JP2004204257A

JP2004204257A - はんだめっき複合平角導体

Info

Publication number: JP2004204257A
Application number: JP2002371989A
Authority: JP
Inventors: Ryo Matsui; 量松井; Takao Ichikawa; 貴朗市川; Hisashi Kubota; 久窪田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】熱膨張が小さく、耐食性及びはんだ付け性に優れるはんだめっき複合平角導体を提供する。
【解決手段】はんだめっき複合平角導体１は、断面形状が平角形を成した第１の平角導体２と、この第１の平角導体２の外表面に形成される第２の平角導体３と、これらの外面を覆うように形成されためっき層４を備えて構成される。平角導体２は、シリコンウェハの熱膨張係数と同等以下の１０×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有する。平角導体３は５．０μΩ・ｃｍ以下の体積抵抗率を有するために太陽電池の効率低下が防止される。めっき層４は、錫−鉛はんだ、錫−銀−銅はんだ、又は他の鉛フリーはんだが用いられ、更に、めっき層４が設けられていることにより、はんだ付け性が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだめっき複合平角導体に関し、特に、熱膨張が小さく、はんだ付け性に優れ、太陽電池を構成するシリコンウェハの配線パターン部に接続するためのリード線用導体に適したはんだめっき複合平角導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、基板上にシリコン結晶を成長させた半導体チップを用いて構成されている。この種の太陽電池は、一般に、シリコン結晶ウェハの所定の領域に接続用リード線を接合し、この接続用リード線を通して負荷へ発電出力を供給する構成が採用されている。
【０００３】
図２は、太陽電池の構成例を示す。
受光した太陽光を光電変換して電力を発生する太陽電池１０は、シリコン（Ｓｉ）ウェハ１１と、このシリコンウェハ１１の表面の所定の領域にできるだけ面積を制限して形成されたＡｇめっき部１２，１３とを備えて構成されている。Ａｇめっき部１２，１３は発電出力を取り出すための配線パターンであり、このＡｇめっき部１２，１３のそれぞれには、その幅方向の範囲内に納まるようにして接続用リード線１４，１５が接続される。
【０００４】
通常、接続用リード線１４，１５の外表面（外周面）には、ウェハ上のＡｇめっき部１２，１３に接続するためのはんだめっき層が形成される。はんだめっき層の構成材には、他の電気部品において従来より実績のあるＳｎ−Ｐｂ合金系のはんだが使用されてきた。例えば、タフピッチ銅や無酸素銅などの純銅製の平角導体を導体（接続用リード線）に用い、そのはんだめっき層にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
これまで多用されてきたＳｎ−Ｐｂ系はんだは、リード線としての導電性や機械的強度等を保証しつつ、優れたはんだ濡れ性、高い接続強度、あるいは取扱性等によって特徴づけられた有用性の高いめっき材料として知られている。したがって、このＳｎ−Ｐｂ系に代わるはんだめっき材としては、上記した様な諸特性を十分に満たしている必要がある。
【０００６】
しかし、最近では、Ｐｂによる環境への悪影響が懸念されるため、Ｐｂを含まない他のめっき用はんだへの切り換えが検討されている。Ｓｎ−Ｐｂ系に代わるＰｂを含まないめっき材としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、あるいはＳｎ−Ｃｕ系等のはんだが有力視されている。これらのはんだは、太陽電池における接続用リード線の接合のためのめっき層の構成材としてだけでなく、様々な電気部品における接続要素としての活用が期待されている。例えば、導体に銅条を用い、そのめっき層として、Ｓｎを主要な成分とすると共に所定のＰを含む組成のフリーはんだを用いた接続用リード線がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ところで、太陽電池を構成する部材のうちで材料コストの大半を占めるのが、シリコンウェハである。そのため、シリコンウェハの薄板化が検討されている。
しかし、シリコンウェハを薄板化した場合、接続用リード線の接合時の加熱プロセスや使用時の温度変化によって、シリコンウェハが破損することがある。これに対処するため、熱膨張の小さい接続用リード線のニーズが高まっている。
【０００８】
熱膨張を考慮したリード線の構成例として、クラッド金属で形成したものがある。このリード線は、体積抵抗率が小さく熱膨張係数が大きい銅の層と、この銅層の両面に体積抵抗率が大きく熱膨張係数の小さいＦｅ−Ｎｉ（鉄−ニッケル）合金の層を積層し、リード線接合部に要求される応力緩衝の機能とリード線としての強度を備える平角導体としている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００９】
また、太陽電池における可撓性のリードフレームを「銅−インバー（Ｆｅ−Ｎｉ（３６％））−銅（クラッド−インバー）」により構成した例がある（例えば、特許文献５参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２１６６０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２６３８８０号公報
【特許文献３】
特開２００２−２９９００９号公報
【特許文献４】
特開平８−２３２０４９号公報
【特許文献５】
特開２００２−１６４５６０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の平角導体によると、クラッド材を適用した特許文献３，４の構成では、側面（積層状態が露出する面）の「銅−Ｆｅ−Ｎｉ−銅」接合部が水分に晒されることによって局部電池化し、これによって腐食する恐れがある。また、はんだ付け性にも劣る。更に、特許文献５の構成では、リードフレームの打ち抜きが回路形成時に行われるため、無駄になる材料が大量に生じるという問題がある。このため、薄板化したシリコンウェハに接続されるリード線は、熱膨張が小さいだけでなく、耐食性及びはんだ付け性を有する必要がある。また、生産コストの低減も求められている。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、熱膨張が小さく耐食性に優れ、生産コストの低減、及びはんだ付け性の向上が可能なはんだめっき複合平角導体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１の特徴として、１０×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有し、断面形状が平角形を成した第１の平角導体と、５．０μΩ・ｃｍ以下の体積抵抗率を有すると共に断面形状が平角形を成し、前記第１の平角導体の両面に形成された第２の平角導体と、前記第１及び第２の平角導体により形成された導体の外表面に形成されるめっき層とを備えることを特徴とするはんだめっき複合平角導体を提供する。
【００１４】
この構成によれば、第１の平角導体は、その熱膨張係数がシリコンと同等以下である１０×１０^-6／℃以下にしたことで、薄板化した太陽電池用のシリコンウェハの接続用リード線に用いた場合でも、シリコンウェハを破損する恐れはなくなる。そして、第２の平角導体の体積抵抗率を５．０μΩ・ｃｍ以下にしたことで、十分な導電性が得られるために太陽電池の効率低下が防止される。更に、第１の平角導体及び第２の平角導体の外面に形成されためっき層は、はんだ付け性を向上させると共に第１，第２の平角導体に対する耐蝕性を向上させることができる。
【００１５】
更に、本発明は、上記の目的を達成するため、第２の特徴として、鉄−ニッケル合金が用いられ、断面形状が平角形を成すように加工された第１の平角導体と、銅、銀、金、アルミニウムの何れかの金属、又は前記何れかの金属を主成分とする合金が用いられ、平角形の断面形状にして前記第１の平角導体の両面に設けられた第２の平角導体と、錫−鉛はんだ、錫−銀−銅はんだ、又は他の鉛フリーはんだが用いられ、前記第１及び第２の平角導体により形成された導体の外表面に形成されためっき層とを備えることを特徴とするはんだめっき複合平角導体を提供する。
【００１６】
この構成によれば、第１の平角導体に鉄−ニッケル合金を用いたことにより、第１の平角導体の熱膨張係数を小さくすることができ、第２の平角導体により所望の体積抵抗率が得られるため、導電性を損なうことがない。更に、はんだによるめっき層を設けたことにより、接続時のはんだ付け性及び各平角導体に対する耐蝕性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明のはんだめっき複合平角導体を示す。
本発明に係るはんだめっき複合平角導体１は、第１の平角導体２、第２の平角導体３、及びめっき層４を備えて構成されている。第１の平角導体２は、熱膨張係数の小さいＦｅ−Ｎｉ合金等を用いて作製され、その形状は長角形を成している。この第１の平角導体２の両面に第２の平角導体３が設けられる。第２の平角導体３には、体積抵抗率の小さい銅、銀、アルミニウム等の金属、又はこれら金属を主成分とする合金が用いられる。めっき層４は、第１，第２の平角導体２，３の露出面（図１の左右の側面及び第２の平角導体３の上下面）に設けられためっき層４を備えて構成されている。第１の平角導体２、第２の平角導体３、及びめっき層４の相互間の厚みの関係（以下、板厚比という）は、後述するように、１：１：１の比にするのが最適である。
【００１８】
第１の平角導体２には、熱膨張係数の小さい金属、具体的には鉄−ニッケル合金が用いられ、その熱膨張係数が１０×１０^-6／℃以下のものを選んでいる。その理由は、２０℃のシリコン（図２のシリコンウェハ１１）の熱膨張係数（９．６×１０^-6／℃）と同等以下にするためである。
【００１９】
第２の平角導体３には、所望の導電特性が得られるように、体積抵抗率の小さい銅、銀、アルミニウム等の金属、又はこれら金属を主成分とする合金を用いている。そして、その体積抵抗率は、太陽電池の効率が低下しないように、５．０μΩ・ｃｍ以下にしている。
【００２０】
更に、めっき層４には、「錫−鉛」はんだ、「錫−銀−銅」を主成分とする鉛フリーはんだ、又は他の鉛フリーはんだが用いられる。これらの錫−鉛はんだめっき、錫−銀−銅、その他の鉛フリーはんだめっきは、溶融めっきや電解めっきなどの方法により形成することができる。
【００２１】
以上のように、本発明に係る実施の形態は、第１の平角導体２に熱膨張係数の小さい合金（鉄−ニッケル合金等）を用い、その熱膨張係数を１０×１０^-6／℃以下としたことにより熱膨張を小さくでき、熱膨張に起因するシリコンウェハの破損の発生を防止することができる。更に、第２の平角導体３に体積抵抗率の小さい金属又は合金（銅、銀、金、アルミニウム、又はそのいずれか１つ以上を含む合金）を用いたことにより、太陽電池の効率を低下させることがない。そして、めっき層４を設けたことにより、はんだ付け性（図２の太陽電池１０のＡｇめっき部１２，１３に対する）が向上し、更に、平角導体２，３の側面の接合部を保護するため、水分に起因して平角導体２，３の接合部に局部電池が発生するのを防止することができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明に係るはんだめっき複合平角導体の実施例について説明する。
〔実施例１〕
図１に示す構造のはんだめっき複合平角導体１において、第１の平角導体２にはＦｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉを、第２の平角導体３にはＣｕ（銅）を採用し、表１に示す構成の材料を作製した。なお、比較例（三例とも同一値）は、実施例１，２と同じ形状（図１の第１及び第２の平角導体を一体化した形状）のはんだめっき平角導体をＣｕにより作製したものである。また、各表における参考（三例とも同一値）は、Ｓｉ及びＦｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉの熱膨張係数及び体積抵抗率である。
【００２３】
【表１】

【００２４】
〔実施例２〕
図１に示す構造のはんだめっき複合平角導体において、第１の平角導体２にＦｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉ、第２の平角導体３にＡｇ（銀）を採用し、表２に示す構成の材料を作製した。
【００２５】
【表２】

【００２６】
〔実施例３〕
図１に示す構造のはんだめっき複合平角導体において、第１の平角導体２にＦｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉ、第２の平角導体３にＡｌ（アルミニウム）を採用し、表３に示す構成の材料を作製した。
【００２７】
【表３】

【００２８】
本発明の実施例１〜３によれば、表１〜表３から明らかなように、第２の平角導体３の材料をＣｕ、Ａｇ、Ａｌと代えても、熱膨張係数は比較例に比べ、板厚比によらず小さい値が得られるが、板厚比が１：２：１のときに最も良い結果が得られる。また、体積抵抗率は、第２の平角導体３にＡｇを用い、板厚比を２：１：２としたときに最良の結果が得られた。熱膨張係数のみのデータでは、板厚比を１：２：１としたときに最も良い結果になるが、体積抵抗率は最も悪い結果となっている。したがって、シリコンの熱膨張係数と同等以下の熱膨張係数が得られ、かつ適度の体積抵抗率が得られる材料としては、各実施例において、板厚比１：１：１の構成が最適といえる。
【００２９】
上記実施の形態においては、はんだめっき複合平角導体を太陽電池の接続用リード線への適用について説明したが、本発明は太陽電池の接続用リード線に限定されるものではなく、熱膨張係数、更には体積抵抗率を考慮する必要のある他の用途のリード線に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のはんだめっき複合平角導体によれば、１０×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有する平角形の第１の平角導体と、この第１の平角導体の両面に設けられると共に５．０μΩ・ｃｍ以下の体積抵抗率を有する第２の平角導体と、これら平角導体の外表面に設けられためっき層とを備える構成にしたので、第１の平角導体により必要な熱膨張係数が得られ、第２の平角導体により太陽電池の効率低下が防止され、めっき層によりはんだ付け性及び耐蝕性を向上できる。したがって、熱膨張係数が小さく、かつ、はんだ付け性及び耐蝕性に優れたはんだめっき複合平角導体を得ることができる。この結果、太陽電池の接続用リード線に用いた場合でも、シリコンウェハが薄板化された場合でも破損を招かず、はんだ付け性及び耐蝕性を向上させることができる。
【００３１】
また、本発明のはんだめっき複合平角導体によれば、鉄−ニッケル合金による第１の平角導体と、銅、銀、金、アルミニウムの何れかの金属、又は前記何れかの金属を主成分とする合金による第２の平角導体と、これらの外面に形成されためっき層とを備える構成にしたので、熱膨張係数が小さく、かつ、はんだ付け性及び耐蝕性に優れたはんだめっき複合平角導体を得ることができる。この結果、太陽電池の接続用リード線に用いた場合でも、シリコンウェハが薄板化された場合でも破損を招かず、はんだ付け性及び耐蝕性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のはんだめっき複合平角導体を示す断面図である。
【図２】太陽電池の概略構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１はんだめっき複合平角導体
２第１の平角導体
３第２の平角導体
４めっき層
１０太陽電池
１１シリコンウェハ
１２，１３Ａｇめっき部
１４，１５接続用リード線

Claims

１０×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有し、断面形状が平角形を成した第１の平角導体と、
５．０μΩ・ｃｍ以下の体積抵抗率を有すると共に断面形状が平角形を成し、前記第１の平角導体の両面に形成された第２の平角導体と、
前記第１及び第２の平角導体により形成された導体の外表面に形成されるめっき層とを備えることを特徴とするはんだめっき複合平角導体。
鉄−ニッケル合金が用いられ、断面形状が平角形を成すように加工された第１の平角導体と、
銅、銀、金、アルミニウムの何れかの金属、又は前記何れかの金属を主成分とする合金が用いられ、平角形の断面形状にして前記第１の平角導体の両面に設けられた第２の平角導体と、
錫−鉛はんだ、錫−銀−銅はんだ、又は他の鉛フリーはんだが用いられ、前記第１及び第２の平角導体により形成された導体の外表面に形成されためっき層とを備えることを特徴とするはんだめっき複合平角導体。