CN203774336U - 表贴式薄型高可靠隔离二极管组件的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种表贴式薄型高可靠隔离二极管组件。组件可以含有单个隔离二极管，也可以含有多个隔离二极管通过串、并联方式连接。整个组件包括二极管，粘合层，热控涂层和底层衬底层，此外还专门引入中间绝缘层，以提高组件的电学和机械性能的可靠性。采用上述新型结构的组件，能提高组件的高温适应性（≥120℃），提高组件的承压能力（≥30kPa），提高组件的耐反偏电压水平（≥400V），还能实现组件薄型化，以与高转换效率且抗辐射性能优越的薄型太阳电池匹配，提高太阳电池阵的平面度。组件在各种环境中的适应性强，能够应用到空间飞行器大功率刚性或柔性太阳电池翼上，也可以应用到大型地面光伏电站当中。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源及太阳电池领域的研究，涉及一种表面贴装式薄型高可靠隔离二极管组件，具体涉及隔离二极管组件封装结构及其材料等方面的内容。
背景技术
隔离二极管组件安装于太阳电池电路正极终端与电池阵母线之间，起到避免电池串消耗电池阵输出功率和防止电池阵子阵短路的作用。
传统的半导体器件封装一般采用热辐射能力较差的陶瓷等材料，导致器件的热辐射系数非常低，很难将功耗引起的热量充分释放。因此在太阳电池阵的受光面上隔离二极管仍然存在着结温过高导致的老化甚至实效风险，特别是当太阳电池阵的输出功率较大时更是如此。此外，目前的商用片状整流二极管的厚度与抗辐照能力优异的超薄型叠层太阳电池片厚度难以匹配，导致电池阵表面的厚度均匀性差，这样在电池阵收拢工况下容易造成严重的机械损伤。
本实用新型，表贴式薄型高可靠隔离二极管组件的问世将为大功率电池阵电池电路的安全设计提供了条件，特别适合于抗辐射性能优异的薄型长寿命太阳电池阵。另外，本实用新型可以在-100℃~+120℃的极限温度内工作，大大提高了应用范围，潜在的市场包括航空航天领域的能源系统，地面野战部队的能源系统以及地面大型光伏电站，为国防和民用光伏市场作出贡献。
实用新型内容
本实用新型解决的问题是现有太阳电池阵的受光面上隔离二极管结温过高；为解决所述问题，本实用新型提供一种表贴式隔离二极管组件。
本实用新型提供的表贴式隔离二极管组件包括：二极管，热控涂层，中间绝缘层，背面衬底层，引线；所述隔离二极管下表面粘合于背面衬底层表面；所述隔离二极管侧面粘合中间绝缘层；所述隔离二极管上表面粘合热控涂层；所述各层中间通过粘合层粘合；所述隔离二极管上表面焊接第一引线的一端，所述第一引线的另一端穿过粘合层裸露；所述隔离二极管下表面焊接第二引线的一端，所述第二引线的另一端穿过粘合层裸露。
进一步，中间绝缘层的材料是聚酰亚胺膜或环氧树脂膜或氟树脂材料，厚度小于200μm，边长大于20mm，中心腔体边长小于8mm。
进一步，所述二极管选用整流二极管。
进一步，所述二极管的厚度不大于所述中间绝缘层的厚度。
进一步，所述粘合层的材料为EVA膜或硅树脂或环氧树脂。
进一步，背面衬底层的材料是聚酰亚胺膜或聚氨酯薄膜时，厚度不大于50μm；背面衬底层的材料是玻璃纤维增强的环氧、酚醛或者硅树脂层时，厚度大于1mm。
进一步，所述热控涂层背离中间绝缘层的表面具有防静电的ITO导电膜，对于二次表面镜型热控涂层，金属层位于涂层下表面，金属层的材料是铝或银；热控涂层的边长大于20mm，且与中间绝缘层大小相同。
进一步，所述第一引线、第二引线靠近裸露的一端形成减应力环，所述第一引线、第二引线的材料是钼镀银复合材料，所述第一引线、第二引线的厚度不大于25μm，宽度不大于5mm，减应力环内径大于0.1mm。
进一步，本实用新型提供的隔离二极管组件还可以包含至少两个相互串联或者并联的，且相互隔离的二极管。
本实用新型的优点包括：
选用具有耐反向高压的特种整流二极管来实现隔离二极管组件的耐反向偏压能力，这种二极管不仅耐400V以上反向电压，而且厚度极薄，小于0.2mm；通过选用具有低吸收发射比热控涂层作为组件的主散热窗口来实现组件的耐高温性能，提高了组件的散热效率，解决了当前的隔离二极管难以直接应用到太阳电池阵受光面上的问题，同时，组件的大尺寸和薄型化特点保证了结壳热阻小于30℃/W，解决了当前的隔离二极管封装后的结壳热阻较大的问题，确保芯片工作在适当的温度范围，有利于隔离二极管组件延长使用寿命；通过引入中间绝缘层结构作为组件结构基础以提高组件的可靠性，一方面隔离了组件的正、负极引线端，提高了电学可靠性，另一方面作为组件结构基础，提高了组件的承压能力（大于30kPa）等机械性能。
另外，本实用新型的厚度不大于0.35mm，非常匹配具有28%以上转换效率、抗辐射能力强的高性能太阳电池片，有利于提高电池阵的平面度；本实用新型可以串并联连接，以满足各功率水平的太阳电池阵安全防护能力。
附图说明
图1 为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件俯视图（热控涂层未显示）；
图2 为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件截面图（视角垂直于引线，截面经过二极管）；
图3 为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件的并联示意图（热控涂层未显示）；
图4 为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件的串联示意图（热控涂层未显示）；
图5为本实用新型实施例所提供的集成式隔离二极管组件俯视图（热控涂层未显示）；
图6 为本实用新型实施例所提供的集成式隔离二极管组件截面图（视角平行于引线，截面通过二极管）；
图7 为本实用新型实施例所提供的集成式隔离二极管组件的串联示意图（热控涂层未显示）；
图8 为本实用新型实施例所提供的隔离二极管组件与电池电路的连接示意图；
图9 为本实用新型实施例所提供的隔离二极管组件与汇流条的连接示意图 ；
图10 为本实用新型实施例所提供的隔离二极管组件在电池电路中的安装位置（图中标出了单个电池串的正负极）示意图。
具体实施方式
下面根据不同的组件种类结合附图对本实用新型进行进一步说明，阐述不同种类隔离二极管组件的实施方法。
图1、图2分别给出了本实用新型提供的隔离二极管组件的俯视图和截面图，如图所示，本实用新型提供的表贴式隔离二极管组件包括：二极管103，热控涂层106，中间绝缘层101，背面衬底层105，引线102；所述隔离二极管下表面粘合于背面衬底层105表面；所述隔离二极管侧面粘合中间绝缘层101；所述隔离二极管上表面粘合热控涂层106；所述各层中间通过粘合层104粘合；所述隔离二极管上表面焊接第一引线102的一端，所述第一引线102的另一端穿过粘合层裸露；所述隔离二极管下表面焊接第二引线的一端，所述第二引线的另一端穿过粘合层裸露。
其中，所述中间绝缘层101的材料可以是聚酰亚胺膜，也可以是环氧树脂膜或氟树脂材料等。厚度小于200μm，边长大于20mm，中心腔体边长小于8mm，能够在-100℃～＋120℃温度范围内，击穿电压大于30kV，吸水性小于19mg。
所述粘合层104的材料可以是EVA膜或硅树脂以及环氧树脂，粘合层应为热固性的，可以通过热滚压方式进行固化。在-100℃～＋120℃之间可长时间工作，不发生脆化，并且与热控涂层、中间绝缘层和背面衬底层结合牢固，厚度控制在20μm～40μm范围内。中间绝缘层以及二极管与热控涂层之间的粘合层的导热系数大于0.7 。
所述背面衬底层105的材料可以是聚酰亚胺膜，也可以是聚氨酯薄膜，厚度不大于50μm。还可以是玻璃纤维增强的环氧、酚醛或者硅树脂层压板，厚度大于1mm。
二极管103的厚度不大于中间绝缘层101的厚度，边长不大于6mm。二极管的发射区位于下表面，正负电极位于上下表面，与引线之间的焊接牢固度大于0.83N/cm2。
热控涂层106的背离中间绝缘层的表面可以具有防静电的ITO导电膜，对于二次表面镜型热控涂层，金属层位于涂层下表面，可以是铝或银。热控涂层的边长大于20mm，且与中间绝缘层101大小相同。
所述第一引线102和第二引线的材料是钼镀银复合材料，其厚度不大于25μm，宽度不大于5mm，减应力环内径大于0.8mm。
图3为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件的并联示意图；图4 为本实用新型实施例所提供的分离式隔离二极管组件的串联示意图。如图3所示，并联的两个隔离二极管组件的极性方向一致，间距可根据太阳电池的边长适当调整。在本实用新型的其他实施里中，并联的隔离二极管组件数目可根据电池电路的额定输出电流与隔离二极管组件的额定整流电流值的比值确定。
如图4所示，分离式隔离二极管组件串联时，两个隔离二极管组件的极性方向一致，串联的隔离二极管组件数目可根据电池阵额定输出电压与隔离二极管组件反向工作电压的比值确定。
图5说明了含有两个并联式隔离二极管组件的集成式组合体的俯视图，截面图如图6所示。中间绝缘层501和热控涂层506的大小一致，长大于40mm，宽大于20mm。隔离二极管间距大于4mm，极性方向一致。粘合层502，隔离二极管503，引线504和背面衬底层505与分离式隔离二极管组件中的要求一致。
图7说明了集成式隔离二极管组件的串联形式。701为中间绝缘层，702为组件引线。两个隔离二极管组件的极性方向一致，串联组件的数目可根据电池阵额定输出电压与隔离二极管反向工作电压的比值确定。
图8说明了隔离二极管组件与太阳电池单片之间的连接方式，适用于分离式与集成式的隔离二极管组件。被高强玻璃保护的叠层太阳电池片801与二极管组件的间距大于2mm，引线802的凸形分压环内径大于0.1mm，凹形槽宽大于0.8mm，引线高度不大于隔离二极管组件的厚度。
图9说明隔离二极管组件与电池阵汇流条901之间的连接方式，适用于分离式以及集成式隔离二极管组件。引线902的减应力环内径大于0.1mm，高度不大于隔离二极管组件的厚度。汇流条901与隔离二极管组件的间距大于1mm。
图10说明了隔离二极管组件1001在太阳电池阵电池电路1002中的安装位置，即在电池串的正极末端与汇流条之间，安装位置适用于所有形式的隔离二极管组件。
Claims (9)
1.一种表贴式隔离二极管组件，其特征在于，包括：二极管，热控涂层，中间绝缘层，背面衬底层，引线；所述隔离二极管下表面粘合于背面衬底层表面；所述隔离二极管侧面粘合中间绝缘层；所述隔离二极管上表面粘合热控涂层；所述各层中间通过粘合层粘合；所述隔离二极管上表面焊接第一引线的一端，所述第一引线的另一端穿过粘合层裸露；所述隔离二极管下表面焊接第二引线的一端，所述第二引线的另一端穿过粘合层裸露。
2.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，所述二极管选用整流二极管。
3.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，中间绝缘层的材料是聚酰亚胺膜或环氧树脂膜或氟树脂材料，厚度小于200μm，边长大于20mm，中心腔体边长小于8mm。
4.依权利要求3所述的隔离二极管组件，其特征在于，所述二极管的厚度不大于所述中间绝缘层的厚度。
5.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，所述粘合层的材料为EVA膜或硅树脂或环氧树脂。
6.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，背面衬底层的材料是聚酰亚胺膜或聚氨酯薄膜时，厚度不大于50μm；背面衬底层的材料是玻璃纤维增强的环氧、酚醛或者硅树脂层时，厚度大于1mm。
7.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，所述热控涂层背离中间绝缘层的表面具有防静电的ITO导电膜，对于二次表面镜型热控涂层，金属层位于涂层下表面，金属层的材料是铝或银；热控涂层的边长大于20mm，且与中间绝缘层大小相同。
8.依权利要求1所述的隔离二极管组件，其特征在于，所述第一引线、第二引线靠近裸露的一端形成减应力环，所述第一引线、第二引线的材料是钼镀银复合材料，所述第一引线、第二引线的厚度不大于25μm，宽度不大于5mm，减应力环内径大于0.1mm。
9.权利要求1至7中任意一个所提供的隔离二极管组件，其特征在于，包含至少两个相互串联或者并联的，且相互隔离的二极管。
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