DE102004010115A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung aus einzelnen diskreten Halbleiterbauelementen und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleiterschaltungen - Google Patents
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Abstract
1)
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung, dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen diskreten Halbleiterbauelemente so auf einen
Träger
geklebt werden, dass die zu verschaltenden Metallkontakte der entsprechenden
p-leitenden und n-leitenden Bereiche aneinander angrenzen und die
Metallkontakte zugänglich
gemacht werden können,
und dass auf der dem Träger abgewandten Seite die nicht freizugänglichen Metallkontakte mit einem Laser und/oder oder einer Säge und/oder chemisch durch reaktives Jonenätzen oder einem anderen entsprechenden Verfahren freigelegt werden, und dass die benachbarten Metallkontakte von p- und n-leitenden Bereichen der einzelnen Bauelemente entsprechend dem gewählten Verschaltungsmuster mit einem elektrisch leitenden Kleber oder anderen Mitteln verbunden werden.
und dass auf der dem Träger abgewandten Seite die nicht freizugänglichen Metallkontakte mit einem Laser und/oder oder einer Säge und/oder chemisch durch reaktives Jonenätzen oder einem anderen entsprechenden Verfahren freigelegt werden, und dass die benachbarten Metallkontakte von p- und n-leitenden Bereichen der einzelnen Bauelemente entsprechend dem gewählten Verschaltungsmuster mit einem elektrisch leitenden Kleber oder anderen Mitteln verbunden werden.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verschaltung einzelner, diskreter, elektrischer Halbleiterbauelemente. Insbesondere kann es sich hierbei um Dünnschichtsolarzellen oder auch um Solarzellen, die auf Siliziumscheiben basieren, handeln.
- Die Verschaltung von Halbleiterbauelementen, die sich auf einzelnen diskreten Siliziumschichten befinden ist für dünne Schichten von 1 μm – 150 μm nicht mit konventionellen Verfahren, wie z.B. Verlöten, wegen der dabei auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen, möglich.
- Bauelemente dieser Dicke wurden bisher nur integriert verschaltet (siehe WO 02/082558 Seite 3 ff). Dabei bleibt die Modulgröße auf die Substratgröße beschränkt. Um nun Module größerer Leistung herzustellen, müssen die einzelnen Module (wie z. B die integrierten Module aus WO 02/082558) miteinander verschaltet werden. Dies kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschehen.
- Mit der Möglichkeit zur Herstellung von Schichten mit immer größeren Flächen auf kostengünstige Art ändern sich auch die Anwendungsbereiche der hieraus hergestellten Halbleiterbauelemente. Im Falle von Solarzellen kann man sich die Substitution der dicken Scheibensolarzellen durch sehr dünne Scheiben (< 150 μm, das ist inzwischen technisch möglich) oder dünner Schichten (< 150 μm, z.B. erzeugt durch Schichttransfertechniken) vorstellen. Damit wird die Verschaltung von einzelnen diskreten, sehr dünnen, großflächigen Halbleiterbauelementen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendig. Allerdings können auch dicke Siliziumscheiben (> 150 μm) auf diese Art monolithisch, dass heißt mehrere Solarzellen gleichzeitig, zu einem Modul verschaltet werden.
- Stand der Technik
- Die Verschaltung von einzelnen diskreten dünnen (150 μm) Bauelementen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist neu. Aus der Literatur bekannte Verfahren zur Verschaltung einzelner diskreten Halbleiterbauelemente können grob in zwei Gruppen eingeteilt werden:
Zum einen das Verlöten der Bauelemente. Dabei werden elektrische Halbleiterbauelemente, die auf relativ dicken Halbleiterscheiben basieren im Allgemeinen unter Verwendung eines Metallstreifens, der den n-leitenden Bereich des einen Bauelements mit dem p-leitenden Bereich des anderen Bauelements verbindet, verlötet
Zum anderen das Anordnen und Fixieren einseitig kontaktierter Bauelemente auf einer mit einer elektrischen Schaltung (Leiterbahnen) versehenen Unterlage, dem sog. Back Sheet (z. B.US 005951786 A undUS 6384317 B1 ). - All diese Verfahren können nicht für Halbleiterbauelemente, die auf Schichttransfertechniken basieren, angewendet werden. Das Verlöten zerstört die dünnen Schichten aufgrund mechanischer Beanspruchung. Zudem können die dünnen Schichten nicht auf einem mit einer elektrischen Schaltung versehenen spg. Back Sheet verbunden werden, da die Kontaktbereiche der Bauelemente direkt nach dem Ablösen der zu transferierenden Schicht vom Muttersubstrat gar nicht oder nur teilweise frei zugänglich sind. Der Transfer der Schichten auf einen temporären Träger hätte den Nachteil einen zusätzlichen Prozessschritt notwendig zu machen und es erhöht die Ausfallquote.
- Da die Halbleiterscheiben, insbesondere Siliziumscheiben, für die Herstellung von Solarzellen aus Kostengründen auch immer dünner und größer werden, muss hier ebenso ein neues Verfahren zur Verschaltung gefunden werden, Hier kann dann dasselbe erfindungsgemäße Verfahren wie für die Halbleiterbauelemente, bzw. Solarzellen basierend auf Schichttransfertechniken angewendet werden.
- Allerdings eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Verschaltung konventionell hergestellter Halbleiterbauelemente.
- Die erfindungsgemäße Verschaltung erlaubt eine einseitige Herstellung der Bauelemente und ihrer Verschaltung und ist damit vorteilhafter, verglichen mit konventionellen Verschaltungen, die von beiden Seiten der Scheiben angreifen. Die einseitige Prozessierung der Bauelemente erlaubt ein stark reduziertes Handling und eine erhöhte Ausbeute und damit die Möglichkeit verschaltete Halbleiterbauelemente kostengünstiger herzustellen.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verschaltung ist, dass die Bauelemente so eng nebeneinander angeordnet werden müssen, dass sie sich berühren. Damit ergibt sich verglichen mit Methoden die einen größeren Abstand zwischen den zu verschaltenden Bauelementen benötigen, eine höhere Leistung pro Modulfläche.
- Aufgabe der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gleichermaßen für die Verschaltung von Halbleiterbauelementen basierend auf Schichttransfertechniken wie auch für solche basierend auf Halbleiterscheiben.
- Die vorliegenden Erfindung zeigt die Verschaltung elektrischen Halbleiterbauelemente, die auf einem Hilfssubstrat angebracht sind, insbesondere seriell oder parallel. Hierbei sind die zunächst unzugänglichen Metallkontakte freizulegen in einer kostengünstigen und monolithischen (das heißt bei vielen Bauelementen gleichzeitigen ) Art und Weise, um sie dann anschließend kostengünstig und monolithisch entsprechend der gewählten Schaltung zu verbinden.
- Im Gegensatz zu den integriert zu verschaltenden Dünnschichtzellen sind die hier betrachteten Bauelemente im Basis- wie im Emitterbereich bereits vor der Verschaltung getrennt, so dass zur Verschaltung der Halbleiterbauelemente nur die Kontakte freigelegt werden müssen und dann die Kontakte der einzelnen diskreten Bauelemente nach einem ausgewählten Muster insbesondere aber in Serie und parallel verbunden werden, ohne dass eines der beiden Bauelemente kurzgeschlossen wird.
- Die zu lösenden Probleme sind also:
- 1. Gleichzeitig in einem Schritt p- und n-dotierte Bereich mehrerer einzelner diskreter Bauelemente nach beliebigem Muster insbesondere aber in Serie oder parallel verschalten.
- 2. Eventuelle Kurzschlüsse zu beseitigen
- Um die Aufgabe zu lösen wird folgendes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung mit mehreren aneinander angeschlossenen aktiven und/oder passiven Halbleiterbauelementen auf einem Hilfssubstrat vorgesehen:
- a) Mehrere einseitig (siehe
1 ) oder beidseitig (2 ) kontaktierte elektrische Bauelemente mit einem kontaktierten p-leitenden und einem kontaktierten n-leitenden Bereich, deren zu verschaltenden Metallkontakte an einer Kante des Bauelements liegen, werden mit einem Klebstoff (5 ) auf einem Hilfssubstrat (6 ) angebracht oder mit einem Klebstoff versehen, der selbst das Hilfssubstrat bildet. (Die Art der Kontaktierung des Bauelements selbst kann beliebig sein.) - b) Die zu verschaltenden Metallkontakte, d.h. n-leitender Bereich
(
2 ) mit p-leitendem Bereich (1 ) des benachbarten Bauelements, der so angebrachten elektrischen Halbleiterbauelemente werden von der nicht dem Hilfssubstrat zugewandten Seite freigelegt. Das heißt, es werden Bereiche der Struktur bis zu den zu verschaltenden Metallkontakte entfernt. Dazu kann z.B. das Verfahren aus WO 02/082558 angewendet werden (mechanisch mit einem Laser oder einer Säge und chemisch durch reaktives Jonenätzen). - c) Die beiden benachbarten zu verschaltenden Metallkontakte
werden mit frei wählbaren
Technologien wie leitfähigem
Kleber (
8 ) oder anderen mit dem übrigen Prozess kompatiblen elektrischen Verbinder, verbunden. - d) Falls der Kleber mit Schichten unterschiedlicher Polarität in Berührung kommt
oder kommen könnte
(was zum Kurzschluss des Bauelementes führen würde), kann durch einen Trenngaben
(
7 ) in unmittelbarer Nähe der Berührungsstelle Kleber-Schicht der kurzgeschlossene Teil der betroffenen Schicht vom Rest des Bauelementes elektrisch getrennt werden. -
- 1
- Basiskontakt
- 2
- Emitterkontakt
- 3
- p-leitend: Basis
- 4
- n-leitend: Emitter
- 5
- Elektrisch isolierender Kleber
- 6
- Hilfssubstrat/Träger
- 7
- Trennschnitte
- 8
- Leitfähiger Kleber
Claims (4)
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbauelemente Solarzellen
sind.
Verfahren zur Herstellung von verschalteten Halbleiterbauelementen
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Leiter-, bzw.
Halbleiterschichten in unmittelbaren Nähe des Klebers, deren Berührung durch
den Kleber zu einem Kurzschluss des Bauelementes führen würde, durch
einen Trenngraben in der Nähe
der möglichen
Berührungsstelle Kleber-Schicht
vom Rest des Bauelementes elektrisch getrennt werden.
Halbleiterschaltungen, gekennzeichnet dadurch, dass sie nach
einem Verfahren der Ansprüche 1,
2 oder 3 hergestellt wurden.
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2004
- 2004-02-27 DE DE200410010115 patent/DE102004010115A1/de not_active Ceased
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