CN110931579A - 薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法 - Google Patents

薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法，属于半导体电气元件技术领域，包括二极管负极引线端和二极管正极引线端，二极管负极引线端和二极管正极引线端之间设有二极管芯片，二极管芯片的上方连接有键合跳线，其中二极管芯片放置在二极管负极引线端上，二极管负极引线端通过二极管芯片和键合跳线与二极管正极引线端连接，二极管芯片的下方设有框架芯片安装面，二极管芯片的外部设有二极管塑封体，二极管本体的背面与框架芯片安装面相对应的位置处设有背板散热片。本品将原始产品中分离的光伏二极管与延长引线集成在一起，取代客户端元件焊接工序。元件集成封装的的方式，元件散热能力得到显著增强。

Description

薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法，属于半导体电气元件技术领域。
背景技术
光伏旁路二极管，广泛应用于太阳能发电设备，通常并联反接于太阳能电池组件的正负极间。在异常情况下，可以保护光伏发电组件的安全、功率损耗最小，维持光伏发电装置正常运行。随着新型的薄膜太阳能技术的发展，薄膜太阳能电池板用的旁路二极管需求日益增长，而现有薄膜太阳用能旁路二极管的如图1-3所示，采用TO-277封装光伏二极管16，封装的二极管附加焊接延长线组合而成，客户端需人工为光伏二极管焊接延长引线，焊接完成后再与薄膜太阳能板组装，工序繁琐。产品本体过厚，影响客户使用。器件边缘过于锋利，容易划伤组件背面的保护薄膜，造成产品损伤。分立器件与框架的焊接的效果将直接影响组件的性能，人工焊接的良率不高，已经不能完全满足客户的使用需求。
如图4所示，TO-277封装光伏二极管安装时，安装繁琐-应用原始产品时客户端需人工为光伏二极管焊接延长引线，焊接完成后再与薄膜太阳能板组装，工序较繁琐。分立器件与框架的焊接的效果将直接影响组件的性能，人工焊接的良率不高。而组件安装过程中尖锐的边角会划伤太阳能电池板表面覆盖的薄膜，造成产品损伤。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法，解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，包括二极管本体，二极管本体包括二极管负极引线端和二极管正极引线端，二极管负极引线端和二极管正极引线端之间设有二极管芯片，二极管芯片的上方连接有键合跳线，键合跳线的一端与二极管芯片的上面连接，另一端与二极管正极引线端连接，其中二极管芯片放置在二极管负极引线端上，二极管负极引线端通过二极管芯片和键合跳线与二极管正极引线端连接，二极管芯片的下方设有芯片安装面，二极管芯片安放在芯片安装面上方，二极管芯片底面与芯片安装面结合，二极管芯片的外部设有二极管塑封体，二极管本体的背面与芯片安装面相对应的位置处设有背板散热片。
进一步的，二极管负极引线端和二极管正极引线端分别设有第一极性识别通孔和第二极性识别通孔，第一极性识别通孔和第二极性识别通孔的数量不同，二极管负极引线端和二极管正极引线端的上下表面均设有V形防水槽。
进一步的，二极管负极引线端上设有防反缺口。
进一步的，键合跳线上设有跳线助焊通孔和跳线应力释放孔。
进一步的，二极管塑封体与框架之间设有锁胶孔，锁胶孔包括长形锁胶孔和方形锁胶孔，长形锁胶孔和方形锁胶孔采用通孔式。
进一步的，二极管芯片采用肖特基光伏芯片。
进一步的，二极管塑封体采用薄形封装，边角做圆弧处理，二极管塑封体采用环氧塑封材料。
进一步的，光伏旁路二极管还包括框架，框架上设置若干个光伏旁路二极管，框架的上下两侧设有边框，光伏旁路二极管的上下两侧均与上下设置的边框连接，光伏旁路二极管在框架上呈矩阵式均匀排列，多个光伏旁路二极管之间设有支撑筋，支撑筋连通光伏旁路二极管上的正负引线，使得电流通过框架的表面。
本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：原材料准备：
准备框架、二极管芯片、锡膏和塑封材料；
步骤2装片焊接：
组装采用自动组焊线，将锡膏等焊料分配在框架上，然后吸取并放置二极管芯片到框架指定的位置，在二极管芯片的表面分配锡膏，然后把键合跳线放置在指定的位置，让二极管芯片与芯片安装面之间组成专门的连接线路，最后，进行焊接，使得以上部件组成一个整体的线路；
步骤3：超声清洗：
采用超声震荡清洗的方式，去除焊接后的各种残留物以及沾污，使得电路使用过程中不至出现其他的影响；
步骤4：塑封成型：
对焊接后的半成品，采用环氧塑封材料，配合使用MPG模自动压注的方式，完成产品封装；
步骤5：机械去胶道：
去除步骤4中塑封过程中的胶道；
步骤6：后固化：
将半成品放入烤箱内加热并保持恒温一段时间，使塑封料充分固化并消除内应力；
步骤7：表面处理：
去除引线端子表面的氧化层，并覆盖镀层，以防止引线端子氧化，增强器件的耐焊性及增强耐腐蚀性能；
步骤8：切筋弯脚：
按照标准的引导端子规格，切除多于的矩阵框架将一体框架上的多颗产品分离成单颗产品；
步骤9：测试印字：
在印测机上完成电性测试、镭射印字、印字检查、脚型VISION检查、载带封合；
步骤10：包装、入库：
将符合要求的产品放入成品库。
本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的安装方法，包括以下步骤：
步骤11：根据所需的电压或者电流要求，准备单颗或者多颗薄膜太阳能领域光伏旁路二极管以及光伏发电单元；
步骤12：将薄膜太阳能领域光伏旁路二极管并联在光伏发电单元外部，其中薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的正极对应连接光伏发电单元的正极，薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的负极对应连接光伏发电单元的负极，形成一个整体结构，整体结构的正极和负极分别对应薄膜太阳能领域光伏旁路二极管和光伏发电组件的正极和负极；
步骤13：将步骤12中布置好的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管与光伏发电单元自动组装焊接；
步骤14：将整体结构进行塑封成型，完成安装。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法，简化客户端安装工序，提高生产效率，本品将原始产品中分离的光伏二极管与延长引线集成在一起，取代了客户端元件焊接工序。电性良率高，产品采用全自动线焊接，封装后进行TMTT筛选，杜绝了制程中可能的不良。产品多层锁胶孔设置，框架与塑封体严密结合，结构牢固可靠。多层防反装，采用正负引线端表面极性识别孔，负极引线端防反缺口的方式，防止器件反装。散热好，本品元件集成封装的的方式，极大的扩展了产品散热面积，元件散热能力得到显著增强。塑封体采用薄形封装，且边角做圆弧处理，可以有效防止薄膜太阳能板背面薄膜材料的损伤。可靠性好正负极引线端上下表面均设有V形防水槽，增强产品可靠性。解决了现有技术中出现的问题。
附图说明
图1为现有技术中二极管的正面视图；
图2为现有技术中二极管的侧面视图；
图3为现有技术中二极管的背面视图；
图4为现有技术中二极管的安装流程图；
图5为本发明实施例的外部结构正面视图；
图6为本发明实施例的外部结构背面视图；
图7为本发明实施例的内部结构正面视图；
图8为本发明实施例的内部结构侧面视图；
图9为本发明实施例的内部结构背面视图；
图10为本发明实施例的框架结构图；
图11为本发明实施例的工艺流程图；
图12为本发明实施例的安装原理图；
图13为本发明实施例的安装流程图；
图14为本发明实施例的安装后的整体结构图；
图中：1、二极管负极引线端；2、二极管正极引线端；3、第一极性识别通孔；4、防反缺口；5、二极管塑封体；6、第二极性识别通孔；7、背板散热片；8、芯片安装面；9、二极管芯片；10、长形锁胶孔；11、键合跳线；12、方形锁胶孔；13、跳线助焊通孔；14、跳线应力释放孔；15、V形防水槽；16、TO-277封装光伏二极管；17、边框；18、支撑筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
如图5-10所示，本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，包括二极管本体，二极管本体包括二极管负极引线端1和二极管正极引线端2，二极管负极引线端1和二极管正极引线端2之间设有二极管芯片9，二极管芯片9的上方连接有键合跳线11，键合跳线11的一端与二极管芯片9的上面连接，另一端与二极管正极引线端2连接，其中二极管芯片9放置在二极管负极引线端1上，二极管负极引线端1通过二极管芯片9和键合跳线11与二极管正极引线端2连接，二极管芯片9的下方设有芯片安装面8，二极管芯片9安放在芯片安装面8上方，二极管芯片9底面与芯片安装面8结合，二极管芯片9的外部设有二极管塑封体5，二极管本体的背面与芯片安装面8相对应的位置处设有背板散热片7。
二极管负极引线端1和二极管正极引线端2分别设有第一极性识别通孔3和第二极性识别通孔6，第一极性识别通孔3和第二极性识别通孔6的数量不同，二极管负极引线端1和二极管正极引线端2的上下表面均设有V形防水槽15。
二极管负极引线端1上设有防反缺口4。
键合跳线11上设有跳线助焊通孔13和跳线应力释放孔14。
二极管塑封体5与框架之间设有锁胶孔，锁胶孔包括长形锁胶孔10和方形锁胶孔12，长形锁胶孔10和方形锁胶孔12采用通孔式。
二极管芯片9采用肖特基光伏芯片。
二极管塑封体5采用薄形封装，边角做圆弧处理，二极管塑封体5采用环氧塑封材料。
本实施例的工作原理为：二极管负极引线端1和二极管正极引线端2采用KFC铜材,其他导电性好耐腐蚀抗氧化，作用为承载及连通二极管芯片9与内外电路，构成功能电路。材质的阻值低，利于降低器件的功耗，间接提升薄膜太阳能组件的能量转化率。二极管芯片9采用肖特基光伏芯片，二极管芯片9安放在芯片安装面8上方，二极管芯片9底面与芯片安装面8结合，采用新型的焊接方式，利于产品的散热。键合跳线11采用KFC铜材，新型结构设计，可以实现导电性好且耐侯应力性能佳。键合跳线11一端与二极管芯片9上面结合，另一端与二极管正极引线端2键合焊盘结合，其中键合跳线11与二极管芯片9与键合引线11端结合均采用锡焊的方式。
二极管塑封体5采用特制的环氧塑封材料。可以对器件进行保护，增强产品环境适应能力及增加产品的可靠性。其中二极管负极引线端1设有防反缺口4，作用为放置器件反装。二极管正负极引线端1均设有极性识别通孔第一极性识别通孔3和第二极性识别通孔6，且正负极引线上通孔数量不同以识别器件正负极。
塑封体采用薄形封装，本体厚度只有0.8mm，且边角做圆弧处理，作用为防止割伤太阳能电池板表面覆盖的薄膜。正负极引线端上下表面的V形防水槽15，防止封装后水汽侵入。
电性特征：
正向压降低，本产品25℃条件下15AVF小于0.45V。
超薄的封装厚度：
为适应市场对贴片产品向更薄封装厚度方向发展的趋势，并匹配客户端应用方式，本发明塑封体厚度降至0.8mm，而传统的片式二极管封装厚度均在1mm以上，超薄本体更利用器件散热。
优良的散热性能：
器件在工作状态下因自身功耗将不可避免的产生大量的热，如散热不良将导致器件因过热而失效。因此本发明采用0.8mm厚超薄本体，引线端增大(两侧分别为6.75mmX4.4mmX0.15mm长x宽x厚)及塑封体背板散热片外置的方式使器件具有良好的散热性能可将内部发热传递出去，从而保证器件正常运行。
实施例2：
在实施例1的基础上，光伏旁路二极管还包括框架，框架上设置若干个光伏旁路二极管，框架的上下两侧设有边框17，光伏旁路二极管的上下两侧均与上下设置的边框17连接，光伏旁路二极管在框架上呈矩阵式均匀排列，多个光伏旁路二极管之间设有支撑筋18，支撑筋18连通光伏旁路二极管上的正负引线，使得电流通过框架的表面。
本发明制程采用矩阵式铜框架，单片可容纳48颗二极管单元，提高框架的利用率可节省铜的用量，同时由于采用超薄型塑封体，减少塑封材料使用，从而实现了资源的节约。
由于采用矩阵式框架结构，并配备自动化生产设备，使得半成品的生产效率可以提升2.5倍。
实施例3：
如图11所示，本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：原材料准备：
准备框架、二极管芯片、锡膏和塑封材料；
步骤2装片焊接：
组装采用自动组焊线，将锡膏等焊料分配在框架上，然后吸取并放置二极管芯片9到框架指定的位置，在二极管芯片9的表面分配锡膏，然后把键合跳线11放置在指定的位置，让二极管芯片9与芯片安装面8之间组成专门的连接线路，最后，进行焊接，使得以上部件组成一个整体的线路；
步骤3：超声清洗：
采用超声震荡清洗的方式，去除焊接后的各种残留物以及沾污，使得电路使用过程中不至出现其他的影响；
步骤4：塑封成型：
对焊接后的半成品，采用环氧塑封材料，配合使用MPG模自动压注的方式，完成产品封装；
步骤5：机械去胶道：
去除步骤4中塑封过程中的胶道；
步骤6：后固化：
将半成品放入烤箱内加热并保持恒温一段时间，使塑封料充分固化并消除内应力；
步骤7：表面处理：
去除引线端子表面的氧化层，并覆盖镀层，以防止引线端子氧化，增强器件的耐焊性及增强耐腐蚀性能；
步骤8：切筋弯脚：
按照标准的引导端子规格，切除多于的矩阵框架将一体框架上的多颗产品分离成单颗产品；
步骤9：测试印字：
在印测机上完成电性测试、镭射印字、印字检查、脚型VISION检查、载带封合；
步骤10：包装、入库：
将符合要求的产品放入成品库。
本实施例的工作原理为：采用本工艺方法生产出的光伏旁路二极管包括以下特性：技术特征：正向压降低，常温条件下正向压降小于0.45V。
实现方法：采用150um超薄lowVF SKY芯片。引线端结构集成取消了延伸焊接引线。
数据对比：超薄型光伏二极管VF比原始结构下降了10.5％，功耗同比下降10％。
实施例4：
本发明所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的安装方法，包括以下步骤：
步骤11：根据所需的电压或者电流要求，准备单颗或者多颗薄膜太阳能领域光伏旁路二极管以及光伏发电单元；
步骤12：将薄膜太阳能领域光伏旁路二极管并联在光伏发电单元外部，其中薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的正极对应连接光伏发电单元的正极，薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的负极对应连接光伏发电单元的负极，形成一个整体结构，整体结构的正极和负极分别对应薄膜太阳能领域光伏旁路二极管和光伏发电组件的正极和负极；
步骤13：将步骤12中布置好的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管与光伏发电单元自动组装焊接；
步骤14：将整体结构进行塑封成型，完成安装。
本实施例的工作原理为：采用本实施例的安装方法，简化客户端安装工序，提高生产效率，本品将原始产品中分离的光伏二极管与延长引线集成在一起，取代了客户端元件焊接工序。特性对比如下表所示：
TO-277封装带焊接延长线 超薄型光伏二极管封装
Tj＝147.85"C Tj＝148.83"C
TL＝107"C TL＝118"C
TC＝109"C TC＝93"C
TA＝29"C TA＝29"C
Rthj-A＝98.844"C/W Rthj-A＝81.482"C/W
Rthj-L＝33.973"C/W Rthj-L＝20.964"C/W
Rthj-C＝32.31"C/W Rthj-C＝37.964"C/W
Rthj-a＝67.24"C/W Rthj-a＝57.003"C/W
技术特征：散热不良将导致器件因过热而失效，本发明具有优良的散热性能。
实现方法：1)减薄塑封体厚度至0.8mm；2)增大散热片面积。
数据对比：整体散热能力增强17.6％，器件表面温度下降14.7％。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管及其生产工艺、安装方法，简化客户端安装工序，提高生产效率，解决了现有技术中出现的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，包括二极管本体，其特征在于：所述的二极管本体包括二极管负极引线端(1)和二极管正极引线端(2)，二极管负极引线端(1)和二极管正极引线端(2)之间设有二极管芯片(9)，二极管芯片(9)的上方连接有键合跳线(11)，键合跳线(11)的一端与二极管芯片(9)的上面连接，另一端与二极管正极引线端(2)连接，其中二极管芯片(9)放置在二极管负极引线端(1)上，二极管负极引线端(1)通过二极管芯片(9)和键合跳线(11)与二极管正极引线端(2)连接，二极管芯片(9)的下方设有芯片安装面(8)，二极管芯片(9)安放在芯片安装面(8)上方，二极管芯片(9)底面与芯片安装面(8)结合，二极管芯片(9)的外部设有二极管塑封体(5)，二极管本体的背面与芯片安装面(8)相对应的位置处设有背板散热片(7)。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的二极管负极引线端(1)和二极管正极引线端(2)分别设有第一极性识别通孔(3)和第二极性识别通孔(6)，第一极性识别通孔(3)和第二极性识别通孔(6)的数量不同，二极管负极引线端(1)和二极管正极引线端(2)的上下表面均设有V形防水槽(15)。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的二极管负极引线端(1)上设有防反缺口(4)。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的键合跳线(11)上设有跳线助焊通孔(13)和跳线应力释放孔(14)。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的二极管塑封体(5)与框架之间设有锁胶孔，锁胶孔包括长形锁胶孔(10)和方形锁胶孔(12)，长形锁胶孔(10)和方形锁胶孔(12)采用通孔式。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的二极管芯片(9)采用肖特基光伏芯片。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的二极管塑封体(5)采用薄形封装，边角做圆弧处理，二极管塑封体(5)采用环氧塑封材料。
8.根据权利要求1-7任一所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的光伏旁路二极管还包括框架，框架上设置若干个光伏旁路二极管，框架的上下两侧设有边框(17)，光伏旁路二极管的上下两侧均与上下设置的边框(17)连接，光伏旁路二极管在框架上呈矩阵式均匀排列，多个光伏旁路二极管之间设有支撑筋(18)，支撑筋(18)连通光伏旁路二极管上的正负引线，使得电流通过框架的表面。
9.一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的生产工艺，应用于权利要求1-7任一所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的工艺包括以下步骤：
步骤1：原材料准备：
准备框架、二极管芯片、锡膏和塑封材料；
步骤2装片焊接：
组装采用自动组焊线，将锡膏等焊料分配在框架上，然后吸取并放置二极管芯片(9)到框架指定的位置，在二极管芯片(9)的表面分配锡膏，然后把键合跳线(11)放置在指定的位置，让二极管芯片(9)与芯片安装面(8)之间组成专门的连接线路，最后，进行焊接，使得以上部件组成一个整体的线路；
步骤3：超声清洗：
采用超声震荡清洗的方式，去除焊接后的各种残留物以及沾污，使得电路使用过程中不至出现其他的影响；
步骤4：塑封成型：
对焊接后的半成品，采用环氧塑封材料，配合使用MPG模自动压注的方式，完成产品封装；
步骤5：机械去胶道：
去除步骤4中塑封过程中的胶道；
步骤6：后固化：
将半成品放入烤箱内加热并保持恒温一段时间，使塑封料充分固化并消除内应力；
步骤7：表面处理：
去除引线端子表面的氧化层，并覆盖镀层，以防止引线端子氧化，增强器件的耐焊性及增强耐腐蚀性能；
步骤8：切筋弯脚：
按照标准的引导端子规格，切除多于的矩阵框架将一体框架上的多颗产品分离成单颗产品；
步骤9：测试印字：
在印测机上完成电性测试、镭射印字、印字检查、脚型VISION检查、载带封合；
步骤10：包装、入库：
将符合要求的产品放入成品库。
10.一种薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的安装方法，应用于权利要求1-7任一所述的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
步骤11：根据所需的电压或者电流要求，准备单颗或者多颗薄膜太阳能领域光伏旁路二极管以及光伏发电单元；
步骤12：将薄膜太阳能领域光伏旁路二极管并联在光伏发电单元外部，其中薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的正极对应连接光伏发电单元的正极，薄膜太阳能领域光伏旁路二极管的负极对应连接光伏发电单元的负极，形成一个整体结构，整体结构的正极和负极分别对应薄膜太阳能领域光伏旁路二极管和光伏发电组件的正极和负极；
步骤13：将步骤12中布置好的薄膜太阳能领域光伏旁路二极管与光伏发电单元自动组装焊接；
步骤14：将整体结构进行塑封成型，完成安装。
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