JP2006190860A - ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオードチップの発熱を効率よく放熱するとともに、圧接による外部電極接続にも耐え得る構造のダイオードを提供する。
【解決手段】ダイオード２０Ａを、Ｐ−Ｎ接合チップ、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、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及び電極板２７の側面を包囲して設けられた硬質の高熱伝導性材２９とで構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、主として太陽電池に使用されるチップ型のダイオードに関する

一般に、太陽電池に使用されるダイオードは、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９に示すような構造である。このようなダイオードは、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にワイヤボンデイングされたワイヤ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、放熱性がよいことが要求される。しかしながら、図９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。この半導体素子（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１０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（切り欠き凹部）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（特許文献１参照）。
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よくない、という問題点がある。

ところで、チップダイオードを装置の端子箱等に実装し、アノード、カソードを装置に電気的に接続するのに、半田付けによらず、装置の端子箱等の基板をチップダイオードのアノード、カソードに圧接する方法の採用が検討されている。このような圧接による電気的接続を行う場合には、チップダイオードが圧接に耐え得るものであることが望ましい。

この発明は、上記問題点に着目してなされたもので、ダイオーヂチップの発熱をＰ層側及びＮ層側の外部電極に効率良く伝える放熱に優れ、かつ接続のための圧接力にも耐えうる構造のダイオードを提供することを目的とする。

この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、かつ前記ダイオードチップの側面に硬質の高熱伝導性材を設けたことを特徴とする。

この発明において、前記硬質の高熱伝導性材は、前記ダイオードチップの側面に加え、前記アノード用電極板の側面を包囲して設けるとよい。
また、この発明において、前記硬質の高熱伝導性材は、前記ダイオードチップの側面に加え、前記アノード用電極板及びカソード用電極板の側面を包囲して設けてもよい。硬質の高熱伝導性材としては、例えばエポキシ樹脂が使用される。ダイオードチップとしては、メサ型を使用するとよい。

この発明によれば、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し、かつダイオードチップの側面に硬質の高熱伝導性材を設けているので、ダイオードチップの発熱をＰ層及び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、また高熱伝導性材を通して外部に放熱することができ、放熱性にすぐれている。また、電流容量に応じてチップサイズと電極サイズ・形状などを容易に変更でき、汎用性が高い。さらに、アノード側の電極板及びカソード側の電極板に外部電極を圧接力により接続する場合、硬質の高熱伝導性材によって、ダイオードチップを圧接力による破壊から保護できる。

以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。

その、一実施形態に係るダイオードの要部断面を図１に、その表側からみた外観斜視図を図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硬質の高熱伝導性材（例えばエポキシ樹脂）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）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、また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、かつ上面は、アノード電極２３の電極板２７の上面と略面一となるように形成する。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）とＮ層（カソード電極２４）側との識別が容易となる。

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、ダイオードチップの発熱が電極板２７，２８、牽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。さらに、高熱伝導性材２９は、硬質のエポキシ樹脂で形成されているので、アノード電極２３側の電極板２７とカソード電極２４側の電極板２８に対し、上方と下方から外部電極と圧接による接続を行う場合でも、硬質の高熱伝導性材２９の圧接力に対する耐力により、ダイオードチップ２１の破壊を防止することができる。

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

他の実施形態の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、硬質の高熱伝導性材２９が、アノード電極２３側の電極板２７の周囲、及びダイオードチップ２１の周囲を包囲するほか、さらにカソード電極２４側の電極板２８間の周囲も包囲して設けられている。硬質の高熱伝導性材２９は、上面がアノード電極２３の電極板２７の上面と、及び下面がカソード電極２４の電極板２８の下面と略面一となるように形成されている。

この実施形態ダイオードでは、アノード側の電極板２７とカソード側の電極板２８に対し、上方と下方から圧接して電気的接続する場合に、その圧接力に対し硬質の高熱伝導性材２９で耐えて保護するので、ダイオードチップ２１の破壊を防止することができる。
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）が導電板に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とが導電版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に接続されている。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、繰り返えせばよい。

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。

上記図４、図５、における各電極と導電板の接続は半田付け、あるいは圧接のいずれを用いても良い。

図６に、上記ダイオード２０Ａ，２０Ｂを適用したダイオード２０Ｃを示す。図６の（ａ）はダイオード２０Ｃの平面図、図６の（ｂ）は同側断面図、図６の（ｃ）は同底面図である。このダイオード２０Ｃは、ダイオード２０Ａのアノード側の電極板２７に、扁平状の導電板３１を半田付けし、カソード側の電極板２８に扁平状の導電板３２を半田付けしてなるものである。導電板３１と導電板３２を面一の外部基板に半田付け等できるように、導電板３１を屈曲させている。

このダイオード２０Ｃをユーザに供給することにより、ユーザは、導電板３１，３２を自己の製品の例えば端子箱の基板に半田付けすればよいので、取り付け上、便利である。

図７に、上記ダイオード２０Ａ，２０Ｂ，を適用した他のダイオード２０Ｄを示す。図７の（ａ）はダイオード２０Ｄの平面図、図７の（ｂ）は同側断面図、図７の（ｃ）は同底面図である。このダイオード２０Ｄは、図６に示すダイオード２０Ｃの導電板３２を接続していない状態のものと同様である。そして、導電板３１の後端３１ａの底面とダイオード２０Ａのカソード側の電極板２８が面一となるように構成している。このダイオード２０Ｄは、カソード側の電極板２８を、通電板３１に接続し、逆にアノード側の電極板２７に通電板３２を接続しないタイプとしても良い。このダイオード２０Ｄをユーザに提供することにより、ユーザは、ダイオード２０Ｄを例えば図８に示す端子箱の基板３５，３６に接続することができる。図８は、図７のダイオード２０Ｄを３個、端子箱の基板３５，３６により直列接続した場合の断面図である。図８ではダイオード２０Ｄ１のカソード側の電極板２８と端子箱の基板３５が、ダイオード２０Ｄ２の導電板３１と端子箱の基板３５、カソード側の電極板２８と端子箱の基板３６が、リフロー半田で接続され、ダイオード２０Ｄ３のアノード側の電極板２７と基板３６が、リフロー半田で接続されている。なお、ここではダイオード２０Ｄ３のみがカソード側の電極板２８が導電版３１に接続されたタイプのものを使用している。このダイオード２０Ｄを使用することにより、複数個のダイオード２０Ｄをリフロー半田で一挙に実装することができ、便利である。

この発明の一実施形態の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。 上記各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。 上記各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。 上記実施形態のダイオードを適用した他のダイオードを示し、（ａ）は平面図，（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図である。 上記実施形態ダイオードを適用した、さらに他のダイオードを示し、（ａ）は平面図，（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図である。 図７に示すダイオードを複数個、端子箱の基板を使用して直列接続した場合の断面図である。 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，２０Ｃ、２０Ｄ 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 硬質の高熱伝導性材
３１，３２，３３，３４ 導電板
３５，３６ 端子箱の基板

Claims (4)

1. 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、かつ前記ダイオードチップの側面に硬質の高熱伝導性材を設けたことを特徴とするダイオード。
2. 前記硬質の高熱伝導性材は、前記ダイオードチップの側面に加え、前記アノード用電極板の側面を包囲して設けたことを特徴とする請求項１記載のダイオード。
3. 前記硬質の高熱伝導性材は、前記ダイオードチップの側面に加え、前記アノード用電極板及びカソード用電極板の側面を包囲して設けたことを特徴とする請求項１記載のダイオード。
4. 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。

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