JP2006134934A

JP2006134934A - ダイオード

Info

Publication number: JP2006134934A
Application number: JP2004319308A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Ikuhashi; 良一生橋
Original assignee: POWERED KK
Current assignee: POWERED KK
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】ダイオードチップの発熱をＰ層側及びＮ層側の外部電極に効率良く伝える放熱性に優れた構造のダイオードを提供する。
【解決手段】ダイオード２０Ａは、Ｐ層、Ｎ層、Ｐ層側のアノード電極２３、及びＮ層側のカソード電極２４からなるダイオードチップ２１と、ダイオードチップ２１の側面にＰ−Ｎ接合に渡って設けられたガラス層２２と、アノード電極２３に高融点半田２５により接続された電極板２７と、カソード電極２４に高融点半田２６により接続された電極板２８と、ダイオードチップ２１の側面に設けられた高熱伝導性材２９とで構成される。電極板２７はアノード電極２３を覆う以上の領域（面積)を有し、電極板２８はカソード電極２４を覆う以上の領域(面積)を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、主に太陽電池に使用されるチップ型のダイオードに関する。

太陽電池に使用されるダイオードは一般に、太陽光が影になるなどして、発電に寄与しない太陽電池セルに逆バイアスの高電圧が印加されないように、各セルにそれぞれ並列にバイパス用として接続される。

このようなダイオードは例えば図６に示すような構造である。このダイオードは、メサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型であり、Ｐ層、そのアノード電極３、Ｎ層、及びそのカソード電極４からなるダイオードチップ１と、ダイオードチップ１の側面にＰ−Ｎ接合に渡って設けられたガラス層２と、カソード電極４に半田付けされた電極板５と、アノード電極３にワイヤボンディングされたワイヤ６とを有する。

ところで、太陽電池に使用されるダイオードは、太陽光線が照射されるときは、自身の発熱と相まってかなりの高温に晒されるため、放熱性が良いことが要求される。しかしながら、図６に示すような構造のダイオードでは、熱は主に外部電極との接触面積の大きいＮ層側の電極板５から外部電極に放散され、Ｐ層側からの放熱は殆ど無く、良好な放熱性は期待できない。

一方、本出願人の先願に係る下記の特許文献１に記載された半導体素子がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の半導体素子（ダイオード)は、温度差の激しいところで使用しても破壊されないことを目的として発明されたもので、図７に示すようなベアチップ型であり、Ｐ層とＮ層からなるチップ部１２と、チップ部１２のＰ層のアノード電極に半田付けされた電極板１３と、Ｎ層のカソード電極に半田付けされた電極板１４とから構成され、電極板１３に長手方向に直交する方向にスリット(切欠き凹部)１５が形成されている。このダイオードは、使用に際しては電極板１３，１４が外部電極に半田付けされる。
特開２００２−１５８３２４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の半導体素子（ダイオード)では、電極板１３はスリット１５により部分１３ａの幅が狭くなっているので、チップ部１２からの熱が電極板１３を経て外部電極に伝わり難い。

また、電極板１４は、その左端部分１４ａが外部電極に半田付けされ、それ以外の部分１４ｂは外部電極に接続されない。このため、電極板１４の部分１４ｂと外部電極との間には間隙(空気層)が存在することになるので、チップ部１２の発熱が電極板１４を通じて外部電極に十分に伝わり難い。

以上の理由で、上記特許文献１記載の半導体素子（ダイオード)でも、その構造上、チップ部１２の発熱の外部電極への熱伝導性が余り良くない、という問題点がある。

この発明は、そのような問題点に着目してなされたもので、ダイオードチップの発熱をＰ層側及びＮ層側の外部電極に効率良く伝える放熱性に優れた構造のダイオードを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のダイオードは、ダイオードチップのアノード電極及びカソード電極に、このアノード電極及びカソード電極を覆う以上の領域を有する電極板をそれぞれ設けたことを特徴とする。

このダイオードにおいて、ダイオードチップの側面に高熱伝導性材を設けるのが好ましい。この場合、高熱伝導性材は、アノード電極側ではアノード電極側の電極板の周囲を包囲するように電極板の外周に隣接して位置し、カソード電極側ではカソード電極側の電極板の外周よりも突出しないように電極板の外周部分の内側に隣接して位置することが好ましい。また、ダイオードチップはメサ型であることが望ましい。

請求項１記載の発明によれば、アノード電極側及びカソード電極側の電極板がそれぞれアノード電極及びカソード電極を覆う以上の領域を有するので、ダイオードチップの発熱をＰ層側及びＮ層側の外部電極に両電極板を通じて効率良く伝えることができ、放熱性に優れている。また、電流容量に応じてチップサイズと電極板サイズ・形状などを容易に変更でき、汎用性が高い。

請求項２記載の発明によれば、ダイオードチップの発熱が電極板、延いては外部電極に一層効率良く伝わるようになり、より放熱性を高めることができるだけでなく、信頼性が向上する。

請求項３記載の発明によれば、外観的にＰ層(アノード電極)側とＮ層(カソード電極)側との識別が容易となり、使い勝手が良くなる。

請求項４記載の発明によれば、Ｐ−Ｎ接合を介して流れる電流以外のリーク電流を防止でき、動作がより安定する。

以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。

その一実施形態に係るダイオードの要部断面図を図１に、その表側から見た外観斜視図を図２の(ａ)に、裏側から見た外観斜視図を図２の(ｂ)に示す。

このダイオード２０Ａは、メサ構造ガラスパッシベーション型のベアチップ型であり、全体が円板状を呈する。このダイオード２０Ａは、Ｐ層、Ｎ層、Ｐ層側のアノード電極２３、及びＮ層側のカソード電極２４からなるダイオードチップ２１と、ダイオードチップ２１の側面にＰ−Ｎ接合に渡って設けられたガラス層２２と、アノード電極２３に高融点(例えば２９５℃)半田２５により接続された電極板２７と、カソード電極２４に高融点(例えば２９５℃)半田２６により接続された電極板２８と、ダイオードチップ２１の側面に設けられた高熱伝導性材(例えばシリコンゴム)２９とで構成される。

電極板２７，２８は、共に表面に錫メッキを施した円形状の銅板からなり、電極板２７はアノード電極２３を覆う以上の領域（面積)を有し、電極板２８はカソード電極２４を覆う以上の領域(面積)を有する。すなわち、電極板２７はアノード電極２３よりも大きく、電極板２８はカソード電極２４よりも大きい。

ダイオード２０Ａのサイズの一例として、全体の厚さｔ＝２ｍｍに対して、電極板２７の厚さｔ１＝０．５ｍｍ、直径６．４ｍｍであり、電極板２８の厚さｔ２＝０．８ｍｍ、直径７．４ｍｍである。勿論、ダイオード２０Ａ（ダイオードチップ２１）の全体サイズ、電極板２７,２８の形状・厚さなどは、電流容量に応じて適宜変更すればよい。例えば、電極板２７,２８の形状は円形の他に四角形、又は五角形などの多角形でもよい。つまり、このダイオード２０Ａは構造的に汎用性が高いものである。

高熱伝導性材２９は、接着力が強いもので、アノード電極２３側ではアノード電極２３側の電極板２７の周囲を包囲するように電極板２７の外周に隣接して位置し、カソード電極２４側ではカソード電極２４側の電極板２８の外周よりも突出しないように電極板２８の外周部分の内側に隣接して位置する。これにより電極板２７，２８の大きさが相違するので、図２より明らかなように、Ｐ層(アノード電極２３)側とＮ層(カソード電極２４)側との識別が外観から容易となる。

このダイオード２０Ａでは、構造的に電極板２７,２８が全体に渡ってそれぞれ外部電極に半田付けされるため、ダイオードチップ２１の発熱をＰ層側及びＮ層側の外部電極に電極板２７,２８を通じて効率良く伝えることができ、放熱性が非常に良い。

また、高熱伝導性材２９により、ダイオードチップ２１の発熱が電極板２７，２８、延いては外部電極に一層効率良く伝わり、より放熱性が向上する。更に、電極板２７,２８間に電極板２７,２８よりも柔軟な高熱伝導性材２９が介在することで、すなわちダイオードチップ２１のＰ層側及びＮ層側の両端面に電極板２７，２８が配置され、ダイオードチップ２１の側面に位置する高熱伝導性材２９で電極板２７,２８が連結された構造であるため、電極板２７,２８が熱の影響で撓んでも、それによる応力が高熱伝導性材２９で吸収されるので、ダイオードチップ２１への歪みなどの悪影響が軽減され、信頼性が非常に高くなる。

この他、ガラス層２２により、ダイオードチップ２１の側面を流れるリーク電流を防止でき、動作がより安定する。

別実施形態に係るダイオードの要部断面図を図３に示す。このダイオード２０Ｂは、ダイオードチップ２１の側面に高熱伝導性材２９が設けられていない以外は上記ダイオード２０Ａと同じ構造である。

上記のようなダイオード２０Ａ，２０Ｂは、主に太陽電池において太陽電池セルのバイパス用として使用され、その際、各ダイオードは直列接続される。そのダイオードの直列接続の一例を図４(接続形態の概略断面図)に示す。図４では、３個のダイオード２０Ａ(１〜３)が導電板３１,３２で直列接続されている。図４では省略されているが、ダイオード２０Ａ１とダイオード２０Ａ２は、ダイオード２０Ａ１のＰ層側の電極板２７とダイオード２０Ａ２のＮ層側の電極板２８とが導電板３２で接続され、ダイオード２０Ａ２とダイオード２０Ａ３は、ダイオード２０Ａ２のＰ層側の電極板２７とダイオード２０Ａ３のＮ層側の電極板２８とが導電板３１で接続されている。勿論、４個以上のダイオードを直列接続する場合は、同様の接続形態を繰り返せばよい。

図４の接続形態はダイオードを横向きにするものであるが、縦向きにする場合の例を図５(接続形態の概略断面図)に示す。図５では、３個のダイオード２０Ａ(１〜３)が導電板３３，３４で直列接続されている。ここでは、両端用の導電板３３は断面Ｌ字状で、中継用の導電板３４は断面コ字状であり、導電板３４を用いてダイオードの接続個数を増やすことができる。

一実施形態に係るダイオードの要部断面図である。図１のダイオードの表側から見た外観斜視図(ａ)、及び裏側から見た外観斜視図(ｂ)である。別実施形態に係るダイオードの要部断面図である。同実施形態に係るダイオードの直列接続の一例を示す接続形態の概略断面図である。同実施形態に係るダイオードの直列接続の別例を示す接続形態の概略断面図である。従来例に係るダイオードの要部断面図である。別の従来例に係るベアチップ型のダイオードの平面図(ａ)、及び断面図（ｂ）である。

符号の説明

２０Ａ，２０Ｂダイオード
２１ダイオードチップ
２２ガラス層
２３アノード電極
２４カソード電極
２５，２６高融点半田
２７，２８電極板
２９高熱伝導性材
３１〜３４導電板

Claims

ダイオードチップのアノード電極及びカソード電極に、このアノード電極及びカソード電極を覆う以上の領域を有する電極板をそれぞれ設けたことを特徴とするダイオード。
前記ダイオードチップの側面に高熱伝導性材を設けたことを特徴とする請求項１記載のダイオード。
前記高熱伝導性材は、前記アノード電極側ではアノード電極側の電極板の周囲を包囲するように電極板の外周に隣接して位置し、前記カソード電極側ではカソード電極側の電極板の外周よりも突出しないように電極板の外周部分の内側に隣接して位置することを特徴とする請求項２記載のダイオード。
前記ダイオードチップは、メサ型であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のダイオード。