JP2011528493A - ソーラモジュールのためのはんだ付け用支持部位および半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図2
Description
この方法は、以下の工程段階、すなわち、
-はんだ付け可能な材料を、半導体デバイスの外面に付着させ、かつ、基板上の半導体デバイスの接着力と、コネクタの引き裂きを引き起こす引き裂き力(F)とに従って予め決定される平坦な延在(A)の、その接触面に接続させること、
-コネクタを、硬化したはんだ付け可能な材料上にまたは材料の中にはんだ付けすること、を有し、
コネクタは、外面から間隔aをあけて、但し、a≧10μm、好ましくはa≧20μm、特にa≧80μmであって、はんだ付け材料に接続されている。間隔aが80μm≦a≦300μmであることは好ましい。
シリーズコネクタ24に作用する引張り力が、層、例えばシリコン層16をTCO層14から剥離させることを回避するために、本発明では、裏面コンタクト22に、すなわち、裏面コネクタの外面23に、はんだ材料からなる支持部位26が付着され、かつ裏面コンタクト22に接続され、図1および2に示す支持部位26が、好ましくは、例えばSnのようなはんだ材料からなる塊である。但し、このことによって、本発明は限定されない。むしろ、すべての適切な、はんだ材料のようなはんだ付け可能な材料、例えば、無鉛のSn,3.5重量%のAg含有量を有するSn、あるいはグループPn,Pb,Cd,Bi,Ga,Ag,Cu,金属シリコン,Al.Zn,Mg,からなる1つまたは2つの異なった金属元素を有するSn合金が、適切である。しかしながら、簡略という理由から、以下、スズ塊を、支持部位26として述べる。
12 基板
14 接着層
22 裏面コンタクト
23 外面
24 コンタクト
26 支持部位
28 支持部位
Claims (34)
- 好ましくは接着層(14)を介して基板(12)に接続された半導体デバイス(10)の外面(23)と、特にストリップ状のコネクタ(24)との間、特に、ソーラセルの裏面コンタクト(22)と、シリーズコネクタのようなコネクタとの間のはんだ付け接続部において、
前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)からは、はんだ付け可能な材料からなりかつ接触面Aを介して前記外面(23)と接触している支持部位(26,28)が出ており、この支持部位の中にまたはその上に、前記コネクタ(24)は、前記外面(23)からの間隔aを維持しつつ、但し、a≧10μmであって、はんだ付けされていること、および/または、前記支持面と前記外面との間の接触面の縁部と、前記コネクタの、前記支持部位への入口、または接触面の縁部またはコネクタの入口の間の接触開始点との間の間隔bが、b≧50μmであることを特徴とするはんだ付け接続部。 - 前記間隔aは、前記コネクタ(24)の、前記支持部位(26,28)との接触領域全体の中で保たれていることを特徴とする請求項1に記載のはんだ付け接続部。
- 前記間隔aは,20μm≦a≦500μm、好ましくは100μm≦a≦200μmであることを特徴とする請求項1または2に記載のはんだ付け接続部。
- 前記間隔bに対応する半径を有する円の円周上にまたは円周の外側にある前記接触面の縁部は、前記コネクタ(24)の入口点または接触開始点から出て延びていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記コネクタ(24)の上方には、前記支持部位(26)の、厚さD1のはんだ材料が延びており、但し、D1≧200μm、特に200μm≦D1≦500μmであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記半導体デバイス(10)は、接着力σ[N/mm2]で、接着層(14)または基板(12)に接続されていること、前記コネクタ(24)は、引き裂き力FB[N]で破壊可能であること、および、前記支持部位(26)と前記外面(23)との間の前記接触面Aは、A≧FB/σであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記半導体デバイスの前記接着力σは、0.7N/mm2≦σ≦200N/mm2であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記はんだ付け可能な材料は、工業的に純粋なSn、3.5重量%のAgを含むSn、グループPn,Pb,Cd,Bi,Ga、Ag,Cu,金属シリコン、Al,Mg,Znからの少なくとも1つの金属元素を有するSn合金であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位(26,28)の前記接触面Aは、A≧1mm2、特に1mm2≦A≦40mm2であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記接触面Aは、直径dを持つほぼ円形の形状を有し、但し、5mm≦d≦7mmであることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記接触面Aは、好ましくはそれぞれ2mmと6mmまたは1mmと3mmの間の辺長を持つ、ほぼ矩形の形状を有することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位(28)は、穴あきディスクのような環状要素(30)を有することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記環状要素(30)は、前記はんだ付け材料を介して、前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)に接続されており、前記半導体デバイスから離隔した側に、前記コネクタ(24)が接続されている相手であるはんだ材料を有することを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位は、少なくとも2つの部分支持部位(126,226)からなること、および前記コネクタ(24)は、各々の部分支持部位で、前記間隔(a)を保つことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位は、直線または線に沿って設けられている少なくとも3つの部分支持部位(126,226)を有することを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位(26)すなわち部分支持部位(126,226)は、導電性材料からなる径路(326)上に設けられていることを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記コネクタ(24)は、第1の領域(II)で、直線または線に沿って設けられた複数の部分支持部位(126)の、夫々最も外側の支持部位に入ること、この夫々最も外側の支持部位の、直線の方向に見て縁部が、第2の領域(I)で、直接にまたは前記伝導路(326)を介して、前記半導体デバイス(10)に接触していること、および前記第1の領域(I)と前記第2の領域(II)との間の間隔は、300μmと3mmの間、特に300μmと1mmの間であることを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記支持部位(26)と前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)との間の接触面の縁部と、前記コネクタ(24)の、前記支持部位(26)への入口、すなわち、前記支持部位およびはんだ付けされたコネクタの間の接触の開始点との間の間隔(b)は、前記接触面に沿って見ると、少なくとも100μm、好ましくは少なくとも300μm、特に300μmと3mmの間、好ましくは300μmと1mmであることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 前記はんだ付け可能な材料は、導電性接着剤、焼結された導電性ペーストまたははんだ材料であることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1項に記載のはんだ付け接続部。
- 好ましくは接着層(14)を介して基板(12)に接着されているソーラセル(10)の裏面コンタクト(22)の外面(23)と、特にストリップ状のコネクタ(24)との間に設けられたはんだ付け接続部を有する半導体デバイスにおいて、
この半導体デバイスは、非晶質のシリコン薄層ソーラセル(10)または複数の非晶質のシリコン薄層ソーラセルからなるモジュールであること、および前記薄層ソーラセルは、接着力σで、但し、10N/mm2≦σ≦40N/mm2であって、TCO層(14)を介して、ガラスパネルのような基板(12)に接続されていることを特徴とする半導体デバイス。 - 前記支持部位(26,28)は、面Aを介して、但し、A≧1mm2、特に1mm2≦A≦7mm2、好ましくは5mm2≦A≦7mm2であって、前記薄層ソーラセルの前記裏面コンタクト(22)に接続されていること、および、前記コネクタ(24)は、前記裏面(23)から間隔aあけて、但し、a≧20μm、特に100μm≦a≦200μmであって、前記支持部位の中にはんだ付けされており、または支持部位上にはんだ付けされていることを特徴とする請求項20に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスは、結晶質のシリコン・ソーラセルであって、このシリコン・ソーラセルは、100μmおよび200μmの間の厚さを有する、サーリン(登録商標)層のような、接着層としてのプラスチック層を介して、基板に接続されていることを特徴とする請求項20または21に記載の半導体デバイス。
- コネクタ(24)を半導体デバイス(10)の外面(23)に、特に、シリーズコネクタをソーラセルの裏面コンタクトに接続させるための方法であって、前記半導体デバイスは、好ましくは接着層(14)を介して、基板(12)に接続されており、
以下の工程段階、すなわち、
-はんだ付け可能な材料を、前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)に付着させ、かつ、前記基板上の前記半導体デバイスの接着力と、前記コネクタの引き裂きを引き起こす引き裂き力(F)とに従って予め決定される平坦な延在(A)の、その接触面に接続させること、
-前記コネクタを、前記硬化したはんだ付け可能な材料上にまたは材料の中にはんだ付けすること、を有し、
前記コネクタは、前記外面(23)から間隔aをあけて、但し、a≧10μmであって、前記はんだ付け材料に接続されており、および/または、支持面と、前記半導体デバイスの外面との間の接触面の縁部と、前記コンタクトが前記支持部位の中へまたは支持部位の上にはんだ付けされている相手である接触領域との間の間隔bは、前記コネクタに作用する引張り力の方向に見て、b≧50μmであることを特徴とする方法。 - 前記間隔aは、a≧20μmであることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記はんだ材料を、温度TLで、但し、TL≦400℃、特にTL≦300℃であって、前記外面に付着させることを特徴とする請求項23または24に記載の方法。
- 前記コネクタ(24)を、TV≦400℃で、特に、TV≦300℃であって、前記はんだ付け可能な材料の中へまたは材料の上にはんだ付けすることを特徴とする請求項23ないし25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記はんだ付け可能な材料を、溶剤と共に、前記接触面または前記半導体デバイス(10)の外面(23)に付着させることを特徴とする請求項23ないし26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記接触面(23)を、前記半導体デバイス(10)の前記外面に設けられた環状要素(30)の自由内面によって区画することを特徴とする請求項23ないし27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記接触面を、前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)に付着された絶縁材料、例えば、プラスチックおよびソルダスロップラッカーによって、区画することを特徴とする請求項23ないし28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コネクタ(24)を、前記半導体デバイス(10)の前記外面(23)から、間隔aをあけて、但し、a≧10μm、特に20μm≦a≦500μm、好ましくは100μm≦a≦200μmであって、前記はんだ付け可能な材料の中にはんだ付けしまたは前記はんだ付け可能な材料の上にはんだ付けすることを特徴とする請求項23ないし29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コネクタの上方では、厚さD2を有するはんだ付け可能な材料が、但し、200μm≦D2≦500μmであって、延びているように、かように前記コネクタを、前記はんだ付け可能な材料の中に入れることを特徴とする請求項23ないし30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記半導体デバイスとしての薄層ソーラセルの非晶質シリコン層を、接着力σで、但し、10N/mm2≦σ≦40N/mm2であって、TCO層を介して、ガラスパネルに接続することを特徴とする請求項23ないし31のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体デバイスとして、サーリン(登録商標)層のような、接着層としてのプラスチック層を介して前記基板に接続させる結晶質シリコン・ソーラセルを用いることを特徴とする請求項23ないし32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記非晶質のシリコン・ソーラセルを、厚さDを有する、サーリン(登録商標)層のような、プラスチック層を介して、但し、100μm≦D≦200μmであって、前記基板に接続することを特徴とする請求項33に記載の方法。
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