり、１ｍｍ以上の場合、特に２ｍｍ以上の場合には接合強度が得られる。なお、この寸法は５ｍｍ以下であることが好ましく、この場合には十分な接続強度を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の電気化学デバイスでは、前記メッキ層は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含むことを特徴とする。±１（質量％）は許容される誤差である。
【００１６】
この場合には、半田接合時に半田の融点が下がり、容易に接合することができるという効果がある。
【００１７】
また、リード本体の幅よりも、金属薄膜の幅の方が大きい場合、リード本体から突き出た部分の金属薄膜にも半田材料がのりやすくなり、引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる。
【００１８】
また、本発明の回路基板は、上述のいずれかの電気化学デバイスと、前記電気化学デバイスが搭載され、電極パッドを備えた基板と、前記外装体の裏面と、前記基板との間に介在する両面粘着テープと、前記電極パッドと前記金属薄膜との間に介在すると共に、前記金属薄膜の外側上面上に至る半田材料と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この場合、リードと電極パッドとが強固に固定されると共に、外装体の裏面と基板とが両面粘着テープによって強固に固定されるため、振動に対して強い回路基板となる。
【００２０】
また、本発明の回路基板において、前記半田材料は、Ｓｎ及びＣｕを含むことを特徴とする。このような材料の場合にはメッキ層に含まれるＳｎとの親和性がよいため、半田材料の濡れ性が高くなるが、Ｃｕが含まれているため半田接合時に半田の融点が下がり，容易に接合することができるという効果がある。また、この半田材料には微量のＡｇが含まれていることが更に好ましい。この場合には、半田接合後の耐久性が向上するという効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電気化学デバイス及び回路基板によれば、電極パッドとリードとの間の固定強度を向上させることができるため、信頼性に優れるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電気化学デバイスの斜視図である。
【図２】電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【図３】電気化学デバイスのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】金属薄膜の斜視図である。
【図５】金属薄膜の断面図である。
【図６】リード本体と金属薄膜の溶接工程を示す斜視図である。
【図７】リード本体と金属薄膜の固定方法を示す図である。
【図８】電気化学デバイスが基板に取り付けられてなる回路基板の断面図である。
【図９】実施例に係る実験方法を説明するための図である。
【図１０】比較例１に係る実験方法を説明するための図である。
【図１１】比較例２に係る実験方法を説明するための図である。
【図１２】各種実施例に係る金属薄膜の構造と取付法を説明するための図である。
【図１３】実験結果を示す図表である。
【図１４】電気化学デバイスの内部構造を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施の形態に係る電気化学デバイスについて説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、実施形態に係る電気化学デバイスの斜視図、図２は、この電気化学デバイスのＩＩ−ＩＩ矢印断面図、図３は、この電気化学デバイスのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。また、図８は、電気化学デバイスが取り付けられた回路基板のＸＺ断面図である。
【００２５】
この電気化学デバイス１０は、外装体１内に収容された充放電体２と、充放電体２から延びた複数のリード３とを有している。外装体１は、方形の上部ラミネートシート１Ａと、方形の下部ラミネートシート１Ｂとを重ね合わせ、これらの周囲の４辺近傍領域を接着してなる。ラミネートシート１Ａ，１Ｂは、それぞれアルミニウム薄膜の内側表面を樹脂層で被覆してなるものである。外装体１の厚み方向をＺ軸とし、幅方向をＹ軸、長さ方向をＸ軸として、図１に記載のように三次元直交座標系を設定する。外装体１のＹ軸方向の両端近傍部位１Ｙ１，１Ｙ２は、Ｘ軸に沿った境界線を境に内側に折り曲げられており、外装体１の機械的強度が向上している。
【００２６】
外装体１の密閉された内部空間内には、電解液と共に電池素体としての充放電体２が配置されている。リード３を介して、充放電体２には電荷を蓄積することができると共に、蓄積された電荷を放出することも可能である。充放電体２の構造としては、種々のものがあるが、ここでは直列接続されたキャパシタであるものとする。すなわち、この場合には電気化学デバイス１０は、ＥＤＬＣ（電気二重層キャパシタ）を構成している。
【００２７】
ここで、ＥＤＬＣの内部の電気回路構造を図１４に示す。
【００２８】
充放電体２は、キャパシタ２Ａとキャパシタ２Ｂとを直列に接続してなり、これらの接続点にはリード３２が電気的に接続され、キャパシタ２Ａ及びキャパシタ２Ｂの前述の接続点とは異なる端子にはリード３１及びリード３３がそれぞれ電気的に接続されている。外装体１の内部は、ポリプロピレン等からなるシーラント１Ｓにより２つの収容部に仕切られており、各収容部にキャパシタ２Ａとキャパシタ２Ｂとが別々に収容されている。外装体１内部の各収容部には、電解液ＬＱ１，ＬＱ２が充填されている。キャパシタ２Ａ，２Ｂを構成する各端子電極は、活物質層と集電体を積層してなる。また、キャパシタ２Ａ，２Ｂを構成する各端子電極間には、絶縁層としてのセパレータＳ１，Ｓ２がそれぞれ介在している。ＥＤＬＣにおいては、分極性導電体と電解質（液）との間には電荷が薄い層となって配列し、これらの間のバイアス印加によって電荷が蓄えられるが、中央のリード３２は、直列接続されたキャパシタ２Ａ及び２Ｂの接続点における電位を制御するために用いられている。
【００２９】
活物質層は分極性電極である。この分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダ樹脂を混ぜて製造する。バインダ樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物や，カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。製造時においては、これらの材料を、集電体の片面もしくは両面に塗布する。
【００３０】
集電体は金属箔からなり、平滑面を有するアルミニウム箔やチタン箔の他、これらの表面をエンボス加工やエッチング処理によって粗く加工したもの使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダを加えてシート状にして集電体に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電体に塗工する方法などもある。塗工する方法としては、アプリケータ方式、グラビア方式、リバースロール方式、エクストルージョン（ノズル）方式、ディップ方式等がある。
【００３１】
セパレータＳ１，Ｓ２は、例えば質量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００３２】
電解液としては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、スルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００３３】
図１〜図３に戻り、電気化学デバイス１０の構造について説明する。
【００３４】
電気化学デバイス１０において、リード３は、Ａｌを含むリード本体３Ａとその先端に固定された金属薄膜３ａとを備えている。金属薄膜３ａは、リード本体３Ａの先端部に固定されており、リード本体３Ａの側面位置を境界として折り曲げられている。また、図１に示す例では、金属薄膜３ａは、リード本体３Ａの上下面（ＸＹ面）及び側面（ＹＺ面）を被覆している。更に、図２に示すように、金属薄膜３ａの所定領域Ｒ３Ｌはリード本体３Ａの下面に溶接されている。なお、リード本体３Ａにおいては、Ａｌは主成分であるが、微量の不純物を含んでいても良い。リード本体３ＡにおけるＡｌの含有率は少なくとも５０質量％以上であり、電気伝導性と電解液に対する耐性を考慮すると、好適には９５質量％以上である。
【００３５】
金属薄膜３ａは、Ｎｉを含む薄膜本体３ａ１と、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層３ａ２とを有している。溶接される所定領域はＲ３Ｌであり、これに対向する領域は溶接されていない。溶接される箇所は、金属薄膜３ａの全領域ではなく、一部領域である。すなわち、折り曲げられた薄膜本体３ａ１の内側表面の特定領域（下面の所定領域Ｒ３Ｌを含み、メッキ層３ａ２で被覆されていない露出領域）と、リード本体３Ａの表面（ＸＹ面）とは、メッキ層３ａ２を介することなく、直接接触しており、所定領域Ｒ３Ｌにおいて、露出した特定領域とリード本体３Ａの表面は溶接されている。
【００３６】
金属薄膜３ａの折り曲げ軸の近傍の内側表面と、リード本体３Ａとの間には若干の隙間Ｓが存在しており、この隙間Ｓ内には、若干の半田材料が入りこみ、接続強度を高めることができる。
【００３７】
薄膜本体３ａ１におけるＮｉの含有率は少なくとも５０質量％以上であり、Ａｌとの溶着が強固に行われる点を考慮すると、好適には９５質量％以上である。また、メッキ層３ａ２におけるＳｎの含有率は、半田材料との親和性等を考慮して決定されるが、本例の電気化学デバイスにおいては、メッキ層３ａ２は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含む。±１（質量％）は許容される誤差である。この場合には、半田濡れ性とウィスカの非成長において改善効果がある。
【００３８】
金属薄膜３ａの表面にはＳｎを含むメッキ層３ａ２が含まれており、半田材料ＳＤ（図８参照）との濡れ性が高いため、金属薄膜３ａと電極パッドＥ１とは半田材料ＳＤを介して強固に固定される。図８の半田材料ＳＤは、メッキ層３ａ２及び電極パッドＥ１の双方に接触している。ここで、図２及び図３に示されるメッキ層３ａ２が形成される薄膜本体３ａ１にはＮｉが含まれているため、ＮｉとＳｎとは強固に接合している。
【００３９】
また、折り曲げられた金属薄膜３ａの外側表面の上面（Ｚ軸正方向のＸＹ面）まで、図８の半田材料ＳＤは這い上がる（半田材料を上から滴下した場合に上面に残留する）ことができるため、更に電極パッドＥ１と金属薄膜３ａとの間の固定強度を高めることができる。すなわち、Ａｌは溶融した半田材料を弾く性質を有しており、Ａｌのリード本体３Ａの側面が露出している場合には、この露出面が障害となって、半田材料ＳＤがそれ以上の高さまで這い上がることができず、上側から押さえるような形状で半田材料ＳＤを塗布することができないが、上述の実施形態に係る構造の場合には、リード本体３ＡのＡｌ側面が露出していないので、かかる不具合を解消し、強固な固定状態を形成することができる。
【００４０】
図２を参照すると、金属薄膜３ａのメッキ層３ａ２が形成されていない領域（折り曲げ前の長手方向中央線ＣＬに沿った領域（図４参照））は、Ａｌを含むリード本体３Ａに溶接されているが、ＮｉとＡｌとは強固に溶接可能であるため、金属薄膜３ａとリード本体３Ａとも強固に固定される。したがって、電極パッドＥ１（図８）とリード３との間の固定強度を著しく向上させることが可能となる。
【００４１】
また、本例の電気化学デバイス１０では、金属薄膜３ａは、図２に示すように、リード本体３Ａの下面のみで溶接されている。
【００４２】
なお、金属の溶接においては、その溶接領域に凹凸面が形成される。薄膜本体３ａはリード本体３Ａの下面のみで溶接されており、リード本体３Ａの下面には凹凸が形成されている。なお、加工前の薄膜本体３ａの表面は平坦である。一方、リード本体３Ａの上面においては、溶接が行われていないため、リード本体３Ａの上面側に位置する薄膜本体３ａの平坦性は保持されている。
【００４３】
このように、薄膜本体３ａの上面が平坦である場合、この上面は半田材料による濡れ性が高くなる。したがって、半田材料が少量であっても、半田材料は、薄膜本体３ａの上面上に半田材料が広がっていき、更に、折り曲げ部分を這って、回路基板に至るまでの広い面積に広がるため、半田接合強度が非常に高くなる。また、リード本体の上面と薄膜本体３ａとは溶接されておらず、これらは僅かに離間しているので、かかる隙間にも半田材料が側方から若干入り込む。したがって、薄膜本体３ａとリード本体３Ａとの間の抵抗が低くなり、且つ、固定強度が高くなる。
【００４４】
更に、図２を参照すると、折り曲げられた金属薄膜３ａのリード長手方向（Ｘ軸方向）の寸法Ｘａは、１ｍｍ以上であること好ましい。この寸法Ｘａが１ｍｍ未満の場合には半田による電極パッドとの接合強度が低下する傾向があり、１ｍｍ以上の場合、特に２ｍｍ以上の場合には接続に必要な接合強度が得られる。なお、この寸法は５ｍｍ以下であることが好ましく、この場合には十分な接続強度が得られる。また、外装体１との境界位置からリード３のＸ軸方向の先端位置までのリード３の寸法ＸＡと、寸法Ｘａの比率ｒａ（＝ＸＡ／Ｘａ）は、１．２以上であることが好ましい。寸法の比率ｒａが１．２未満の場合には、外装体と接して外装体表面の樹脂層を傷つける場合があり、ショート不良率を増加させる傾向がある。
【００４５】
図４は、折り曲げ前の金属薄膜３ａの斜視図である。
【００４６】
メッキ層３ａ２（メッキ層３ａ２１、３ａ２２、３ａ２３、３ａ２４、３ａ２５を含む）に関して説明すると、折り曲げられた金属薄膜３ａの折り曲げ軸ＢＬ（Ｙ軸）方向の両端位置近傍（各側面から金属薄膜３ａの折り曲げ軸ＢＬ方向の幅の１％から２０％以内の領域）において、薄膜本体３ａ１の（折り曲げ後の）内側表面上には、薄膜本体３ａ１の長手方向に沿って帯状のメッキ層３ａ２１、３ａ２２が形成されている。
【００４７】
図５（Ａ）には金属薄膜３ａのＹＺ断面図が示されている。図４の折り曲げ軸ＢＬ（Ｙ軸）方向の両端位置（リードの幅方向両端位置）近傍において、メッキ層３ａ２１、３ａ２２を形成しておくことで、メッキ層３ａ２の断面形状（リード長手方向に垂直な断面形状（ＹＺ断面））の輪郭線が、これを形成しない場合（Ｂ）に比較して、直線性を帯びてくる。図５（Ｂ）では、図５（Ａ）に対応するメッキ層３ａ２１，３ａ２２は形成されておらず、両端位置近傍のメッキ層が丸みを帯びて厚くなっている。一方、図５（Ａ）の形状の場合、側面のメッキ層３ａ２３，３ａ２４は均一な厚みであって、ＹＺ断面内において輪郭線が直線性を有しており、裏面側のメッキ層３ａ２５の輪郭線に対して概ね直交している。このように、図５（Ａ）の形状の場合、メッキ層３ａ２の厚みのバラツキが少なくなるため、製品誤差が少なくなり、安定した品質の電気化学デバイスを提供することができる。
【００４８】
このようなメッキ層の形成は、一般に良く知られている方法を用いれば良い。メッキ層の形成方法はアルカリ性、酸性、中性のメッキ浴で大別できる。
【００４９】
アルカリ性のメッキ浴は，スズ酸カリウムまたはスズ酸ナトリウムと、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムとから構成される。４価のスズから電着を行い、７０℃前後の温度で反応を行うと安定したメッキ層が形成できる。なお、後述の実施例に係る実験では、メッキ用の溶液として、スズ酸カリウムと水酸化カリウムの水溶液を用いたアルカリ性のメッキ浴を採用した。
【００５０】
酸性のメッキ浴は、硫酸スズやほうフッ化スズなどで構成される。
【００５１】
中性のメッキ浴は、塩化スズを用いる。
【００５２】
要求される密着度合によって、メッキ下地処理として銅やニッケルメッキを１〜１０μｍ厚で形成する場合もある。ウィスカ対策として、メッキ後、溶融加熱処理や約１８０℃で約１時間程度加熱する場合もある。
【００５３】
また、メッキ層３ａ２の厚み（平均値）は、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。すなわち、厚みが０．５μｍ未満の場合、メッキ層に欠陥（ピンホール）が発生する可能性があり、１０μｍを超える場合には溶接を妨害する傾向があるからである。Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みは、２μｍ程度あれば半田濡れ性は良好となる。半田の濡れ性は、例えば、標準化機関である半導体技術協会（ＪＥＤＥＣ）の半導体電子部品の単体での信頼性試験の規格（ＪＥＳＤ２２−Ｂ１０２Ｅ）により規定される。このような条件で作製された薄膜上のスズメッキ層では、例えば半田温度２４５℃、浸漬速度１．８ｍｍ／秒、浸漬時間３秒、浸漬深さ２ｍｍの条件で、半田浸漬面積の９５％以上に半田の層を形成することができる。
【００５４】
また、Ｎｉの薄膜本体３ａ１の厚みが１００μｍ程度であるとき、Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みが１０μｍを超えると、折り曲げ部分に応力がかかりＮｉの薄膜本体３ａ１とＳｎメッキ層３ａ２の界面にクラックが生じる場合がある。このようなクラックは接合強度を低下させる傾向がある。また、Ｓｎメッキ層３ａ２に応力が多く残っている場合にはウィスカが発生しやすく、その結果、端子近傍でショートを生じやすくなる傾向がある。Ｓｎメッキ層３ａ２を有する金属薄膜３ａをＡｌリード本体３Ａに取り付けることで、半田濡れ性（フィレット形成容易性）は著しく改善する。
【００５５】
更に、薄膜本体３ａ１の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。薄膜本体３ａ１の厚みが５０μｍを下回る場合には、上述のメッキ層構造を形成する場合において、薄膜本体３ａ１の非メッキ領域（図４の中央線ＣＬに沿った領域）に粘着テープを貼り付けてから、メッキを行い、しかる後に、粘着テープをはがすことになるが、この際に、薄膜本体３ａ１が振動して、薄膜本体にシワ、よじれ、折れ曲がりなどが生じる傾向がある。このような不良は制御できないので、製品の品質に誤差が発生する。また、薄膜本体３ａ１の厚みが５００μｍを超える場合には、リードとの接合が困難になるという現象が生じるため好ましくない。薄膜本体の厚みを上述の範囲内に設定することにより、これらの不具合を抑制することが可能となる。
【００５６】
上述のように、Ｓｎメッキした面のＮｉタブ（金属薄膜）とＡｌリード本体３Ａとの接合（超音波融着）は困難であることから、接合面にはメッキ処理は施していない。金属薄膜３ａの全ての側面はＳｎメッキ層で被覆されている方がフィレット形成に優位であるため好ましいが、Ｎｉ下地が露出していても多少の効果はある。Ｓｎメッキ処理は連続して行い、Ａｌリード本体３Ａと接合前に必要量（例えば２０ｍｍ程度）を切り出して使用する。そのため、切断面にはＳｎメッキ層は存在しないが、この部分はフィレット形成に影響を及ぼさないので問題ない。
【００５７】
図８は、上述の電気化学デバイス１０が基板に取り付けられてなる回路基板のＸＺ断面図である。特徴の明確化のため、外装体１の部分は断面ではなく側面を示すこととする。
【００５８】
この回路基板は、電気化学デバイス１０が搭載され、電極パッドＥ１を備えた基板ＳＢとを備えている。基板ＳＢの主材料は絶縁体であり、その表面上に電極パッドＥ１が形成されている。基板ＳＢ上には各種の電子部品を搭載することができるが、本例では特徴となる電気化学デバイス１０の部分のみを示している。
【００５９】
この回路基板は、外装体１の裏面と、基板ＳＢとの間に介在する両面粘着テープ４と、電極パッドＥ１と金属薄膜３ａとの間に介在すると共に、金属薄膜３ａの外側上面上に至る半田材料ＳＤとを備えている。
【００６０】
この場合、上述のように、リード３と電極パッドＥ１とが強固に固定されると共に、外装体１の裏面と基板ＳＢとが両面粘着テープ４によって強固に固定されるため、振動に対して強い回路基板となる。
【００６１】
また、この回路基板において、半田材料ＳＤは、Ｓｎ及びＣｕを含んでいる。このような材料は、メッキ層３ａ２（図４参照）に含まれるＳｎとの親和性がよいため、半田材料ＳＤの濡れ性が高くなるが、Ｃｕが含まれているおり、融点が下がるため、半田作業性が向上したり、半田濡れ性が向上するという効果がある。また、この半田材料には微量のＡｇが含まれていることが更に好ましい。この場合には、半田接合後の耐久性が向上するという効果がある。本例における半田材料ＳＤにおける各元素の比率（質量パーセント比）は、以下の通りであり、各数値は±１（質量％）の変動を許容できる（但し、Ｃｕの比率＞０質量％である）。
Ｓｎ：Ｃｕ：Ａｇ＝９６．５（質量％）：０．５（質量％）：３（質量％）
【００６２】
次の上述のリードの組み立て方法について説明する。
【００６３】
図６は、リード本体と金属薄膜の溶接工程を示す斜視図である。
【００６４】
リード本体３Ａと、金属薄膜３ａとを用意し、これらの長手方向がＸ軸に一致するように一部領域を重ねる。リード本体３ＡのＹ軸方向の幅Ｙ２、金属薄膜３ａの幅Ｙ１、溶接領域Ｒ３Ｌの幅Ｙ０はＸ軸に沿って一定であるが、溶接領域Ｒ３Ｌの幅Ｙ０は、リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも小さく、溶接領域Ｒ３Ｌは、Ｙ軸方向の両端に位置するメッキ層３ａ２１，３ａ２２（図４参照）には原則的には重なっていない。
【００６５】
リード本体３ＡのＹ軸方向の幅Ｙ２は、金属薄膜３ａの幅Ｙ１以下であり、同図では、リード本体３Ａの幅Ｙ２が、金属薄膜３ａの幅Ｙ１よりも小さく示されているが、これらは一致していてもよい。厚み方向の上下位置には、超音波溶接を行うための超音波振動ヘッド２０，２１が位置しており、これらの少なくとも一方に機械的に接続された振動子を振動させることで、超音波振動ヘッド２０，２１に接触した溶接領域Ｒ３Ｌが溶解し、Ａｌからなるリード本体３Ａと、金属薄膜３ａの上面露出領域（Ｎｉ）とが融着する。
【００６６】
図７は、リード本体と金属薄膜の固定方法を示す図である。
【００６７】
これらの固定方法には、図７に示す方法が考えられる。
【００６８】
まず、図６に示した工程は、図７の（ａ）に示されている。この工程では、リード本体３Ａの下面と金属薄膜３ａとを超音波溶接して物理的及び電気的に接続している。次に、図７の（ｂ）に示すように、リード本体３Ａと金属薄膜３ａを治具２３、２２によって挟み、同図の矢印で示されるように、治具から突き出ている金属薄膜３ａを、Ｙ軸を折り曲げ軸として折り曲げる。治具２３、２２のＸ軸の正方向端は、Ｙ軸に平行であり、これらの正方向端がリード本体３ＡのＸ軸正方向端位置に一致している。下部の治具２３は、ＸＺ平面内において、断面形状が直角三角形であって、その斜面がＸ軸に対して鋭角となるように傾斜している（治具の角度は９０度以下（特に３０度程度））。
【００６９】
したがって、治具２３の斜面に押し付けるように、金属薄膜３ａを折り曲げると、図７の（ｃ）で示されるように、金属薄膜３ａがＹ軸を折り曲げ軸として折り曲げられる。次に、図７の（ｄ）に示されるように、下部の治具２３を取り外し、同図の矢印の方向（Ｚ軸正方向）に、浮いた状態の金属薄膜３ａを押すことで、金属薄膜３ａが完全に折れ曲がり、リード本体３Ａの裏面に接触する。なお、リード本体３Ａの上面と金属薄膜３ａとは溶接しない。
【００７０】
なお、上記工程において、金属薄膜３ａの折り曲げ軸は、同図では、Ｙ軸に平行であるが、これは後述のように、Ｘ軸に平行であってもよい。
【００７１】
上述の電気化学デバイスについて、取り付けの強度を測定するための実験を行った。
【００７２】
本例では、以下の手順を経てＥＤＬＣを製造した。まず、活性炭と導電助剤、バインダー（ＰＶＤＦ：ポリフッ化ビニリデン）及び溶剤（ＮＭＰ：(Ｎ-メチルピロリドン）を混合して塗料を作製し、これを集電箔（アルミニウム箔）に塗布して乾燥させ、キャパシタの電極端子となる電極シートを得た。この電極シートを１２ｍｍ×１７ｍｍに打抜き、セパレータを介して電極面が対向するように積層した。各箔の電極取り出し部にＡｌリード（アルミニウム：厚み１００μｍ）を超音波溶接し、アルミリード付きの積層体を得た。これをＰＰ（ポリプロピレン）を介して２つ、外装体を構成するアルミニウムラミネート箔に入れて３辺を封口し、電解液を注液した後、最後の１辺を封口し、ＥＤＬＣを得た。このＡｌリード先端を下記例のように作製した。評価は、ガラスエポキシ（FlameRetardant Type 4）（１．６ｍｍ厚み）からなる基板ＳＢ上に５ｍｍ×３ｍｍの電極パッドＥ１を配置し、ＥＤＬＣのリード先端部を半田材料ＳＤで接続して、水平引張り強度試験を行い、その強度を測定した。
【００７３】
図９は、実施例に係る実験方法を説明するための図である。
【００７４】
回路基板ＳＢの電極パッドＥ２上に、電気化学デバイス１０のリード３を配置し、このリード３上に、半田材料ＳＤを溶融して滴下した後、冷却して、これらを固定した。なお、図８に示した粘着テープは用いずに、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、電気化学デバイス１０を引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７５】
図１０は、比較例１に係る実験方法を説明するための図である。
【００７６】
比較例１では、実施例と比較して、折り曲げられた金属薄膜３ａの代わりに、折り曲げないＮｉ薄膜本体をＳｎメッキした金属薄膜３ｂを用い、これをリード本体３Ａの下面に上記と同様の方法で超音波融着接続したものを用いた。半田材料ＳＤは、金属薄膜３ｂと電極パッドＥ１との間に介在するが、アルミニウムからなるリード本体３Ａの露出側面を這い上がることはできず、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下すると、この半田材料ＳＤは、リード本体３Ａの下側に移動してから固化した。この電気化学デバイス１０も、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７７】
図１１は、比較例２に係る実験方法を説明するための図である。
【００７８】
比較例２では、比較例１と比較して、金属薄膜３ｂの先端が、リード本体３Ａの先端から突出するようにこれに取り付け、金属薄膜３ｂの先端に、溶融した半田ボール３ｃを滴下後に冷却して固定し、半田ボール３ｃと電極パッドＥ１とを半田材料ＳＤで固定した。半田材料ＳＤは、半田ボール３ｃと電極パッドＥ１との間及び半田ボール３ｃの上面上に位置することができるが、金属薄膜３ｂの露出側面を這い上がることはできず、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下すると、この半田材料ＳＤは、半田ボール３ｃの近傍に集まってから固化した。この電気化学デバイス１０も、同図の矢印方向（Ｘ軸の負方向）に、引っ張り、水平方向の引張り強度を測定した。
【００７９】
図１２は、各種実施例に係る金属薄膜の構造と取付法を説明するための図である。なお、上述の如く、リード本体３Ａの下面が金属薄膜３ａと溶接される。
【００８０】
（実施例１）
実施例１（実施例１−１〜実施例１−７）では、リード本体３Ａの幅Ｙ２と、金属薄膜３ａの幅Ｙ１（図６参照）とが、同一であり、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＹ軸に平行であって、リード先端部において、Ｘ軸方向の先端のリード本体３Ａの側面を、金属薄膜３ａが被覆している。図２及び図６を参照して、各寸法は以下の通りである。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝３ｍｍ
【００８１】
なお、薄膜本体３ａ１の厚みは１００μｍであり、Ｓｎメッキ層３ａ２の厚みは、０．３μｍ（実施例１−１）、０．５μｍ（実施例１−２）、２μｍ（実施例１−３）、５μｍ（実施例１−４）、７μｍ（実施例１−５）、１０μｍ（実施例１−６）、１０．５μｍ（実施例１−７）である。なお、超音波融着には、Ｂｒａｎｓｏｎ社製のＥａ２０００を用い、ウェルディングエネルギー＝１２．０Ｊ、ウェルディング時間＝０．１ｓｅｃ）とし、金属薄膜の折り返し前と後に、それぞれ上下から超音波融着を行った。
【００８２】
この方法は、Ａｌリード本体３Ａの先端に一部重ならないように金属薄膜３ａを配置した後に、これらを接続し、その重ならない部分をＡｌリード本体３Ａを包むように折り曲げ、再度Ａｌリード本体３Ａと接続されていない面の金属薄膜３ａをＡｌリード本体３Ａと接続し、Ａｌリード本体３Ａに金属薄膜３ａを取り付ける方法である。
【００８３】
（実施例２）
リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも、折り曲げ前の金属薄膜３ａの幅Ｙ１が広く、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＸ軸に平行であって、リード先端部において、Ｙ軸方向に沿ったリード本体３Ａの一側面を、金属薄膜３ａが被覆している。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３．５ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝１．５ｍｍ
その他の条件は実施例１−３と同一であるが、メッキ層の形成されていない領域（中心線ＣＬ近傍の領域；図４）は、Ｙ軸方向に延びるように形成した。
【００８４】
（実施例３）
リード本体３Ａの幅Ｙ２よりも、折り曲げ前の金属薄膜３ａの幅Ｙ１が広く、金属薄膜３ａの折り曲げ軸がＹ軸に平行であって、リード先端部において、Ｘ軸方向の先端のリード本体３Ａの側面を、金属薄膜３ａが被覆している。
Ｘ０＝２ｍｍ
Ｙ０＝２ｍｍ
Ｙ１＝３．５ｍｍ
Ｙ２＝３ｍｍ
ＸＡ＝５ｍｍ
Ｘａ＝３ｍｍ
その他の条件は実施例１−３と同一である。
【００８５】
図１３は、実験結果を示す図表である。サンプル数ｎは１００個であり、水平引っ張り強度の平均値（Ｎ）と標準偏差（Ｎ）が示されている。
【００８６】
実施例１〜３では、２５Ｎの力を水平方向に加えても、リードが断線したり外れたりすることはなかった。また、実施例１−１〜実施例１−７に示されるように、メッキの厚みを０．３μｍ以上１０．５μｍ以下の範囲内で変更しても、水平方向の引張り強度に変化はなかった。なお、２５Ｎは測定装置の測定限界である。一方、比較例１，２では、それぞれ７．８Ｎ、１７．３Ｎの力を加えると、リードが電極パッドＥ１から外れた。比較例１，２では、ばらつきもある。
【００８７】
リードの接続状態に関した結果について、実施例１−１においては、サンプル１００個中において、９４個は良品であったが、６個は、半田濡れ性が十分でない箇所が観察された（接続状態評価結果：△）。
【００８８】
実施例１−７においては、サンプル１００個中において、９５個は良品であったが、５個は、Ｎｉ箔からなる薄膜本体３ａ１とＳｎのメッキ層３ａ２との界面にクラックを有する箇所が観察された（接続状態評価結果：△）。比較例１では、サンプル１００個中において、９８個は、半田濡れ性が悪い箇所が観察された（接続状態評価結果：×）。比較例２では、サンプル１００個中において、８０個のサンプルにおいて、半田濡れ性が悪い箇所が観察された（接続状態評価結果：×）。その他の実施例１−２〜１−６及び実施例２、３においては、全てのサンプルにおいて、良品であり、上記のような半田濡れ性が十分でない箇所や、クラックが発生する箇所の存在は認められなかった（接続状態評価結果：○）
【００８９】
なお、半田濡れ性が十分でないとは、具体的には、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下したあと、金属薄膜３ａの上面で充分に広がらず、上面の５０％以下しか覆わない状態を指す。これはメッキ層の欠陥（ピンホール）によるもので、実施例１−１では、メッキ層に多数の欠陥が存在したためである。半田濡れ性が悪いとは、具体的には、上方から溶融した半田材料ＳＤを滴下したあと、金属薄膜３ａの上面で充分に広がらず、上面の２５％以下しか覆わない、もしくは全く覆わない状態を指す。比較例１においてはリードの上面がアルミニウムであり、滴下した半田材料ＳＤが弾かれて上面に残っていなく、比較例２においては、半田ボール３ｃの近傍で固化したが、リード３ｂ上面に流れるように広がらなかったため、接続状態が悪い結果となった。また、界面にクラックを有するとは、具体的には、薄膜本体３ａ１とＳｎのメッキ層３ａ２との界面に、長さ１００μｍ程度、幅１０μｍ程度のクラックが１から数個観察されることを指す。特に金属薄膜３ａの折り返し部において発生が顕著である。
【００９０】
これらの結果を考察するに、比較例１の構造の場合、半田材料は、Ａｌに弾かれて十分なフィレットを形成することができず、信頼性が十分ではないと考えられる。これに対し、Ａｌリード本体に金属薄膜（Ｎｉタブ）を折り曲げて形成した実施例１〜３の構造では、金属薄膜の上面から電極パッドまで綺麗なフィレットを形成することができ、十分な接続強度を得ることができており、十分な信頼性が得られている。
【００９１】
リード本体３Ａの先端部に金属薄膜３ａを取り付けた場合において、実施例２，３に記載のように、金属薄膜３ａの幅がリード本体３Ａより大きいときは、半田材料（フィレット）ＳＤの体積が増すだけでなく、幅方向の側面部分にもフィレットが形成されやすくなる。Ｘ軸方向先端部、Ｙ軸方向側面部、及びリードの下面部位の３箇所（３方向）にフィレットが形成されることで各方向への引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる、リード本体３Ａの幅よりも、金属薄膜３ａの幅の方が大きいため、リード本体３Ａから横方向に突き出た部分の金属薄膜３ａにも半田材料がのりやすくなり、引っ張り強度やねじり強度などが増すことになる。
【００９２】
上述のように、各実施例の構造によれば、リードの接合後に想定されるＥＤＬＣへの負荷（引っ張りやねじれ）に対して強くなる。
【００９３】
また、比較例２では、予備半田としての半田ボールが不均一であるため、形成されるフィレットも不均一となり（底面のみの場合もある）、接続強度にばらつきが生じる。その結果、長期信頼性での接続寿命に問題を生じるものが混在する可能性があるが、実施例１〜３に係る構造の場合、メッキ面にフィレットを形成することができることから、安定した接続強度を確保できるようになる。したがって、実施例の構造によれば、長期信頼性での接続寿命が著しく改善される。
【００９４】
以上、説明したように、ラミネート外装体を用いた薄型ＥＤＬＣは、プリント基板への半田接続能が要求されるが、ＥＤＬＣのリードには電解液に対する耐性と電気導電性の双方を満たす必要から、半田濡れ性の悪いＡｌが採用されてきたが、接続強度を向上させることができなかった。本実施形態では、折り曲げた金属薄膜を用いることで、その固定強度を向上させることができた。この手法は、メッキと溶着という再現性に優れた工程を採用しているため、自動化が容易であり、生産性の面でも望ましい。このような平型リード端子形状を有する電子部品としては、ＥＤＬＣの他、リチウムイオン電池や、電解コンデンサが知られており、本発明はこれらの部品に適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
３…リード、３Ａ…リード本体、３ａ…金属薄膜、３ａ１…薄膜本体、３ａ２…メッキ層、Ｒ３Ｌ…所定領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体内に収容された充放電体と、前記充放電体から延びたリードと、を有する電気化学デバイスにおいて、
前記リードは、
Ａｌを含むリード本体と、
前記リード本体の先端部に設けられ、前記リード本体の側面位置を境界として折り曲げられ、前記リード本体の上下面及び側面を被覆し、所定領域が前記リード本体に溶接された金属薄膜と、
を備え、
前記金属薄膜は、
Ｎｉを含む薄膜本体と、
折り曲げられた前記薄膜本体の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層と、
を有し、
折り曲げられた前記薄膜本体の内側表面の特定領域と、前記リード本体の下面とは、前記所定領域において、前記メッキ層を介することなく、直接接触して溶接されており、前記リード本体の上面は前記薄膜本体とは溶接されていない、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
折り曲げられた前記金属薄膜の折り曲げ軸方向の両端位置近傍において、前記薄膜本体の内側表面上には、前記薄膜本体の長手方向に沿って前記メッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記メッキ層の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記薄膜本体の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
折り曲げられた前記金属薄膜の前記リード長手方向の寸法は、１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
前記メッキ層は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
前記リード本体の幅よりも、前記金属薄膜の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気化学デバイスと、
前記電気化学デバイスが搭載され、電極パッドを備えた基板と、
前記外装体の裏面と、前記基板との間に介在する両面粘着テープと、
前記電極パッドと前記金属薄膜との間に介在すると共に、前記金属薄膜の外側上面上に至る半田材料と、
を備えることを特徴とする回路基板。
【請求項９】
前記半田材料は、Ｓｎ及びＣｕを含むことを特徴とする請求項８に記載の回路基板。
【請求項１】
外装体内に収容された充放電体と、前記充放電体から延びたリードと、を有する電気化学デバイスにおいて、
前記リードは、
Ａｌを含むリード本体と、
前記リード本体の先端部に設けられ、前記リード本体の側面位置を境界として折り曲げられ、前記リード本体の上下面及び側面を被覆し、所定領域が前記リード本体に溶接された金属薄膜と、
を備え、
前記金属薄膜は、
Ｎｉを含む薄膜本体と、
折り曲げられた前記薄膜本体の少なくとも外側表面を被覆しＳｎを含むメッキ層と、
を有し、
折り曲げられた前記薄膜本体の内側表面の特定領域と、前記リード本体の下面とは、前記所定領域において、前記メッキ層を介することなく、直接接触して溶接されており、前記リード本体の上面は前記薄膜本体とは溶接されていない、
ことを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
折り曲げられた前記金属薄膜の折り曲げ軸方向の両端位置近傍において、前記薄膜本体の内側表面上には、前記薄膜本体の長手方向に沿って前記メッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記メッキ層の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記薄膜本体の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
折り曲げられた前記金属薄膜の前記リード長手方向の寸法は、１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項６】
前記メッキ層は、９８±１（質量％）のＳｎと２±１（質量％）のＣｕを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項７】
前記リード本体の幅よりも、前記金属薄膜の幅の方が大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気化学デバイスと、
前記電気化学デバイスが搭載され、電極パッドを備えた基板と、
前記外装体の裏面と、前記基板との間に介在する両面粘着テープと、
前記電極パッドと前記金属薄膜との間に介在すると共に、前記金属薄膜の外側上面上に至る半田材料と、
を備えることを特徴とする回路基板。
【請求項９】
前記半田材料は、Ｓｎ及びＣｕを含むことを特徴とする請求項８に記載の回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２２２９１３（Ｐ２０１１−２２２９１３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３４６３（Ｐ２０１０−９３４６３）
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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