JP2015091601A - 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

Abstract

【課題】基盤と半導体デバイス間のはんだ接続部の接合強度を向上する方法を提供する。
【解決手段】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、ストリップ状のコネクタ２４との間のはんだ付け接続部に関し、支持部位の中にまたはその上に、コネクタが、外面からの間隔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、支持面と外面との間の接触面の縁部と、コネクタの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。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスの外面と、好ましくはストリップ状のコネクタとの間の、特に、ソーラセルの裏面コンタクトと、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関する。更に、本発明は、コネクタを、半導体デバイスの外面に、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するための方法に関する。半導体デバイスは、接着層を介して、基板に接続されている。

コネクタと、非晶質シリコン薄層ソーラセルとの間の知られたはんだ接続部は、はんだづけ部位の再生不可能な接着を特徴とする。

複数の検査は、薄層ソーラセルの場合に、しばしば引き裂きの画像を生じた。この画像では、非晶質のシリコン層が、ＴＣＯ接着層（Transparent Conductive Oxide）から剥離する。しかしながら、ＴＣＯ層上の非晶質シリコン層の接着力が、かように高い程度に均質でないという誤解が仮定されるだろう。従って、このような引き裂き画像は、低い非均質な層接着に起因されるのではなくて、一層曲げに強いはんだ付け部位によって引き起こされる、層の剥離に起因されるのであって、引き裂き力が、引き裂き部位の縁部における非常に小さな区域に集中される。それ故に、非常に少ない力でも、高い表面力がもたらされる。

特許文献１は、構造化された表面を有する電気導体および導電性のコーティングからなる電気的接続要素に関する。このような接続要素を、ソーラセルを接続するために用いることができる。この目的のために、はんだ付け可能なコーティングを有する接続要素は、ソーラセルの上にはんだ付けされる。

特許文献２の主題は、接続導体を、光起電形のソーラセルの接続コンタクトに付着させるための方法である。

特許文献３は、垂直方向の電流路を有する、平板導体技術によるパワー半導体コンポーネントに関する。接続要素は、導電膜を介して、パワー半導体チップに接続されている。導電膜は、更に、接続要素を、導電性をもって、内部平板導体に接続する。

WO-A-2006/128203 DE-A-36 12 269 US-A-2007/0085201

はんだ付け接続部およびはんだ付け接続部を製造するための方法を、コネクタに作用する引っ張り力が、半導体デバイスを基板からまたは基板と半導体デバイスとの間にある接続層から剥がすことがないように、改善するという目的が、本発明の基礎になっている。

本発明によれば、上記目的は、明細書の最初の部分に記載のタイプはんだ付け接続部により、以下のことによって、すなわち、半導体デバイスの外面からは、はんだ付け可能な材料からなりかつ接触面Ａを介して外面と接触している支持部位が出ており、この支持部位の中にまたはその上に、コネクタは、外面からの間隔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、支持面と半導体デバイスの外面との間の接触面の縁部と、コネクタの、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であることによって、解決される。間隔ｂは、ここでは、接触面の縁部が、半径ｂを有する円の中心点と、入口または接触開始点との間隔をあけて、延びていることを意味する。というのは、引っ張り力が、原則的には、任意の径方向で分散していることができるからである。

このことによって、コネクタに作用する引き裂き力が、大きな面に亘って均等に分散される。

例えば、中間層における半導体デバイスの接着力が、２０Ｎ／ｍｍ^２であるとき、支持部位が４０ｍｍ^２の面を有すれば、半導体デバイスを、接着層のような基板から外すためには、４００Ｎの理論的な引き裂き力を発生させることができる。しかしながら、引き裂き力が達成される前に、ソーラセルにおいて通常使用されるコネクタが裂ける。典型的な大きさは、６０Ｎと１００Ｎの間である。しかしながら、このような考慮すべきことのための前提は、支持部位が外面に付着している、すなわち、剥がれないことである。

特に提案されているのは、コンタクトの、支持部位に接続された領域が、常に、２０μｍと５００μｍの間、特に１００μｍと２００μｍの間であるほうがよい間隔を保つことである。このこととは別に、間隔ａは少なくとも以下の領域で、すなわち、コネクタが、縁部領域で、支持部位に接続されており、あるいは、コネクタが支持部位に突っ込んでおり、あるいはコネクタと支持部位との接触の開始点が延びていてなる領域で、維持されねばならない。後者のことは、特に、コネクタが支持部位の上にはんだ付けされている場合に、当てはまる。

間隔ｂは、特に、１００μｍより大きく、特に３００μｍと３ｍｍの間にあるほうがよい。

更に、本発明は、支持部位が均一にデザインされており、１０μｍないし５００μｍ、好ましくは１００μｍと２００μｍの範囲にある厚さを挙げることは好ましい。ここで考慮しなければならないのは、コネクタの領域およびコネクタの円周では、支持部位の厚さが、これらの数値を下回らないことである。他の場合には、層システムでの、すなわち、支持部位と半導体デバイス、特にソーラセルの間の領域での剥離が始まる、という危険性がある。

スズ層等のような如何なるはんだもないコネクタ自体と、支持部位が付着されている、半導体デバイスの外面と、の間に間隔ａを維持することによって保証されているのは、コネクタに作用する高い引っ張り力が生じる際に、剥離が支持部位の中へ移動され、すなわち、剥離が外面でなされず、コネクタと支持部位との間で、すなわち、コネクタとはんだ付け可能な材料、例えば、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との間で、なされることである。以下、全体的に簡単にするためにも、はんだまたははんだ付け材料について記述する。

しかしながら、剥離を回避し、かつ、高い引き裂き力の際に半導体自体の引き裂きを引き起こす可能性があるのは、支持部位が構成されている元であるはんだ材料の、２００μｍないし５００μｍの厚さの層がコネクタ上にはんだ付けされ、あるいは、コネクタを支持部位にはんだ付けする際に、コネクタが、導かれた状態で、支持部位の中へ導入され、あるいは押し込められるときである。それ故に、半導体デバイスの外面からの、あるいは、支持部位の、外面から所望の間隔が保持される。コネクタをいわば支持部位の中へはんだ付けすることによって達成されるのは、１００μｍの厚さのコネクタの使用の際には、引き裂きがコネクタとはんだとの間で生ぜず、約６０Ｎの引き裂き力の場合に、コネクタ材料が裂けることである。

スズめっきされた銅からなり、かつソーラセルのために用いられる、通常のコネクタは、１ｍｍないし５ｍｍの幅および１００μｍの前記厚さを有する。

特に提案されていることは、半導体コンタクトまたは半導体デバイス自体が、接着力σ［Ｎ／ｍｍ^２］で、接着層のような基板に接続されていること、コネクタが引き裂き力Ｆ_Ｂ［Ｎ］の際に破壊されること、および、支持部位の接触面Ａ［ｍｍ^２］が，Ａ≧Ｆ_Ｂ／σであることである。ここでは、基板または接着層上の半導体デバイスの接着力が、０．７Ｎ／ｍｍ^２と２００Ｎ／ｍｍ^２の間である。但し、ソーラセルの場合である。

はんだまたははんだ付け可能な材料としては、特に無鉛のスズ，あるいは３．５重量％までの銀成分を有するスズ、あるいはグループＩｎ，Ｐｂ，Ｃｄ，Ｂｉ，Ｄａ，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スズ合金が適切である。

所定の支持部位面を得るためには、実施の形態は、支持部位が、はんだ付け可能な材料を介して半導体デバイスの外面に接続されている金属からなる環状要素によって、区画されていることを提案する。この場合には、環状要素の面が支持部位の接触面である。その代わりに、外面上に支持部位を所定に区画するために、除去可能な環状要素が設けられていてもよい。この環状要素は、好ましくはプラスチックからなり、支持部位の硬化後に除去されることができる。

特に、半導体デバイスは、非晶質のシリコン薄層ソーラセル、または非晶質のシリコン薄膜ソーラセルからなるモジュールである。薄層ソーラセルは、接着力σで、但し、１０Ｎ／ｍｍ^２≦σ≦４０Ｎ／ｍｍ^２であって、ＴＣＯ層を介して、ガラスパネルのような基板に接続されている。支持部位は、接触面Ａを介して、但し、Ａ≧１ｍｍ^２、好ましくは５ｍｍ^２ないし７０ｍｍ^２であって、薄層ソーラセルの裏面コンタクトに接続されており、コネクタは裏面コンタクトから間隔ａをあけて、但し、ａ≧５００μｍであり、支持部位の中へはんだ付けされ、あるいは支持部位の上にはんだ付けされている。特に、支持部位は、５ｍｍ^２ないし７０ｍｍ^２の接触面を有する。

特に提案されているのは、接触面Ａが、直径ｄが５ｍｍ≦ｄ≦７ｍｍであるほぼ円形の形状を呈することであることである。

例えば約１００μｍ―６００μｍのウェハの厚さを有する半導体デバイスは、結晶質のシリコン・ソーラセルであってもよい。通常は、安定的なはんだ付け部位の引き裂きの際に、曲げモーメントが、１００μｍないし６００μｍ、少なくとも３００μｍの厚さのシリコンパネルへ加えられることができる。パネルは、３Ｎの力の際に壊れてしまう。曲げモーメントを増大させるために、かつ、シリコンパネルの、接着層からの剥離またはパネル自体の破壊がなされる際の、より大きな引き裂きを達成させるために、ソーラセルが、硬いプラスチック層、例えば１００μｍと２００μｍの厚さのサーリン（登録商標）層を介して、基板に取り付けられていることが提案されている。

これとは別に、支持部位は、少なくとも２つの部分支持部位からなっていてもよい。コネクタは、各々の部分支持部位で、間隔ａを保つ。

コネクタを半導体デバイスに、特に、シリーズコネクタをソーラセルの裏面に接続させるための方法であって、半導体デバイスは、好ましくは接着層を介して、基板に接続されており、
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。

この場合、特に提案されていることは、はんだ付け可能な材料が、温度Ｔ_Ｌで、但し、Ｔ_Ｌ≦４００℃、特にＴ_Ｌ≦３００℃であって、外面に接続され、例えば、外面とはんだ付けされる。更に、コネクタは、温度Ｔ_Ｖの際に、但し、Ｔ_Ｖ≦４００℃で、特に、但し、Ｔ_Ｖ≦３００℃であって、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ほうがよい。

はんだ付け可能な材料と、外面との間の、良好な、材質同士の結合を達成するために、実施の形態は、はんだ付け可能な材料を外面に接続する前に、形成される接触面の領域に、溶剤が付着されることを提案する。

更に、接触面の所定の大きさを達成するための可能性、すなわち、接触面が、外面に設けられており、かつはんだ付け可能な材料、例えば、はんだの硬化後に除去される環状要素の、その自由内面によって区画されるという可能性がある。

更に、はんだ付け可能な材料を、外面に設けられておりかつ金属からなる環状要素の内部空間に入れ、次に、例えば誘導加熱によって外面に接続される可能性がある。この場合、環状面が接触面の部分である。

半導体デバイスとしては、非晶質のシリコン薄層ソーラセルを用いることができることは好ましい。このシリコン・ソーラセルは、１０Ｎ／ｍｍ^２と４０Ｎ／ｍｍ^２の間の接着力σで基板に接続される。

半導体デバイスとしては、結晶質のシリコン・ソーラセルを用いることができる。このソーラセルは、サーリン（登録商標）層を介して基板に接続される。サーリン（登録商標）層の厚さは、１００μｍと２００μｍの間の範囲に定められる。

更に、支持部位に接続されているコネクタの上方には、Ｄ_１の厚さを有するはんだ材料が、但し、２００μｍ≦Ｄ_１≦５００μｍであって、付着されることが最適であると提案されている。

しかしながら、本発明は、コネクタが、直線に沿って延びている複数の支持部位を介して、半導体デバイスに接続されていることも含む。とはいっても、このような実施の形態では、個々の部分支持部位で、半導体デバイスの上面と、部分支持部位の内側またはその上におけるコネクタとの間の最小間隔がａと同じか、またはａよりも大きいという、二次的条件が満たされているほうがよい。部分支持面は、全体として、接触面全体Ａを形成する。

特に部分支持部位では、更に、部分支持部位が半導体デバイスの上面に直接付着されるのではなく、導電性材料、例えば、スズからなる経路上に付着されるという可能性がある。次に、最小空間ａには、半導体デバイスから直接出ている伝導路の下面と、各々の部分支持部位の内側におけるコネクタのコースとの間隔から生じる。

更に、各々の外側の部分支持部位に関して、導体路の縦方向に見て伝導路の縁部と、コネクタの、部分支持部位への入口との間の間隔ｂが、３００μｍと３ｍｍの間の、特に、３００μｍと１ｍｍの間にあるほうがよい。

本発明の複数の他の詳細、利点および特徴は、複数の請求項と、これらの請求項から読み取れる、単独および／または組合せで生じる複数の特徴とからのみならず、図面から見て取れる複数の好ましい実施の形態の以下の記述からも明らかである。

支持部位とコネクタを有するソーラセルの第１の実施の形態の原理図を示す。 支持部位とコネクタを有するソーラセルの第２の実施の形態の原理図を示す。 支持部位とコネクタを有するソーラセルの第３の実施の形態の原理図を示す。 支持部位とコネクタを有するソーラセルの第４の実施の形態の原理図を示す。 ストリップ状に形成された支持部位を有するソーラセルの他の実施の形態の平面図を示す。 ストリップ状の支持部位を表わす断面の、図５に示すソーラセルの詳細図を示す。 剥離工程の原理図を示す。 剥離工程の他の原理図を示す。 支持部位に接続されたコネクタの原理図を示す。 複数の部分支持部位からなる支持部位を有するソーラセルの他の実施の形態を示す。 図１０の実施の形態の変形例を示す。 複数の部分支持部位を介してソーラセルに接続されているコネクタの剥離力を示す。

基本的に同一の要素に同一の参照符号が付されていてなる図面で、半導体デバイスの原理図を参照して、本発明に係わる教示を説明する。その教示とは、コネクタを半導体デバイスに、以下のように、すなわち、コネクタに作用する引張り力が、半導体デバイスの、半導体デバイスが出てくる元である基板からの、あるいは、基板と半導体デバイスとの間にある接着層からの分離をもたらさないように、接続することである。

かくして、複数の図には、全く原理的に、半導体デバイスとして、非晶質シリコンからなる薄膜ソーラセル１０が示されている。ソーラセルは、通常の構造を有する。すなわち、ガラス基板１２上には、接着層としてのＴＣＯ層（transparenter Kontakt）を介して、光活性領域を形成しかつ非晶質シリコン、例えば、p-i-n構造からなる層システムが設けられている。この層システムを、以下、層１６と呼ぶ。この層自体は、裏面コンタクト２２によって覆われている。実施の形態では、裏面コンタクト２２は、金属層１からなる、例えばアルミニウム層と、この金属層を覆いかつニッケルからなり、またはニッケルを含む（Ｎｉ：Ｖ）層２０とから構成されている。その目的は、以下のタイプのコネクタ２４とのはんだ付けを可能にするためである。アルミニウムからなる層の代わりに、例えば、銀層または銀を含む層も、裏面コンタクトとしてあるいは裏面コンタクトの層として用いることができる。更に、非晶質シリコンからなる層１６と、裏面コンタクト２２との間には、ＺｎＯ層が延びているほうがよい。ＴＣＯ層１４は、しばしば、ＳｎＯ_２：Ｆからなる。

かようなソーラセル１０をモジュールの中で接続するために、実施の形態で層１８および２０からなる裏面コンタクト２２が、コンタクト２４に接続されていることが必要である。後者のコンタクトは、通常は、スズめっきされた銅からなりかつ１００μｍないし２００μｍの厚さおよび１ｍｍないし５ｍｍの幅を有する、ストリップ状のシリーズコネクタである、
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。

はんだ付け材料またははんだ付け可能な材料は、特に、非晶質シリコンに基づかない薄層ソーラセルまたはウェハソーラセルの場合には、導電接着剤または焼結したペーストであってもよい。

スズ塊を裏面コンタクト２２に付着することによって達成されるのは、引張り力がコネクタ２４に作用するとき、光活性層１６が損傷を受けることなく、支持部位２６の剥離またはコネクタ２４の亀裂がなされることである。換言すれば、剥離部位が、スズ塊の領域へ移動される。その目的は、薄層ソーラセル１０の耐久性を危うくしないようにするためである。

支持部位２６またはスズ塊によって達成されるのは、シリーズコンタクト２２に作用する力が、必然的に、より大きな面に、すなわち、裏面コンタクト２２の支持部位２６と外面２３との間の接触面Ａに分散されることである。例えば、非晶質シリコンからなる層１６の、ＴＣＯ層１４に対する接着力σが、２０Ｎ／ｍｍ^２であるとき、裏面コンタクト２２に対する支持部位２６の接触面Ａの場合に、但しＡ＝１ｍｍ^２であって、シリコン層１６の損傷なしに、２０Ｎの引き剥がし力が作用する。接触面Ａが例えば１００ｍｍ^２に設定されるとき、ソーラセル１０の損傷を引き起こすことなく、２０００Ｎの引き剥がし力が発生するだろう。しかしながら、かような引き剥がし力がある場合には、通常は６０Ｎまでの引き剥がし力に耐えるシリーズコネクタ２４が裂けるであろう。

スズ塊の厚さは、均一にデザインされる。シリーズコネクタ２４がスズ塊に接続されているか、あるいはこのスズ塊に延びていてなる領域には、裏面コンタクトとシリーズコネクタとの間の間隔ａが、少なくとも１０μｍ、好ましくは２０μｍないし５００μｍ、特に１００μｍないし２００μｍであることが意図される。図２の実施の形態では、シリーズコネクタ２４がスズ塊の中へはんだ付けされているとき、図３に明らかにされるように、シリーズコネクタ２４が、支持部位２６にのみ、はんだ付けされ、あるいは、僅かな範囲ではんだ材料によって覆われている、という可能性がある。

保たれる最小間隔ａが重要であるのは、引き剥がし力が、部位Ｉに、従って、外面２３に対する支持部位の周縁線に、従って、スズ塊２６とＮｉ：Ｖ層２０の間の接触領域に伝達されないようにするためである。他の場合には、外面２３に直接に沿って剥がれがなされるだろう。このことによって、引き剥がし力が、次第に小さくなる接触面に亘って、引き続き伝達されるだろう。

間隔ａによって、引き剥がし力が、より大きな材料領域に亘って分散され、従って、接触面が外見上は拡大される。それ故に、大きな引き剥がし力の場合でも、ソーラセルの層構造が損傷を受けない。

図２の原理図から明らかなように、スズ塊２６は、十分な厚さで、シリーズコネクタ２４の上方に延びている。このことによって達成されるのは、シリーズコネクタ２４の剥離がなされることができ、その後、シリーズコネクタの、スズ塊（領域ＩＩ）への入口領域で、剥離がなされることである。しかしながら、スズ塊２６と、裏面コンタクト２２の表面２３すなわちＮｉ：Ｖ層２０との間の接触面は、Ａ≧３ｍｍ^２でなければならない。但し、コネクタ２４の破壊を引き起こす力が６０Ｎであり、ＴＣＯ層１４に対するシリコン層１６の接着力が２０Ｎ／ｍｍ^２である場合に限る。接着力に関する他の値があるときは、対応して、接触面Ａの寸法を変えねばならない。同一のことが、シリーズコネクタ２４の破壊を引き起こす引き裂き力に関して当てはまる。

前述の「入口領域」は、基本的に、入口個所である。

高い引き剥がし力を導入することができるためには、更に、２００μｍと５００μｍとの間の厚さＤ_１のはんだ材料が、コネクタ２４の上方で延びているように、コネクタ２４が、スズ塊２６に挿入されることが、提案されていることは好ましい。厚さＤ_１は、コネクタ２４の上側と、支持部位２６の頂部２７との間の間隔である。

図１の実施の形態は、図３の実施の形態とは、コネクタ２４が、実質的に、スズ塊の表面、すなわち支持部位２６に接続されている点で、異なっている。ここでは、間隔ａ、すなわちコネクタ２４と、但し、支持部位２６におけるコネクタのコースが支持部位２６にあると見なされる限りであって、裏面コンタクト２２の表面２３との間の最小間隔が、同様に、少なくとも１０μｍ、特に２０μｍと５００μｍとの間にあるほうがよい。１００μｍと２００μｍの間の値域が好適と見なされる。

このこととは別に、図面では参照符号Ｉが付されている、外面２３上のスズ塊２６の、その周囲境界線と、図面では参照符号ＩＩが付されている入口点、すなわち、コネクタ２４の、支持部位２６への外側の接触点との間の間隔は、少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍ、特に、少なくとも３００μｍであり、好ましくは３００μｍと３ｍｍの間、特に３００μｍと１ｍｍの間にあることほうがよい。但し、基本的には、上限はない。この間隔には、図１および２では、参照符号ｂが付されている。この場合、間隔ｂは、接触面の表面、すなわち外面２３に沿っておよびコネクタ２４の引張り方向での寸法である。引張り方向は、コネクタ２４に作用する方向である。このコネクタは、はんだ支持点２６と材質同士で結合されている部分の方向の延長部分として延びている。しかし、ネクタ２４と接触面との間の間隔ｂを、前者の部分の延長部分においてのみならず、全体的に、半径ｂを有する円の領域でも、保つほうがよい。この円は、入口箇所、すなわち、コネクタ２４の、支持部位２６との接触開始部から出ている。図５および６では、間隔ｂは、前記部分の縦方向におよびこの部分に対し横方向にまたは垂直に描かれている。

間隔ｂは、種々の径方向で異なっていてもよいが、少なくとも５０μｍ、特に少なくとも１００μｍであるほうがよい。

支持部位２８の他の実施の形態は、図３から見て取れる。この支持部位は、例えば、フラットブラスのような金属のリング３０からなる。リングの内部空間に、スズのようなはんだ材料を、一滴の溶剤と共に入れることは好ましい。円環ディクス３０が誘導加熱されるとき、溶剤およびＳｎが溶ける。はんだは、Ｎｉ：Ｖ層２０および円環ディスク３０を等しく湿らせ、毛管現象の故に、円環ディスク３０とＮｉ：Ｖ層２０との間のギャップに流れ込む。次に、コネクタ２４のはんだ付けが、例えば、はんだ付けヘッドによる円環ディスク３０への押圧によってなされるとき、はんだは、最早流れ出ることはない。この場合、表面張力が、反発力を一層上回る。それ故に、はんだは、最早排除されない。かくして、所定の面が形成される。はんだ付け領域３２にあるシリーズコネクタ２４および支持部位２８の間の接続部と、はんだ材料およびＮｉ：Ｖ層２０の間の接触面Ａと、の間の間隔ａが、明瞭に定義されている。同じジオメトリが、環状のはんだペースト構造のプレスおよび焼結によって生じる。

図１および２と同様に、シリーズコネクタ２４と支持部位２８との間の接触領域３２を、剥離の危険のある領域ＩＩと呼び、支持部位２８とＮｉ：Ｖ層２０の間の接触領域を、剥離の危険のある領域Ｉと呼ぶことができる。ここでは、領域ＩとＩＩの間の間隔が５０μｍより大きく、好ましくは１００μｍより大きく、特に３００μｍより大きく、特に好ましくは３００μｍと約１ｍｍの間、好ましくは３００μｍと約３ｍｍの間にあるほうがよい。それ故に、許容されないほどに高い引き剥がし力によるシリーズコネクタへの作用の際に、剥離が、剥離の危険のある領域Ｉではなく、剥離の危険のある領域ＩＩでなされる。このことによって、引き裂き力が、シリコン層１６とＴＣＯ層１４との間の接着問題の故に生じる機構を取り除くために、接触面Ａ_１およびＡ_２に亘って均等に分散されることが上手く行く。

図４の実施の形態では、環状要素３０の内部空間に、同様にはんだがある。これに対応して、図４の接触面には、参照符号Ａが付されている。リング３０の内部空間にはんだ材料がないならば、接触面Ａ_１は環状である（図３）。

全く原理的に図２から見て取れるように、シリーズコネクタ２４の上方に延びているはんだ材料の厚さの選択によって、記述のように、領域ＩＩにおける剥離の前に、シリーズコネクタ２４自体が裂けることが更に達成される。

このこととは別に、間隔ａによって、剥離が、Ｎｉ：Ｖ層２０との接触領域（領域Ｉ）ではなされないことが達成される。それ故に、層システムに伝達される引き裂き力は、シリコン層１４がＴＣＯ層から剥がれることをもたらさない。

剥離機構に関しては、剥離が、連続的な非常に小さな歩みで生じ、有効な接着面が最小限に減じられることを言及しなければならないのである。この場合、顕微鏡的に小さい部分的面の微小の剥離が、連続的になされる。この場合、引き裂き力は、数ｍｍの線上に分散される。このことによって、臨界付着応力が生じる。

図４の実施の形態は、図３の実施の形態とは、特に絶縁材料からなるリング３２が、裏面コンタクト２２上で、コネクタ２４との接続が形成されるべきであってなる箇所に位置決めされることである。次に、リング３２の内部空間にはんだ材料を入れる。その目的は、内部空間に対応してディスク形状を有するはんだ付け支持部位３４を形成するためである。当然ながら、このような支持部位３４が、いわば支えなしに、補助リング３２なしに付着されるという可能性もある。このこととは別に、コネクタ２４と支持部位３４との接続は、寸法に関して、前述のように、すなわち、裏面コンタクト２２の接触面または外面２３の間の間隔ａが、コネクタ２４と面２３との間の最小間隔で、少なくとも１０μｍ、特に、２０μｍと５００μｍとの間の範囲にあるようにして、なされる。更に、コネクタ２４を支持部位３４のはんだ材料に押し込むという可能性もある。押し込む目的は、例えば、図２の実施の形態に示すように、コネクタ２４の上方で、はんだ材料の、１００μｍと２００μｍの間の範囲にある層の厚さＤ_１を得るためである。

図５ないし１２を参照して、支持部位のデザインまたは構造、あるいは支持部位に接続されたコネクタのコースに従って、生じる機構を詳述しよう。このこととは別に、図７ないし９は、コネクタ２４が、例えば、スズ層のようなはんだ層によって囲まれていてもよいことを明らかにする。この層には、図７では、参照符号２５が付されている。かくして、間隔ａは、コネクタ２４自体に関し、基本的には、はんだ層２５を考慮しない。

かくして、図５は、支持面が円形または点状にデザインされていることは必ずしも必要ないことを明らかにする。むしろ、伸びた状態に形成された支持部位２６を用いることができる。しかしながら、このことは別に、コネクタ２４と、ソーラセル１０の上面２３との間の最小間隔が、ａと同じか、ａよりも大きく、但し、ａは≧１０μｍであって、特に、２０μｍ≦ａ≦５００μｍ、好ましくは１００μｍ≦ａ≦２００μｍであるという二次的条件が満たされねばならない。更に、考慮に入れねばならないことは、支持部位２６の外縁と、コネクタ２４の、支持部位２６への入口点との間の間隔ｂが、少なくとも５０μｍ、好ましくは、少なくとも１００μｍであり、特に３００μｍと３ｍｍの間、好ましくは３００μｍと１ｍｍの間にあることである。

図５の描写の領域の断面を示す図６からは、コネクタ２４の、支持部位２６への入口箇所と、外面２３上にある、支持部位の外面との間には、少なくとも間隔ｂがあることが認められる。

図７により、コネクタ２４が、支持部位にある半導体基板の表面から間隔ａをあけて延びていないとき、すなわち、前に説明したように、領域ＩおよびＩＩが重なるとき、シリコン層１６がＴＣＯ層１４から剥離され、このことによって、ソーラセル１０が損傷を受けることが明らかにされる。

これに対し、コネクタ２４が、間隔ａをあけて、支持部位に入れられ、この間隔を、支持部位全体の領域に保ち、領域ＩとＩＩが互いに間隔をあけているとき、全く原理的に図９から認められるように、生じる引き裂き力Ｆに従って、支持部位の剥離（図８）またはコネクタ２４の亀裂がなされる。

図１０ないし１２は、支持部位２６が、直線または線に沿って延びている複数の部分支持部位１２６，２２６からなり、これらの支持部位自体は、スズ経路（Zinn-Bahn）のような伝導路３２６上に設けられていることを明らかにすることが意図される。この場合、部分支持部位１２６，２２６が互いに同一の間隔を有することは不要である。

しかしながら、このこととは別に、コネクタ２４が、各々の部分支持部位１２６，２２６で、ソーラセル１０の上面２３に対し、すなわち、伝導路３２６の下面に対し間隔ａを保つという二次的条件が満たされねばならない。更に、コネクタ２４の縦方向に見て伝導路３２６の外縁、すなわち、領域Ｉと、コネクタ２４の、各々の最外側の部分支持部位１２６への入口箇所、すなわち領域ＩＩとの間の間隔が、間隔ｂを有するほうがよい。間隔ａは、少なくとも１０μｍであり、特に、２０μｍと５００μｍの間にあり、好ましくは１００μｍと２００μｍとの間にあるほうがよい。間隔ｂは、好ましくはｂ≧５０μｍであり、特に、３００μｍと３ｍｍの間、好ましくは３００μｍと１ｍｍの間にあるほうがよい。

図１２は、原理的に、余りに大きな引き剥がし力の、コネクタ２４への作用の際に、部分支持部位１２６，２２６における連続的な剥離がなされるのであって、ソーラセル１０の複数の層の引き剥がしがなされるのではなく、このことによって、他の場合には、これらの層が損傷を被るであろうことを示す。

１０ 半導体デバイス
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 (50)

1. 基板（１２）に接続された半導体デバイス（１０）の外面（２３）と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、前記支持部位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、即ち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。
2. 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。
3. 前記間隔ａは，２０μｍ≦ａ≦５００μｍ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。
4. 前記間隔ａは、１００μｍ≦ａ≦２００μｍであることを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け接続部。
5. 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４のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
6. 前記コネクタ（２４）の上方には、前記支持部位（２６）の、厚さＤ_１のはんだ材料が延びており、但し、Ｄ_１≧２００μｍ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。
7. 前記厚さＤ_１は、２００μｍ≦Ｄ_１≦５００μｍであることを特徴とする請求項５６記載のはんだ付け接続部。
8. 前記半導体デバイス（１０）は、接着力σ［Ｎ／ｍｍ^２］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Ｆ_Ｂ［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≧Ｆ_Ｂ／σ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。
9. 前記半導体デバイスの前記接着力σは、０．７Ｎ／ｍｍ^２≦σ≦２００Ｎ／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項８に記載のはんだ付け接続部。
10. 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９のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
11. 前記支持部位（２６，２８）の前記接触面Ａは、Ａ≧１ｍｍ^２であ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。
12. 前記接触面Ａは、１ｍｍ^２≦Ａ≦４０ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１１に記載のはんだ付け接続部。
13. 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１２のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
14. 前記接触面Ａは、それぞれ２ｍｍと６ｍｍ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１３のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
15. 前記接触面Ａは、それぞれ１ｍｍと３ｍｍの間の辺長を持つことを特徴とする請求項１４に記載のはんだ付け接続部。
16. 前記支持部位（２８）は、環状要素（３０）を有す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。
17. 前記環状要素は、穴あきディスクであることを特徴とする請求項１６に記載のはんだ付け接続部。
18. 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１６または１７に記載のはんだ付け接続部。
19. 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１８のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
20. 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１９のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
21. 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２０のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
22. 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の間であることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
23. 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１ｍｍの間であることを特徴とする請求項２２に記載のはんだ付け接続部。
24. 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であることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
25. 前記間隔（ｂ）は、少なくとも３００μｍであることを特徴とする請求項２４に記載のはんだ付け接続部。
26. 前記間隔（ｂ）は、３００μｍと３ｍｍの間であることを特徴とする請求項２４に記載のはんだ付け接続部。
27. 前記間隔（ｂ）は、３００μｍと１ｍｍであることを特徴とする請求項２４に記載のはんだ付け接続部。
28. 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２７のいずれか１項に記載のはんだ付け接続部。
29. 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、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／ｍｍ^２≦σ≦４０Ｎ／ｍｍ^２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。
30. 前記支持部位（２６，２８）は、面Ａを介して、但し、Ａ≧１ｍｍ^２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２９に記載の半導体デバイス。
31. 前記間隔ａは、１００μｍ≦ａ≦２００μｍであることを特徴とする請求項３０に記載の半導体デバイス。
32. 前記面Ａの面積は、１ｍｍ^２≦Ａ≦７ｍｍ^２であることを特徴とする請求項３０または３１に記載の半導体デバイス。
33. 前記面Ａの面積は、５ｍｍ^２≦Ａ≦７ｍｍ^２であることを特徴とする請求項３０ないし３２のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
34. 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２９ないし３３のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
35. 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。
36. 前記間隔ａは、ａ≧２０μｍであることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. 前記はんだ材料を、温度Ｔ_Ｌで、但し、Ｔ_Ｌ≦４００℃、前記外面に付着させることを特徴とする請求項３５または３６に記載の方法。
38. 前記温度Ｔ_Ｌは、Ｔ_Ｌ≦３００℃であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 前記コネクタ（２４）を、Ｔ_Ｖ≦４００℃で、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３５ないし３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記温度Ｔ_Ｖは、Ｔ_Ｖ≦３００℃であることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. 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３５ないし４０のいずれか１項に記載の方法。
42. 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３５ないし４１のいずれか１項に記載の方法。
43. 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３５ないし４２のいずれか１項に記載の方法。
44. 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３５ないし４３のいずれか１項に記載の方法。
45. 前記間隔ａは、２０μｍ≦ａ≦５００μｍであることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
46. 前記間隔ａは、１００μｍ≦ａ≦２００μｍであることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
47. 前記コネクタの上方では、厚さＤ_２を有するはんだ付け可能な材料が、但し、２００μｍ≦Ｄ_２≦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３５ないし４６のいずれか１項に記載の方法。
48. 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／ｍｍ^２≦σ≦４０Ｎ／ｍｍ^２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３５ないし４６のいずれか１項に記載の方法。
49. 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３５ないし４８のいずれか１項に記載の方法。
50. 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４９に記載の方法。

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