CN105227129A - 高导热贴片旁路二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于二极管技术领域，具体涉及高导热贴片旁路二极管，包括本体、以深沟道硅工艺制取的芯粒以及框架贴片，芯粒、框架贴片以半包式封装结构模压在高导热低应力黑胶的本体内，框架贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，芯粒一端以软钎焊焊接在靠近于台阶结构处的厚片上表面，芯粒另一端以跳线连接薄片，厚片底端面与本体底端面平齐，厚片端部延伸出本体一侧外部形成引线结构，薄片端部水平延伸出本体另一侧向下弯折后再水平延展形成引线结构，薄片端部形成的引线机构底端与厚片底端平齐，焊接面积大，具有更好的散热性能，同时显著降低了正向压降，减小了功率消耗和发热，大大提高了使用寿命。

Description

高导热贴片旁路二极管
技术领域
本发明属于二极管技术领域，具体涉及高导热贴片旁路二极管。
背景技术
太阳能光伏电池是利用半导体光伏效应制成的光电转换器件，它既可以作为电源,又可以作为光电检测器件。太阳能电池组件往往安装在室外或远离城市比较空旷的地方，当太阳能电池组件中有一片或几片电池被其它物体长时间遮挡时，被遮挡的太阳能电池片此时将会严重发热甚至烧坏，这就是“热斑效应”。这种效应对太阳能电池会造成很严重地破坏作用。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热班效应而被破坏，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个光伏旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。
并联的光伏旁路二极管在太阳能电池正常有光照的情况下，光伏旁路二极管反向截止，对电路不产生任何作用，而当电池片组存在一个非正常工作的电池片或是电池片出现热斑效应不能发电时，整个线路电流将由最小电流电池片决定，而电流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此时，非正常工作电池片被短路，光伏旁路二极管起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从光伏旁路二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。一般旁路两极管选择原则：1)耐压容量为最大反向工作电压的两倍，2)电流容量为最大反向工作电流的两倍，3)结温温度应高于实际结温温度，4)热阻小，5)压降小。
光伏旁路二极管一般安装在光伏组件接线盒内，光伏组件接线盒是介于太阳能电池组件构成的太阳能电池方阵和太阳能充电控制装置之间的连接器，其主要作用是连接和保护太阳能光伏组件，将太阳能电池产生的电力与外部线路连接，传导光伏组件所产生的电流。接线盒应和接线系统组成一个封闭的空间，接线盒为导线及其连接提供抗环境影响的保护，为带电部件提供可接触性的保护，为与之相连的接线系统减缓拉力。光伏组件接线盒的光伏组件接线盒作为太阳能电池组件的一个重要的部件，是一门集电气设计、机械设计与材料科学相结合的跨领域的综合性设计产品。
由于光伏旁路二极管安装在光伏组件接线盒内，受盒内有限的散热空间及结构和材料的限制，要求二极管的热性能一定要好。热斑发生时，组件电流基本上都流经旁路二极管，有电流流过就会有热产生，根据二极管结温的计算公式：Tj＝Tcase+R*U*I,其中R为热阻系数，Tcase是二极管表面温度(用热电偶测出)，U是二极管两端压降(实测值)，I为组件短路电流。由此可见，从二极管本身看，二极管的热性能与其封装形式、正向导通压降、热阻系数、经电流有直接关系，因此，旁路二极管的性能以及接线盒的封装形式对其保护性能起着十分重要的作用。由于传统的接线盒内的旁路二极管封装形式是R-6，此种封装在电路中占用空间较大，增加了接线盒的体积和成本，而且R-6封装二极管发热量大，这就降低了接线盒的使用寿命，不能达到承诺的20-25年，而且旁路二极管的正向压降偏大，加上接线盒的散热效果不好，极易造成旁路二极管的热击穿，并带有接线盒烧毁等现象，故急需对现有的旁路二极管的结构以及生产工艺进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供高导热贴片旁路二极管，焊接面积大，具有更好的散热性能，同时显著降低了正向压降，减小了功率消耗和发热，大大提高了使用寿命。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：
高导热贴片旁路二极管，包括本体、以深沟道硅工艺制取的芯粒以及框架贴片，所述的芯粒、框架贴片以半包式封装结构模压在高导热低应力黑胶的本体内，框架贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，所述的芯粒一端采用能够有效控制焊接气孔的软钎焊焊接在靠近于台阶结构处的厚片上表面，芯粒另一端以跳线连接薄片，厚片底端面与本体底端面平齐，厚片端部延伸出本体一侧外部形成引线结构，薄片端部水平延伸出本体另一侧向下弯折后再水平延展形成引线结构，薄片端部形成的引线机构底端与厚片底端平齐，芯粒、跳线完全包覆于本体内，框架贴片为高导热金属材质，露出本体外的框架贴片还设有电镀层。
进一步的，跳线两端分别以锡膏焊与芯粒、薄片焊接，跳线与芯粒焊接处还设有焊接凸台。
进一步的，所述的贴片材质为铜。
进一步的，电镀层为镀锡。
高导热贴片旁路二极管的制作工艺，包括以下步骤：
1)装架：将芯粒、框架贴片固定在夹具定位进行装架，
2)焊接：芯粒与框架贴片相对的一端采用软钎焊技术焊接，以有效的控制焊接气孔，同时提高产品抗击正向浪涌的能力，芯粒另一端以锡膏焊焊接跳线一端，跳线另一端焊接在框架贴片上，得到半成品的二极管，
3)清洗：采用常规有机溶剂对半成品二极管进行清洗，
4)模压：以半包式封装结构采用高导热低应力黑胶对清洗后的半成品二极管进行浇铸模压，高导热低应力黑胶由环氧树脂、固化剂以及直径为40μm的铝粉构成，环氧树脂、固化剂、铝粉的质量比为100:8:324，该种比例成分的高导热低应力黑胶具有良好的导热性，散热性好，使产品的Tcase较小，半包式封装结构体积小，框架贴片露出高导热低应力黑胶部分多，便于焊接，散热效率高，
5)去胶：模压完成后采用常规工艺进行去胶处理，
6)电镀：去胶完成后对露出高导热低应力黑胶的框架贴片进行电镀锡，电镀时间为35～45min，电镀时间较常规产品延长10min，取得较厚的电镀层，提高散热效果，
7)检验：电镀完成后二极管经过一贯机检测，检测合格进行包装。
所述的步骤1中芯粒采用降低正向压降的深沟道硅工艺制取。
所述的贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，芯粒焊接在厚片上，跳线另一端焊接在薄片上，模压后贴片厚片的底端与高导热低应力黑胶底端平齐，厚片端部露出高导热低应力黑胶一侧外部形成引线结构，薄片端部露出高导热低应力黑胶另一侧外部并向下弯折再水平延展形成引线结构，薄片引线结构底端与厚片底端平齐。
本发明所取得的有益效果是：采用上述方案，半包式贴片封装结构，使框架贴片露出本体外部分大大增加，而且体积缩小，减小了接线盒的体积，降低了生产的成本，散热效果大大提高，框架贴片的引线结构也便于焊接，芯粒采用先进的深沟道硅工艺，能够显著降低正向压降，减小了功率消耗和发热，芯粒软钎焊，有效地控制了焊接气孔，提高产品抗击正向浪涌的能力，模压的高导热低应力黑胶，具有良好的导热性能，能够大大降低产品的Tcase，具有更好的散热性能，而且框架贴片的引线结构的电镀层加厚，进一步提高产品的散热效果，有效地控制产品的使用温度，提高了器件的使用寿命。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明的结构示意图。
其中：1为本体，2为芯粒，3为框架贴片，3.1为薄片，3.2为厚片，4为跳线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参照图1所示的高导热贴片旁路二极管，包括本体1、以深沟道硅工艺制取的芯粒2以及铜质的框架贴片3，芯粒2、框架贴片3以半包式封装结构模压在高导热低应力黑胶的本体1内，框架贴片3为薄片3.1与厚片3.2构成的台阶式一体结构，薄片3.1一侧高于厚片3.2一侧，薄片3.1与厚片3.2连接处竖直向上再水平延展，并延伸至本体1的左侧外部，芯粒2一端以软钎焊技术焊接在靠近于台阶结构处的厚片3.2的上表面，采用软钎焊能够有效控制焊接气孔的，提高本二极管抗击正向浪涌的能力，芯粒2的另一端以跳线4连接薄片3.1，跳线4一端与芯粒2以锡膏焊焊接，焊接处还设有与芯粒2焊接的焊接凸台，跳线4另一端焊接在薄片3.1上，芯粒2、跳线4完全包覆在本体1内，厚片3.2的底端面与本体1的底端面平齐，增大框架贴片的外露面积，便于焊接，且散热性更好，厚片3.2的端部延伸出本体1右侧外部形成引线结构，薄片3.1端部水平延伸出本体左侧后再水平延伸，然后向下弯折后再水平延展形成引线结构，以便于焊接，且薄片3.1端部形成的引线机构底端与厚片3.2底端平齐，露出本体1外的框架贴片均还设有加厚的电镀锡层，便于焊接，也大大提高散热效率，半包式贴片封装结构大大减小了体积，同时增加了焊接面积，大大提高了散热的效率，降低了二极管的表面温度，使二极管的使用温度可控，提高二极管的使用寿命。
高导热贴片旁路二极管的制作工艺，包括以下步骤：
1)装架：将芯粒、框架贴片固定在夹具定位进行装架，芯粒采用深沟道硅工艺制取，显著的降低正向压降，减小功率消耗和发热，
2)焊接：芯粒与框架贴片相对的一端采用软钎焊技术焊接，以有效的控制焊接气孔，同时提高产品抗击正向浪涌的能力，贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，芯粒焊接在厚片上，芯粒另一端以锡膏焊焊接跳线一端，跳线另一端焊接在薄片上，得到半成品的二极管，
3)清洗：采用常规有机溶剂对半成品二极管进行清洗，
4)模压：以半包式封装结构采用高导热低应力黑胶对清洗后的半成品二极管进行浇铸模压，模压后贴片厚片的底端与高导热低应力黑胶底端平齐，厚片端部露出高导热低应力黑胶一侧外部形成引线结构，薄片端部露出高导热低应力黑胶另一侧外部并向下弯折再水平延展形成引线结构，薄片引线结构底端与厚片底端平齐，半包式贴片封装结构减小了体积同时增加了贴片外露面积，增加了焊接的面积，加快散热，具有更高的散热效率，高导热低应力黑胶由环氧树脂、固化剂以及直径为40μm的铝粉构成，环氧树脂、固化剂、铝粉的质量比为100:8:324，该种比例成分的高导热低应力黑胶模压后形成的本体具有良好的导热性，散热性更好，散热更快，使产品的Tcase较小，使用温度可控，提高二极管的使用寿命。
5)去胶：模压完成后采用常规工艺进行去胶处理，
6)电镀：去胶完成后对露出高导热低应力黑胶的框架贴片进行电镀锡，电镀时间为35～45min，电镀时间较常规产品延长10min，取得较厚的电镀层，提高散热效果，电镀层较厚，提高产品的散热效果，
7)检验：电镀完成后二极管经过一贯机检测，检测合格进行包装。
半包式贴片封装结构减小了接线盒的体积，增大了焊接面积，明显提高了散热效率的同时降低了生产成本，本产品发热量少，散热好，反向功耗降低，工作时芯片温度较低，使得反向电流变小，不仅降低了功耗，还提高了产品高温性能，由于采用深沟道硅工艺的芯片，降低了二极管的正向压降，从而降低了在太阳能电池组件中消耗的功率，减少太阳能电池组件的输出功率损失，同时热阻系数较小，发热量小，提高了产品的使用寿命，达到接线盒承诺的20-25年。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.高导热贴片旁路二极管，其特征在于：包括本体、以深沟道硅工艺制取的芯粒以及框架贴片，所述的芯粒、框架贴片以半包式封装结构模压在高导热低应力黑胶的本体内，框架贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，所述的芯粒一端采用能够有效控制焊接气孔的软钎焊焊接在靠近于台阶结构处的厚片上表面，芯粒另一端以跳线连接薄片，厚片底端面与本体底端面平齐，厚片端部延伸出本体一侧外部形成引线结构，薄片端部水平延伸出本体另一侧向下弯折后再水平延展形成引线结构，薄片端部形成的引线机构底端与厚片底端平齐，芯粒、跳线完全包覆于本体内，框架贴片为高导热金属材质，露出本体外的框架贴片还设有电镀层。
2.根据权利要求1所述的高导热贴片旁路二极管，其特征在于：跳线两端分别以锡膏焊与芯粒、薄片焊接，跳线与芯粒焊接处还设有焊接凸台。
3.根据权利要求1所述的高导热贴片旁路二极管，其特征在于：所述的贴片材质为铜。
4.根据权利要求1所述的高导热贴片旁路二极管，其特征在于：电镀层为镀锡。
5.高导热贴片旁路二极管的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)装架：将芯粒、框架贴片固定在夹具定位进行装架，
2)焊接：芯粒与框架贴片相对的一端采用软钎焊技术焊接，以有效的控制焊接气孔，同时提高产品抗击正向浪涌的能力，芯粒另一端以锡膏焊焊接跳线一端，跳线另一端焊接在框架贴片上，得到半成品的二极管，
3)清洗：采用常规有机溶剂对半成品二极管进行清洗，
4)模压：以半包式封装结构采用高导热低应力黑胶对清洗后的半成品二极管进行浇铸模压，高导热低应力黑胶由环氧树脂、固化剂以及直径为40μm的铝粉构成，环氧树脂、固化剂、铝粉的质量比为100:8:324，该种比例成分的高导热低应力黑胶具有良好的导热性，散热性好，使产品的Tcase较小，半包式封装结构体积小，框架贴片露出高导热低应力黑胶部分多，便于焊接，散热效率高，
5)去胶：模压完成后采用常规工艺进行去胶处理，
6)电镀：去胶完成后对露出高导热低应力黑胶的框架贴片进行电镀锡，电镀时间为35～45min，电镀时间较常规产品延长10min，取得较厚的电镀层，提高散热效果，
7)检验：电镀完成后二极管经过一贯机检测，检测合格进行包装。
6.根据权利要求5所述的高导热贴片旁路二极管的制作工艺，其特征在于：所述的步骤1中芯粒采用降低正向压降的深沟道硅工艺制取。
7.根据权利要求5所述的高导热贴片旁路二极管的制作工艺，其特征在于：所述的贴片为薄片与厚片构成的台阶式结构，薄片一侧高于厚片一侧，芯粒焊接在厚片上，跳线另一端焊接在薄片上，模压后贴片厚片的底端与高导热低应力黑胶底端平齐，厚片端部露出高导热低应力黑胶一侧外部形成引线结构，薄片端部露出高导热低应力黑胶另一侧外部并向下弯折再水平延展形成引线结构，薄片引线结构底端与厚片底端平齐。
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