JP2004311671A - 半被覆ダイオードと太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱作用を保持しつつ、機械的衝撃に強く、実装時の位置決めが容易なダイオードを得る。
【解決手段】平板状のＮ側リード端子１１の表面に、ダイオードチップ１のＮ型半導体の電極面を接続し、Ｎ側リード端子の一部分を裏面側に折り曲げ、Ｐ側リード端子１３に、ダイオードチップのＰ型半導体の電極面を接続し、前記Ｐ側リード端子の他方端部をＮ側リード端子の一部分と同方向に折り曲げ、ダイオードチップを樹脂で被覆１５したものであり、被覆の平面方向範囲はダイオードチップの周囲２ａ、２ｂを越え、Ｎ側リード端子の折り曲げ部直前、かつ、前記Ｐ側リード端子の折り曲げ部直前までの一定範囲であり、また、被覆の縦方向範囲は、Ｐ側リード端子の表面より一定距離上方からＮ側リード端子裏面と同一面までの範囲である半被覆ダイオード。
【選択図】 図４
【解決手段】平板状のＮ側リード端子１１の表面に、ダイオードチップ１のＮ型半導体の電極面を接続し、Ｎ側リード端子の一部分を裏面側に折り曲げ、Ｐ側リード端子１３に、ダイオードチップのＰ型半導体の電極面を接続し、前記Ｐ側リード端子の他方端部をＮ側リード端子の一部分と同方向に折り曲げ、ダイオードチップを樹脂で被覆１５したものであり、被覆の平面方向範囲はダイオードチップの周囲２ａ、２ｂを越え、Ｎ側リード端子の折り曲げ部直前、かつ、前記Ｐ側リード端子の折り曲げ部直前までの一定範囲であり、また、被覆の縦方向範囲は、Ｐ側リード端子の表面より一定距離上方からＮ側リード端子裏面と同一面までの範囲である半被覆ダイオード。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリード端子を設けたダイオードと、太陽電池モジュールを相互に接続する際に使用する端子ボックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池システムは、通常、複数の太陽電池モジュールを直列又は並列に接続して構成される。この接続にあたり、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極間に逆流防止用バイパスダイオードが使用される。
【０００３】
従来の逆流防止用バイパスダイオードは、ｐｎ接合のダイオードチップとダイオードチップに接続されたピン状のリード端子からなりダイオードチップ部分が樹脂で被覆されている（以下、パッケージダイオードという）。
また、図１に示す、ｐｎ接合チップとリード端子が開放状態のダイオードも使用されている（以下、ベアチップダイオードという）。図１中（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図中、１はダイオードチップである。ダイオードチップ１にＮ側リード端子９１とＰ側リード端子９３が半田付けされている。９２はＮ側リード端子９１に開けられた位置決め用の穴である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ダイオードに通電すると発熱する。パッケージダイオードは、ダイオードチップが樹脂で被覆されており熱を放熱することが困難である。また、リード端子がピン状であるため熱伝導性が悪く、リード端子を伝導しての放熱も困難である。このため、ダイオードの耐久性が悪くなる問題点がある。
【０００５】
一方、ベアチップダイオードは機械的な衝撃に弱く、実装前、実装中、さらには、他の部品の実装や水密にするための樹脂充填など実装後の取り扱いに注意が必要である。また、リード端子が平板状であるために位置決めが困難である。この点を解決するために、位置決め用の穴９２が設けられてはいるが、上記取り扱いの難点と相まって、端子ボックスなどに実装する場合の半田付け作業に困難を伴う。さらに、半田付けを行う相手側の端子板などの放熱効果が高く、高熱量の半田コテを使用せざるを得ない場合には、ベアチップ側のダイオードチップとリード端子を接続している半田が溶融し、ダイオードチップが剥離する場合も起こり得る。
【０００６】
そこで、本発明は放熱作用を保持していて、機械的衝撃に強く、取り扱いが容易なダイオードを得ることを課題とする。また、本発明は実装時の位置決めが容易なダイオードを得ることを課題とする。さらに、本発明は実装時にベアチップとリード端子を接続している半田が溶融しても、ダイオードチップが剥離しないダイオードを得ることを課題とする。
また、本発明の課題は、作成が容易で耐久性がある太陽電池モジュール接続用の端子ボックスを得ることにある。
さらに、本発明の課題は、長期間安定して出力を取り出すことが出来る太陽電池モジュールの出力取り出し方法を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の半被覆ダイオードは、平板状のＰ型半導体に平板状のＮ型半導体を接合したｐｎ接合構造の平板状ダイオードにおいて、平板状のＮ側リード端子の一方端部であるダイオード接続端表面に、前記ダイオードのＮ型半導体の電極面を接続し、前記Ｎ側リード端子の他方端部と、前記ダイオードのＮ側リード端子平面への投影輪郭線の中で前記他方端部側にある輪郭線との間に位置する脚折り曲げ点で、Ｎ側リード端子の一部分を裏面側に折り曲げ、前記Ｎ側リード端子のダイオード接続端から前記脚折り曲げ点までの幅方向長さは、前記接続されたダイオードの同一方向長さよりも長いものであり、Ｐ側リード端子の一方端部に、前記ダイオードのＰ型半導体の電極面を接続し、前記Ｐ側リード端子の他方端部を前記Ｎ側リード端子の一部分と同方向に折り曲げ、前記ダイオードを樹脂で被覆したものであり、前記被覆の前記ダイオード平面に平行な方向範囲は前記ダイオードの周囲を越え、前記Ｎ側リード端子の脚折り曲げ点直前、かつ、前記Ｐ側リード端子の折り曲げ部直前までの一定範囲であり、前記被覆の前記ダイオード平面に垂直な方向範囲は、Ｐ側リード端子の表面よりから一定距離上方から前記Ｎ側リード端子裏面と同一面までの範囲であることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、Ｎ側リード端子とＰ側リード端子の方向は自由に定めることができる。したがって、Ｎ側リード端子、ダイオードチップ、Ｐ側リード端子を直列に位置付けることも出来るし、ダイオードチップを交点にして、Ｎ側リード端子とＰ側リード端子が９０度の方向に向かうように位置付けることも出来る。
本発明において、Ｎ側リード端子に脚部を設けるための折り曲げ線は、Ｎ側リード端子の短辺方向と平行にしても良く、長辺方向と平行にしても良い。
【０００９】
請求項２の太陽電池モジュール用端子ボックスは、請求項１に記載の半被覆ダイオードを太陽電池モジュールの逆流防止用バイパスダイオードに用いたことを特徴とする。
請求項３の太陽電池モジュールの出力取り出し方法は、太陽電池モジュールの出力取り出し方法において、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極の間に、逆流防止用バイパスダイオードとして請求項１に記載の半被覆ダイオードを使用し、前記プラス出力電極とマイナス出力電極から電力を取り出すことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明にかかる半被覆ダイオードは、Ｎ側リード端子の一部とＰ側リード端子の先端部が折り曲げられて脚部となっている。本半被覆ダイオードを実装する接続相手側端子にこの脚部を係合する穴を開けておけば、実装時の位置決めが容易となる。
本発明にかかる半被覆ダイオードは、ダイオードチップとリード端子の大部分が被覆で覆われているために、機械的衝撃に対して強度が向上する。また、被覆によりダイオードチップとリード端子の位置関係が保たれているので、実装時にダイオードチップとリード端子間を接続する半田が溶融しても剥離することが無い。
【００１１】
ダイオードチップの発熱は、主としてＮ型半導体の発熱に起因する。本発明にかかる半被覆ダイオードのＮ側リード端子は、平板状であり面積が広く、またＮ側リード端子の裏面は被覆がないので、Ｎ型半導体の熱がＮ側リード端子から放熱される。
Ｎ側リード端子の一部分を折り曲げて脚部を構成していることに起因して、リード端子の裏面は折り曲げ部分周辺と他の部分に微小な段差が生じる。接続相手側端子は通常平面であり、Ｎ側リード端子と接続相手側端子は密着しない。ここに半田付けを行うと、微小間隔部分に溶融した半田が浸入し、半田付けの面積が増大する作用がもたらされる。半田付け面積が増大するので、ダイオードチップの熱は、リード端子を伝導し、半田付け面を通過して接続相手側端子にも伝導し、接続相手側端子もまた、放熱手段として作用する。
【００１２】
半被覆ダイオードは全体を薄く出来るので、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極の間に逆流防止用バイパスダイオードとして、当該出力電極と共に、太陽電池モジュールの一部として組み込むことができる。また、このように組み込んだパイパスダイオードは、太陽電池モジュールのガラス板のたわみなどに起因する機械的衝撃に耐える程度が高まる。太陽電池モジュールに半被覆ダイオードと当該出力電極を組み込むと、太陽電池モジュール用端子ボックスは不要になり、接続線、接続部分が少なくなり、容積の減少と信頼性の向上に寄与する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に実施例により、本発明にかかる半被覆ダイオード、太陽電池モジュール接続用端子ボックス、太陽電池の出力取り出し方法をさらに説明する。この発明の実施例に記載されている部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１４】
図２は太陽電池システムの説明図である。４１は太陽電池モジュールであり、矢印４２は太陽電池モジュール４１の表面を示し、矢印４３は裏面を示す。太陽電池モジュール４１の表面が太陽光を受けると発電され、その電力は太陽電池モジュール４１の側面に取り付けられた端子ボックス４４を経由して、外部接続用ケーブル４５から出力される。４６は、外部接続用ケーブル４５のコネクタである。端子ボックス４４内には、逆流防止用の半被覆ダイオードが取り付けられている。
【００１５】
端子ボックス４４は太陽電池モジュール４１の裏面に取り付けられることもある。
複数の太陽電池モジュールの出力電力は直列に接続して取り出されることもあり、並列に接続して取り出されることもある。
【００１６】
図３は半被覆ダイオードを示す図であり、図４は、半被覆ダイオードの実装状態を示す斜視図である。
【００１７】
図３中、（ａ）は半被覆ダイオード６の平面図であり、（ｂ）は半被覆ダイオード６の側面図である。半被覆ダイオード６は、平板状のＮ側リード端子１１の一方端部表面にダイオードチップ１を載せ、Ｎ側リード端子１１とダイオードチップ１のＮ型半導体端子を半田付けで結合している。Ｐ側リード端子１３のダイオードチップ接続側は、正方形状の頭部となっている（第４図を参照）。ダイオードチップ１の上面（Ｐ型半導体端子）に上記頭部を重ねて、Ｐ側リード端子１３を半田付けで結合している。
Ｎ側リード端子１１の他方端部には、２本の切り込み線１９ａ、１９ｂを設け、この切り込み線にはさまれたＮ側リード端子１１の部分を下に折り曲げて、脚部１２が形成されている。
【００１８】
Ｎ側リード端子脚部は種々の折り曲げ方法で形成することが出来る。
図５（ａ）〜（ｈ）はＮ側リード端子の説明図である。
【００１９】
（ａ）に示すＮ側リード端子脚部は、帯状のＮ側リード端子１１を脚折り曲げ点６２を含む線分上で裏面方向に折り曲げて脚部１２１を形成したものである。６５は、Ｎ側リード端子１１のダイオード接続端部に対する他方端部である。６６はダイオード１のＮ側リード端子平面への投影線の一部であって、他方端部６５側に位置する輪郭線である。折り曲げ点６２は他方端部６５と輪郭線６６の間に位置する。
【００２０】
（ｂ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部を脚折り曲げ点６２を含む線分上で切り取り、幅方向の中央部に脚部１２２を形成したものである。
（ｃ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部を脚折り曲げ点６２を含む線分上で切り取り、幅方向の側端部に脚部１２３を形成したものである。
（ｄ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその長辺方向に１本の切り込み線を入れ、切り込み線と長辺に挟まれた部分を脚折り曲げ点６２を含む線分で折り曲げ、脚部１２４を形成したものである。
【００２１】
（ｅ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に１本の切り込み線を入れ、切り込み線と短辺に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２５を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
（ｆ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に２本の切り込み線を入れ、２本の切り込み線に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２６を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
【００２２】
（ｇ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の長手方向でダイオード１の輪郭線６６に近い位置に、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に２本の切り込み線を入れ、２本の切り込み線に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２７を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
（ｈ）に示すＮ側リード端子脚部は、ダイオード１の輪郭線６６と他方端部６５の中間点付近であって、Ｎ側リード端子の長辺部分に２本の脚部１２８ａ、１２８ｂを形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
【００２３】
半被覆ダイオードを実装するときに、相手側端子に設ける穴を簡易に設ける観点から、脚部１２、脚部１２２、脚部１２３、脚部１２４、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
また、半被覆ダイオード実装時に、半田がＮ側リード端子の幅方向の両側に広がる観点から、脚部が幅方向の中央部にあるもの、すなわち脚部１２、脚部１２２、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
さらに、放熱のために使用可能なＮ側リード端子の面拡大、ひいては半田がＮ側リード端子の長手方向の両側に広がり放熱のために使用可能な接続相手側端子との接触面拡大の観点から、脚部はＮ側リード端子の長手方向の中間部に設けられるもの、すなわち脚部１２、脚部１２６、脚部１２７、脚部１２８ａ、１２８ｂが好ましい。
また、Ｎ側リード端子の材料節約の観点からは、脚部１２、脚部１２４、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
さらにまた、１のＮ側リード端子に設ける脚部は単一でも良く、例えば脚部１２８ａ、１２８ｂのように複数設けても良い。半被覆ダイオードを実装するときに、相手側端子に設ける穴を簡易に設ける観点からは、１のＮ側リード端子に設ける脚部は単一が好ましい。
【００２４】
（ａ）において、矢印６３は、Ｎ側リード端子の幅方向長さを示す。矢印６４は、Ｎ側リード端子１１に接続されたダイオードチップのＮ側リード端子の幅方向長さである。Ｎ側リード端子の幅方向長さ（矢印６３）は、ダイオードチップ１の幅方向長さ（矢印６４）よりも長い。このようにして、ダイオードチップのＮ型半導体電極の全面をＮ側リード端子に接触させている。Ｎ側リード端子の幅方向長さの最大値は、半被覆ダイオードの全体大きさ、放熱性能、ダイオードチップの大きさが異なってもＮ側リード端子部品の共通化を図るなどの観点から定められる。Ｎ側リード端子の幅方向長さ（矢印６３）の最大は、ダイオードチップ１の幅方向長さ（矢印６４）に比較して、通常１０倍、好ましくは６倍、より好ましくは２倍である。
【００２５】
なお、ダイオードチップ１は、その一辺をＮ側リード端子の短辺と面一にして取り付けることが半被覆ダイオードの小型化の観点から望ましい。しかし、Ｎ側リード端子の短辺から距離をおいて、ダイオードチップを取り付けることもできる。このようにすれば、小型化は犠牲になるが放熱の観点からは好ましい。
Ｐ側リード端子１３の他方端部は、下向きに折り曲げられ、すなわち、Ｎ側リード端子脚部１２の折り曲げと同方向に折り曲げられ、折り曲げ脚部１４が形成されている。
【００２６】
ダイオードチップ１の一例は、一辺０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の正方形状、正６角形状、正８角形状のものである。本実施例では一辺５．５ｍｍの正方形状のダイオードチップを使用し、Ｎ側リード端子１１は厚さ０．４ｍｍ、幅６ｍｍの銅板を使用した。脚部の幅は１ｍｍとした。Ｐ側リード端子１３は厚さ０．４ｍｍ、幅１ｍｍの銅板を使用し、頭部の一辺は４ｍｍとした。
【００２７】
図３、図４において、１５は被覆である。被覆１５はエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが使用できる。矢印１７は被覆１５のＮ側リード端子脚部１２側の端面である。端面１７はダイオードチップの一方端部２ｂから脚部１２の近傍までの間で任意の位置に定めることができる。
矢印１８は被覆１５のＰ側リード端子脚部１４側の端面である。端面１８はダイオードチップの他方端部２ａから脚部１４の近傍までの間で任意の位置に定めることができる。被覆端部１８とダイオードの端部２ａの距離を大きくすると半被覆ダイオードの横方向（図３（ｂ）において紙面左右方向）への対引張り力が向上する。
【００２８】
矢印３１、３２は延長線上に脚部がない方向の、被覆１５の端面である。端面３１、３２はダイオード端部２ｃ、２ｄとＮ側リード端子長手辺３３、３４を越える任意の位置に定めることができる。矢印３１と矢印３２の間隔は、通常は、Ｎ側リード端子の幅方向の間隔である線６３の長さの２倍以下とする。
矢印１６は被覆１５の表面端部を示している。被覆１５の表面はＰ側リード端子１３の表面よりも上部にあり、Ｐ側リード端子１３、ダイオードチップ１、Ｎ側リード端子１１の表面を覆っている。Ｎ側リード端子１１の裏面は被覆されておらず、Ｎ型半導体で発生する熱をＮ側リード端子１１の裏面から放熱するのに好適な構造となっている。
本実施例において、被覆１５の大きさは、図３（ａ）において、紙面横方向が１０ｍｍ、縦方向が８ｍｍであり、また、厚さ２ｍｍである。
【００２９】
図４を参照して半被覆ダイオード６の実装について説明する。２１は太陽電池のプラス側出力を中継する端子板である。２２は太陽電池のマイナス側出力を中継する端子板である。端子板２１には係合穴２０が、端子板２２には係合穴２３が開けられている。実装時には、半被覆ダイオード６の脚部１２を係合穴２０に、また、脚部１４を係合穴２３に挿し込んで半被覆ダイオード６を位置決めする。脚部１２、１４が貫通穴である係合穴２０、２３に挿し込まれるので、半被覆ダイオードは水平方向に位置決めされ、半被覆ダイオード６の縦方向への小距離の移動が生じても、位置決めをやり直す必要はない。
【００３０】
この後、端子板２１とＮ側リード端子１１、端子板２２とＰ側リード端子１３がそれぞれ半田付けされる。脚部１２の折り曲げ部分が曲面となることに起因して端子板２１の表面とＮ側リード端子１１の裏面間は微小な隙間が出来ており、この隙間に溶融した半田が浸入し、半田が端子板２１とＮ側リード端子１１間の広範囲に広がる。
半被覆ダイオードの脚部が係合する相手側端子に設ける係合手段は貫通穴に限られず、非貫通穴、切り欠き、段差など公知の手段が使用できる。
【００３１】
図６は端子ボックス４４の内部構造を示す説明図である。２１はプラス側端子板であり、２２はマイナス側端子板である。太陽電池モジュールのプラス側出力線（図示しない）は、端子板２１上の固定領域２４に半田付けされる。また、太陽電池モジュールのマイナス側出力線（図示しない）は、端子板２２上の固定領域２５に半田付けされる。端子板２１と端子板２２の間に逆流防止のために、半被覆ダイオード６が接続されている。
端子板２１、２２は係合凹部と端子ボックスのケース基板に設けられた係合子３０を係合させ、また、端子板２１、２２に設けられた貫通穴にケース基板から伸びた突起２６を挿入し、菊座からなる端子板押さえ２７を突起２６に嵌めこんで固定している。
【００３２】
外部接続用のケーブル４５の芯線は、端子板２１、端子板２２にそれぞれかしめ止め、スポット溶接、半田付け、ビス止め、あるいはこれらの併用により接続される。２８は外部接続ケーブル４５の抜け止めリングであり、ケースのくびれ部２９と共同して、外部接続ケーブル４５とケースを固定している。
このような部品類を実装した後に、ケースは内部構造を水密に樹脂封止される。その後、図示しない蓋を密閉して端子ボックスが完成する。前記の樹脂封止は行わないこともある。端子ボックスは太陽電池モジュールの接続に使用される。
【００３３】
本実施例では、２本の外部接続ケーブル４５が直列方向に配置されているが、２本の外部接続ケーブル４５が並列方向に配置されても良い。また、端子ボックスは、実施例に示した２端子型のみならず、３端子型、４端子型、５端子型の端子ボックスとすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明にかかる半被覆ダイオードは、放熱作用を保持していて、かつ、機械的衝撃に対して強度が向上し、取り扱いが容易となった。また、実装時の位置決めが容易である。さらに、実装時にベアチップ側のチップとリード端子を接続している半田が溶融しても、ダイオードチップが剥離しない。また、Ｎ側リード端子を半田付けすると、接続相手側端子との半田接触面が大きくなり、接続相手側端子をも放熱手段に使うことができる効果を有する。
【００３５】
本発明にかかる太陽電池モジュール用の接続端子ボックスは、逆流防止用のダイオードその他構成品の実装が容易となり、また、ダイオードの放熱効果が高いので、耐久性が向上する。
本発明にかかる太陽電池モジュールの出力取り出し方法は、出力を長期間安定に取り出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例のベアチップダイオードを示す図である。
【図２】太陽電池システムの説明図である。
【図３】半被覆ダイオードを示す図である。
【図４】半被覆ダイオードの実装状態を示す斜視図である。
【図５】Ｎ側リード端子の説明図である。
【図６】端子ボックスの内部構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ダイオードチップ
６ 半被覆ダイオード
１１ Ｎ側リード端子
１２ 脚部
１３ Ｐ側リード端子
１４ 脚部
１５ 被覆
１９ａ、１９ｂ 切れ込み部
２０ 係合穴
２１ 端子板
２２ 端子板
２３ 係合穴
４１ 太陽電池モジュール
４４ 端子ボックス
【発明の属する技術分野】
本発明はリード端子を設けたダイオードと、太陽電池モジュールを相互に接続する際に使用する端子ボックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池システムは、通常、複数の太陽電池モジュールを直列又は並列に接続して構成される。この接続にあたり、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極間に逆流防止用バイパスダイオードが使用される。
【０００３】
従来の逆流防止用バイパスダイオードは、ｐｎ接合のダイオードチップとダイオードチップに接続されたピン状のリード端子からなりダイオードチップ部分が樹脂で被覆されている（以下、パッケージダイオードという）。
また、図１に示す、ｐｎ接合チップとリード端子が開放状態のダイオードも使用されている（以下、ベアチップダイオードという）。図１中（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図中、１はダイオードチップである。ダイオードチップ１にＮ側リード端子９１とＰ側リード端子９３が半田付けされている。９２はＮ側リード端子９１に開けられた位置決め用の穴である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ダイオードに通電すると発熱する。パッケージダイオードは、ダイオードチップが樹脂で被覆されており熱を放熱することが困難である。また、リード端子がピン状であるため熱伝導性が悪く、リード端子を伝導しての放熱も困難である。このため、ダイオードの耐久性が悪くなる問題点がある。
【０００５】
一方、ベアチップダイオードは機械的な衝撃に弱く、実装前、実装中、さらには、他の部品の実装や水密にするための樹脂充填など実装後の取り扱いに注意が必要である。また、リード端子が平板状であるために位置決めが困難である。この点を解決するために、位置決め用の穴９２が設けられてはいるが、上記取り扱いの難点と相まって、端子ボックスなどに実装する場合の半田付け作業に困難を伴う。さらに、半田付けを行う相手側の端子板などの放熱効果が高く、高熱量の半田コテを使用せざるを得ない場合には、ベアチップ側のダイオードチップとリード端子を接続している半田が溶融し、ダイオードチップが剥離する場合も起こり得る。
【０００６】
そこで、本発明は放熱作用を保持していて、機械的衝撃に強く、取り扱いが容易なダイオードを得ることを課題とする。また、本発明は実装時の位置決めが容易なダイオードを得ることを課題とする。さらに、本発明は実装時にベアチップとリード端子を接続している半田が溶融しても、ダイオードチップが剥離しないダイオードを得ることを課題とする。
また、本発明の課題は、作成が容易で耐久性がある太陽電池モジュール接続用の端子ボックスを得ることにある。
さらに、本発明の課題は、長期間安定して出力を取り出すことが出来る太陽電池モジュールの出力取り出し方法を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の半被覆ダイオードは、平板状のＰ型半導体に平板状のＮ型半導体を接合したｐｎ接合構造の平板状ダイオードにおいて、平板状のＮ側リード端子の一方端部であるダイオード接続端表面に、前記ダイオードのＮ型半導体の電極面を接続し、前記Ｎ側リード端子の他方端部と、前記ダイオードのＮ側リード端子平面への投影輪郭線の中で前記他方端部側にある輪郭線との間に位置する脚折り曲げ点で、Ｎ側リード端子の一部分を裏面側に折り曲げ、前記Ｎ側リード端子のダイオード接続端から前記脚折り曲げ点までの幅方向長さは、前記接続されたダイオードの同一方向長さよりも長いものであり、Ｐ側リード端子の一方端部に、前記ダイオードのＰ型半導体の電極面を接続し、前記Ｐ側リード端子の他方端部を前記Ｎ側リード端子の一部分と同方向に折り曲げ、前記ダイオードを樹脂で被覆したものであり、前記被覆の前記ダイオード平面に平行な方向範囲は前記ダイオードの周囲を越え、前記Ｎ側リード端子の脚折り曲げ点直前、かつ、前記Ｐ側リード端子の折り曲げ部直前までの一定範囲であり、前記被覆の前記ダイオード平面に垂直な方向範囲は、Ｐ側リード端子の表面よりから一定距離上方から前記Ｎ側リード端子裏面と同一面までの範囲であることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、Ｎ側リード端子とＰ側リード端子の方向は自由に定めることができる。したがって、Ｎ側リード端子、ダイオードチップ、Ｐ側リード端子を直列に位置付けることも出来るし、ダイオードチップを交点にして、Ｎ側リード端子とＰ側リード端子が９０度の方向に向かうように位置付けることも出来る。
本発明において、Ｎ側リード端子に脚部を設けるための折り曲げ線は、Ｎ側リード端子の短辺方向と平行にしても良く、長辺方向と平行にしても良い。
【０００９】
請求項２の太陽電池モジュール用端子ボックスは、請求項１に記載の半被覆ダイオードを太陽電池モジュールの逆流防止用バイパスダイオードに用いたことを特徴とする。
請求項３の太陽電池モジュールの出力取り出し方法は、太陽電池モジュールの出力取り出し方法において、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極の間に、逆流防止用バイパスダイオードとして請求項１に記載の半被覆ダイオードを使用し、前記プラス出力電極とマイナス出力電極から電力を取り出すことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明にかかる半被覆ダイオードは、Ｎ側リード端子の一部とＰ側リード端子の先端部が折り曲げられて脚部となっている。本半被覆ダイオードを実装する接続相手側端子にこの脚部を係合する穴を開けておけば、実装時の位置決めが容易となる。
本発明にかかる半被覆ダイオードは、ダイオードチップとリード端子の大部分が被覆で覆われているために、機械的衝撃に対して強度が向上する。また、被覆によりダイオードチップとリード端子の位置関係が保たれているので、実装時にダイオードチップとリード端子間を接続する半田が溶融しても剥離することが無い。
【００１１】
ダイオードチップの発熱は、主としてＮ型半導体の発熱に起因する。本発明にかかる半被覆ダイオードのＮ側リード端子は、平板状であり面積が広く、またＮ側リード端子の裏面は被覆がないので、Ｎ型半導体の熱がＮ側リード端子から放熱される。
Ｎ側リード端子の一部分を折り曲げて脚部を構成していることに起因して、リード端子の裏面は折り曲げ部分周辺と他の部分に微小な段差が生じる。接続相手側端子は通常平面であり、Ｎ側リード端子と接続相手側端子は密着しない。ここに半田付けを行うと、微小間隔部分に溶融した半田が浸入し、半田付けの面積が増大する作用がもたらされる。半田付け面積が増大するので、ダイオードチップの熱は、リード端子を伝導し、半田付け面を通過して接続相手側端子にも伝導し、接続相手側端子もまた、放熱手段として作用する。
【００１２】
半被覆ダイオードは全体を薄く出来るので、太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極の間に逆流防止用バイパスダイオードとして、当該出力電極と共に、太陽電池モジュールの一部として組み込むことができる。また、このように組み込んだパイパスダイオードは、太陽電池モジュールのガラス板のたわみなどに起因する機械的衝撃に耐える程度が高まる。太陽電池モジュールに半被覆ダイオードと当該出力電極を組み込むと、太陽電池モジュール用端子ボックスは不要になり、接続線、接続部分が少なくなり、容積の減少と信頼性の向上に寄与する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に実施例により、本発明にかかる半被覆ダイオード、太陽電池モジュール接続用端子ボックス、太陽電池の出力取り出し方法をさらに説明する。この発明の実施例に記載されている部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１４】
図２は太陽電池システムの説明図である。４１は太陽電池モジュールであり、矢印４２は太陽電池モジュール４１の表面を示し、矢印４３は裏面を示す。太陽電池モジュール４１の表面が太陽光を受けると発電され、その電力は太陽電池モジュール４１の側面に取り付けられた端子ボックス４４を経由して、外部接続用ケーブル４５から出力される。４６は、外部接続用ケーブル４５のコネクタである。端子ボックス４４内には、逆流防止用の半被覆ダイオードが取り付けられている。
【００１５】
端子ボックス４４は太陽電池モジュール４１の裏面に取り付けられることもある。
複数の太陽電池モジュールの出力電力は直列に接続して取り出されることもあり、並列に接続して取り出されることもある。
【００１６】
図３は半被覆ダイオードを示す図であり、図４は、半被覆ダイオードの実装状態を示す斜視図である。
【００１７】
図３中、（ａ）は半被覆ダイオード６の平面図であり、（ｂ）は半被覆ダイオード６の側面図である。半被覆ダイオード６は、平板状のＮ側リード端子１１の一方端部表面にダイオードチップ１を載せ、Ｎ側リード端子１１とダイオードチップ１のＮ型半導体端子を半田付けで結合している。Ｐ側リード端子１３のダイオードチップ接続側は、正方形状の頭部となっている（第４図を参照）。ダイオードチップ１の上面（Ｐ型半導体端子）に上記頭部を重ねて、Ｐ側リード端子１３を半田付けで結合している。
Ｎ側リード端子１１の他方端部には、２本の切り込み線１９ａ、１９ｂを設け、この切り込み線にはさまれたＮ側リード端子１１の部分を下に折り曲げて、脚部１２が形成されている。
【００１８】
Ｎ側リード端子脚部は種々の折り曲げ方法で形成することが出来る。
図５（ａ）〜（ｈ）はＮ側リード端子の説明図である。
【００１９】
（ａ）に示すＮ側リード端子脚部は、帯状のＮ側リード端子１１を脚折り曲げ点６２を含む線分上で裏面方向に折り曲げて脚部１２１を形成したものである。６５は、Ｎ側リード端子１１のダイオード接続端部に対する他方端部である。６６はダイオード１のＮ側リード端子平面への投影線の一部であって、他方端部６５側に位置する輪郭線である。折り曲げ点６２は他方端部６５と輪郭線６６の間に位置する。
【００２０】
（ｂ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部を脚折り曲げ点６２を含む線分上で切り取り、幅方向の中央部に脚部１２２を形成したものである。
（ｃ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部を脚折り曲げ点６２を含む線分上で切り取り、幅方向の側端部に脚部１２３を形成したものである。
（ｄ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその長辺方向に１本の切り込み線を入れ、切り込み線と長辺に挟まれた部分を脚折り曲げ点６２を含む線分で折り曲げ、脚部１２４を形成したものである。
【００２１】
（ｅ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に１本の切り込み線を入れ、切り込み線と短辺に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２５を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
（ｆ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に２本の切り込み線を入れ、２本の切り込み線に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２６を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
【００２２】
（ｇ）に示すＮ側リード端子脚部は、Ｎ側リード端子の長手方向でダイオード１の輪郭線６６に近い位置に、Ｎ側リード端子の端部からその短辺方向に２本の切り込み線を入れ、２本の切り込み線に挟まれた部分を折り曲げ、脚部１２７を形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
（ｈ）に示すＮ側リード端子脚部は、ダイオード１の輪郭線６６と他方端部６５の中間点付近であって、Ｎ側リード端子の長辺部分に２本の脚部１２８ａ、１２８ｂを形成したものである。この場合、本発明にいう脚折り曲げ点６２は、当該折り曲げ線上であって、ダイオードチップ１側の点をいう。
【００２３】
半被覆ダイオードを実装するときに、相手側端子に設ける穴を簡易に設ける観点から、脚部１２、脚部１２２、脚部１２３、脚部１２４、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
また、半被覆ダイオード実装時に、半田がＮ側リード端子の幅方向の両側に広がる観点から、脚部が幅方向の中央部にあるもの、すなわち脚部１２、脚部１２２、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
さらに、放熱のために使用可能なＮ側リード端子の面拡大、ひいては半田がＮ側リード端子の長手方向の両側に広がり放熱のために使用可能な接続相手側端子との接触面拡大の観点から、脚部はＮ側リード端子の長手方向の中間部に設けられるもの、すなわち脚部１２、脚部１２６、脚部１２７、脚部１２８ａ、１２８ｂが好ましい。
また、Ｎ側リード端子の材料節約の観点からは、脚部１２、脚部１２４、脚部１２５、脚部１２６、脚部１２７が好ましい。
さらにまた、１のＮ側リード端子に設ける脚部は単一でも良く、例えば脚部１２８ａ、１２８ｂのように複数設けても良い。半被覆ダイオードを実装するときに、相手側端子に設ける穴を簡易に設ける観点からは、１のＮ側リード端子に設ける脚部は単一が好ましい。
【００２４】
（ａ）において、矢印６３は、Ｎ側リード端子の幅方向長さを示す。矢印６４は、Ｎ側リード端子１１に接続されたダイオードチップのＮ側リード端子の幅方向長さである。Ｎ側リード端子の幅方向長さ（矢印６３）は、ダイオードチップ１の幅方向長さ（矢印６４）よりも長い。このようにして、ダイオードチップのＮ型半導体電極の全面をＮ側リード端子に接触させている。Ｎ側リード端子の幅方向長さの最大値は、半被覆ダイオードの全体大きさ、放熱性能、ダイオードチップの大きさが異なってもＮ側リード端子部品の共通化を図るなどの観点から定められる。Ｎ側リード端子の幅方向長さ（矢印６３）の最大は、ダイオードチップ１の幅方向長さ（矢印６４）に比較して、通常１０倍、好ましくは６倍、より好ましくは２倍である。
【００２５】
なお、ダイオードチップ１は、その一辺をＮ側リード端子の短辺と面一にして取り付けることが半被覆ダイオードの小型化の観点から望ましい。しかし、Ｎ側リード端子の短辺から距離をおいて、ダイオードチップを取り付けることもできる。このようにすれば、小型化は犠牲になるが放熱の観点からは好ましい。
Ｐ側リード端子１３の他方端部は、下向きに折り曲げられ、すなわち、Ｎ側リード端子脚部１２の折り曲げと同方向に折り曲げられ、折り曲げ脚部１４が形成されている。
【００２６】
ダイオードチップ１の一例は、一辺０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の正方形状、正６角形状、正８角形状のものである。本実施例では一辺５．５ｍｍの正方形状のダイオードチップを使用し、Ｎ側リード端子１１は厚さ０．４ｍｍ、幅６ｍｍの銅板を使用した。脚部の幅は１ｍｍとした。Ｐ側リード端子１３は厚さ０．４ｍｍ、幅１ｍｍの銅板を使用し、頭部の一辺は４ｍｍとした。
【００２７】
図３、図４において、１５は被覆である。被覆１５はエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが使用できる。矢印１７は被覆１５のＮ側リード端子脚部１２側の端面である。端面１７はダイオードチップの一方端部２ｂから脚部１２の近傍までの間で任意の位置に定めることができる。
矢印１８は被覆１５のＰ側リード端子脚部１４側の端面である。端面１８はダイオードチップの他方端部２ａから脚部１４の近傍までの間で任意の位置に定めることができる。被覆端部１８とダイオードの端部２ａの距離を大きくすると半被覆ダイオードの横方向（図３（ｂ）において紙面左右方向）への対引張り力が向上する。
【００２８】
矢印３１、３２は延長線上に脚部がない方向の、被覆１５の端面である。端面３１、３２はダイオード端部２ｃ、２ｄとＮ側リード端子長手辺３３、３４を越える任意の位置に定めることができる。矢印３１と矢印３２の間隔は、通常は、Ｎ側リード端子の幅方向の間隔である線６３の長さの２倍以下とする。
矢印１６は被覆１５の表面端部を示している。被覆１５の表面はＰ側リード端子１３の表面よりも上部にあり、Ｐ側リード端子１３、ダイオードチップ１、Ｎ側リード端子１１の表面を覆っている。Ｎ側リード端子１１の裏面は被覆されておらず、Ｎ型半導体で発生する熱をＮ側リード端子１１の裏面から放熱するのに好適な構造となっている。
本実施例において、被覆１５の大きさは、図３（ａ）において、紙面横方向が１０ｍｍ、縦方向が８ｍｍであり、また、厚さ２ｍｍである。
【００２９】
図４を参照して半被覆ダイオード６の実装について説明する。２１は太陽電池のプラス側出力を中継する端子板である。２２は太陽電池のマイナス側出力を中継する端子板である。端子板２１には係合穴２０が、端子板２２には係合穴２３が開けられている。実装時には、半被覆ダイオード６の脚部１２を係合穴２０に、また、脚部１４を係合穴２３に挿し込んで半被覆ダイオード６を位置決めする。脚部１２、１４が貫通穴である係合穴２０、２３に挿し込まれるので、半被覆ダイオードは水平方向に位置決めされ、半被覆ダイオード６の縦方向への小距離の移動が生じても、位置決めをやり直す必要はない。
【００３０】
この後、端子板２１とＮ側リード端子１１、端子板２２とＰ側リード端子１３がそれぞれ半田付けされる。脚部１２の折り曲げ部分が曲面となることに起因して端子板２１の表面とＮ側リード端子１１の裏面間は微小な隙間が出来ており、この隙間に溶融した半田が浸入し、半田が端子板２１とＮ側リード端子１１間の広範囲に広がる。
半被覆ダイオードの脚部が係合する相手側端子に設ける係合手段は貫通穴に限られず、非貫通穴、切り欠き、段差など公知の手段が使用できる。
【００３１】
図６は端子ボックス４４の内部構造を示す説明図である。２１はプラス側端子板であり、２２はマイナス側端子板である。太陽電池モジュールのプラス側出力線（図示しない）は、端子板２１上の固定領域２４に半田付けされる。また、太陽電池モジュールのマイナス側出力線（図示しない）は、端子板２２上の固定領域２５に半田付けされる。端子板２１と端子板２２の間に逆流防止のために、半被覆ダイオード６が接続されている。
端子板２１、２２は係合凹部と端子ボックスのケース基板に設けられた係合子３０を係合させ、また、端子板２１、２２に設けられた貫通穴にケース基板から伸びた突起２６を挿入し、菊座からなる端子板押さえ２７を突起２６に嵌めこんで固定している。
【００３２】
外部接続用のケーブル４５の芯線は、端子板２１、端子板２２にそれぞれかしめ止め、スポット溶接、半田付け、ビス止め、あるいはこれらの併用により接続される。２８は外部接続ケーブル４５の抜け止めリングであり、ケースのくびれ部２９と共同して、外部接続ケーブル４５とケースを固定している。
このような部品類を実装した後に、ケースは内部構造を水密に樹脂封止される。その後、図示しない蓋を密閉して端子ボックスが完成する。前記の樹脂封止は行わないこともある。端子ボックスは太陽電池モジュールの接続に使用される。
【００３３】
本実施例では、２本の外部接続ケーブル４５が直列方向に配置されているが、２本の外部接続ケーブル４５が並列方向に配置されても良い。また、端子ボックスは、実施例に示した２端子型のみならず、３端子型、４端子型、５端子型の端子ボックスとすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明にかかる半被覆ダイオードは、放熱作用を保持していて、かつ、機械的衝撃に対して強度が向上し、取り扱いが容易となった。また、実装時の位置決めが容易である。さらに、実装時にベアチップ側のチップとリード端子を接続している半田が溶融しても、ダイオードチップが剥離しない。また、Ｎ側リード端子を半田付けすると、接続相手側端子との半田接触面が大きくなり、接続相手側端子をも放熱手段に使うことができる効果を有する。
【００３５】
本発明にかかる太陽電池モジュール用の接続端子ボックスは、逆流防止用のダイオードその他構成品の実装が容易となり、また、ダイオードの放熱効果が高いので、耐久性が向上する。
本発明にかかる太陽電池モジュールの出力取り出し方法は、出力を長期間安定に取り出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例のベアチップダイオードを示す図である。
【図２】太陽電池システムの説明図である。
【図３】半被覆ダイオードを示す図である。
【図４】半被覆ダイオードの実装状態を示す斜視図である。
【図５】Ｎ側リード端子の説明図である。
【図６】端子ボックスの内部構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ダイオードチップ
６ 半被覆ダイオード
１１ Ｎ側リード端子
１２ 脚部
１３ Ｐ側リード端子
１４ 脚部
１５ 被覆
１９ａ、１９ｂ 切れ込み部
２０ 係合穴
２１ 端子板
２２ 端子板
２３ 係合穴
４１ 太陽電池モジュール
４４ 端子ボックス
Claims (3)
- 平板状のＰ型半導体に平板状のＮ型半導体を接合したｐｎ接合構造の平板状ダイオードにおいて、
平板状のＮ側リード端子の一方端部であるダイオード接続端表面に、前記ダイオードのＮ型半導体の電極面を接続し、前記Ｎ側リード端子の他方端部と、前記ダイオードのＮ側リード端子平面への投影輪郭線の中で前記他方端部側にある輪郭線との間に位置する脚折り曲げ点で、Ｎ側リード端子の一部分を裏面側に折り曲げ、前記Ｎ側リード端子のダイオード接続端から前記脚折り曲げ点までの幅方向長さは、前記接続されたダイオードの同一方向長さよりも長いものであり、
Ｐ側リード端子の一方端部に、前記ダイオードのＰ型半導体の電極面を接続し、前記Ｐ側リード端子の他方端部を前記Ｎ側リード端子の一部分と同方向に折り曲げ、
前記ダイオードを樹脂で被覆したものであり、前記被覆の前記ダイオード平面に平行な方向範囲は前記ダイオードの周囲を越え、前記Ｎ側リード端子の脚折り曲げ点直前、かつ、前記Ｐ側リード端子の折り曲げ部直前までの一定範囲であり、前記被覆の前記ダイオード平面に垂直な方向範囲は、Ｐ側リード端子の表面よりから一定距離上方から前記Ｎ側リード端子裏面と同一面までの範囲であることを特徴とする半被覆ダイオード。 - 請求項１に記載の半被覆ダイオードを太陽電池モジュールの逆流防止用バイパスダイオードに用いた太陽電池モジュール用端子ボックス。
- 太陽電池モジュールの出力取り出し方法において、
太陽電池モジュールのプラス出力電極とマイナス出力電極の間に、逆流防止用バイパスダイオードとして請求項１に記載の半被覆ダイオードを使用し、前記プラス出力電極とマイナス出力電極から電力を取り出す太陽電池モジュールの出力取り出し方法。
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