KR20120114339A - 태양 전지 조립체 ⅰ - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본딩 패드에 부착된 태양 전지 및 냉각 기판을 포함하며, 본딩 패드와 냉각 기판은 동일한 평면에 평면상으로 결합되어 본딩 패드와 냉각 기판이 고체상 연결 형태로 서로 연결된 태양 전지 조립체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본딩 패드에 부착된 태양 전지 및 냉각 기판을 포함하며, 본딩 패드가 냉각 기판의 표면에 부착되어 본딩 패드와 냉각 기판이 고체상 연결 형태로 서로 연결된 태양 전지 조립체와 이러한 태양 전비 조립체의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양 전지 조립체와 태양 전지 조립체의 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 본 발명은 냉각 기판과 태양 전지의 부착을 위한 본딩 패드를 포함하는 태양 전지 조립체에 관한 것이다.
광 전지(photovoltaic) 또는 태양 전지(solar cell)는 태양이 방사하는 빛을 전기 전류로 변환하도록 설계된다. 태양광 장치들의 집광기에서, 인입되는 태양 광은 태양 전지로 향하기 전에 광학적으로 집광된다. 예를 들면, 인입되는 태양 광은 제1거울에 의해 수용되며, 제1거울은 수용한 태양 광을 제2거울로 반사하며, 제2거울은 다시 상기 태양 광을 태양 전지로 반사한다. 태양 전지는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체나 단결정 실리콘(single crystal silicon)에서 정공 쌍(electron-hole pairs)을 발생시킴으로써 집광된 태양 광을 전류로 변환한다.
태양 전지는 반도체 집적 회로 다이(semiconductor integrated circuit die)를 포함하며, 태양 전지가 한 개 이상의 기능성 소자에 연결되어 있는 집적된 회로 패키지(integrated circuit package) 또는 태양 전지 조립체(SCA, solar cell assembly)의 형태를 필요로 한다. 태양 전지 조립체(SCA)는 특히 외부 환경에 대한 보호, 열 방산 및 태양 전지에 대한 전기적 접속을 제공할 수 있다.
종래 기술에서, 태양 전지 조립체(SCA)는 연속적인 한 개의 기판 베이스 위에 만들어지거나, 또는 서로 전기적으로 절연된 복수 개의 구성 부품을 포함한다. 중요한 문제는 태양 전지를 태양 전지 조립체(SCA)와 후면 접촉시키는 것이다. 관례적으로, 냉각 기판(cooling substrate)으로 작용하는 연속적인 한 개의 기판은 비용이 비쌀 뿐만 아니라 지루하고 시간이 많이 걸리는 공정 단계인 선택적인 귀금속(예를 들면, 금) 증착(deposition)에 의해 태양 전지의 후면에 접촉된다. 태양 전지에서 빠르고 값싼 기판의 처리과정과 대조되는 넓은 냉각 면적을 필요로 한다. 많은 전기적으로 절연되는 물질 요소들을 제공하는 것은 열 전도성(thermal conductivity)을 나쁘게 하여, 태양 전지의 전체적인 열적 연결을 비효율적으로 만든다. 더욱이, 다른 물질 특성을 갖는 재료를 제공하는 것은 보다 높은 비용과 복수의 연결 영역을 의미하며, 갈바니 요소(galvanic elements) 또는 열기구 응력(thermo-mechanic stress) 때문에 제조된 태양 전지 조립체(SCA)의 (긴 수명) 신뢰성(reliability)을 현저하게 악화시키게 될 수 있다.
따라서, 최근의 공학적 진보에도 불구하고 원가 증가 없이 신뢰성 있는 전기적 접촉, 효율적인 열전도 및 노화에 대한 저항성을 가지며 또한, 생산을 합리화하는 것을 고려한 태양 전지 조립체(SCA)를 제공할 필요성이 있다.
본 발명은 상술한 필요를 해결하기 위한 것으로서, 청구항 1항에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 제조 방법을 제공한다. 청구항 1항은,
태양 전지(1)와 상기 태양 전지(1)를 결합하기 위한 본딩 패드(2)를 제공하는 단계;
냉각 기판(5)을 제공하는 단계; 및
냉각 기판(5)에 상기 본딩 패드(2)를 고체상 연결(solid state connection) 형태로 연결하는 단계;를 포함한다.
특히, 상기 본딩 패드는 상기 냉각 기판에 동일한 평면에 평면상으로 연결되어 상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판이 고체상 연결 형태로 서로 연결되도록 할 수 있다. 평면상으로 결합하는 것은 적어도 한 개의 표면에 대한 평탄성을 의미한다. 사실, 본딩 패드는 냉각 기판보다 두꺼울 수 있다. 본 출원에서, "본딩 패드"라는 용어는 소자와의 전기적 접촉을 하도록 된 전기 전도성 재료로 된 평평한 표면의 일반적인 의미로 사용된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 본딩 패드와 냉각 기판 사이의 양자의 접촉 영역에 다른 물질/물질 층/절연 층이 없는 고체상 연결이 제공된다. 본딩 패드와 냉각 기판의 평면 결합은 본딩 패드가 냉각 기판의 상면에 마련되지 않는 것을 의미한다. 특히, 태양 전지가 위치한 본딩 패드의 적어도 일 표면은 냉각 기판의 대응하는 표면과 같은 평면에 배열될 수 있다. 그래서, 이들 표면들은 평면상으로 배열된다. 바람직하게는, 동일한 높이의 표면은 예를 들면 유리 후면과 같은 마지막 기판에 위치(접착되는)하며 태양 전지가 결합되는 표면과 반대쪽인 냉각 기판의 표면에 대응한다.
직접적인 고체상 연결(direct solid state connection)에 의해, 추가적인 접착 수단이 필요 없으므로, 전체적인 공정이 편리하며, 태양 전지 조립체(SCA)에 사용되는 구성요소들의 전체적인 개수를 줄일 수 있다. 결과적으로, 태양 전지 조립체(SCA)의 신뢰성과 수명이 종래 기술에 비해 현저하게 향상된다. 태양 전지 조립체(SCA)의 성능을 현저하게 열화시킬 수 있는 갈바닉 요소들이 형성되는 위험이 감소된다. 또한, 직접적인 고체상 연결은 종래 기술에서 필요로 하였던 추가적인 값비싼 컨택 재료의 필요로 하지 않고 본딩 패드와 냉각 기판 사이에 질 좋은 열적 전기적 연결을 허용한다. 고체상 연결에 의해 생산원가가 감소되며, 자동 생산이 편리하다. 또한, 장기간의 신뢰성이 보증된다.
상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판에는 상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판의 결합, 특히 레이저 용접에 의한 결합을 용이하게 할 수 있도록 대응하는 챔퍼(chamfer) 또는 경사 모서리(bevelled edge)가 마련될 수 있다. 본딩 패드와 냉각 기판의 각각에 마련된 대응하는 챔퍼는 연결 전에 이들 요소들의 위치결정에 대해 공차를 허용한다. 이는 경사 모서리들이 이미 이들의 위치결정에 도움을 주기 때문이다.
다른 실시 예에 따르면, 본딩 패드와 냉각 기판은 같은 평면상에서 연결되지 않고, 본딩 패드가 냉각 기판의 표면에 부착된다. 그래서, 상술한 필요성은 청구항 3항에 따르는 태양 전지 조립체의 제조방법에 의해 말해진다. 청구항 3항은
태양 전지와 상기 태양 전지를 결합하기 위한 본딩 패드를 제공하는 단계;
냉각 기판을 제공하는 단계; 및
상기 냉각 기판의 표면에 상기 본딩 패드를 부착하거나 연결하여 상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판이 고체상 연결 형태로 서로 연결되도록 하는 단계;를 포함한다.
다시, 직접적인 고체상 연결(direct solid state connection)에 의해, 추가적인 접착 수단이 필요 없으며, 태양 전지 조립체(SCA)의 성능을 현저하게 악화시키는 갈바닉 요소가 형성되는 위험이 감소된다.
상기의 두 개의 예에서, 본딩 패드와 냉각 기판은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접, 소결(sintering), 열 압축 본딩(thermo compression bonding), 압축 본딩, 클린칭(clinching) 또는 다른 처리공정에 의해 고체상 결합을 형성하도록 서로 결합될 수 있다. 이에 의해, 냉각 기판과 본딩 패드의 고체상 결합은 쉽고 신뢰성 있게 얻어질 수 있다.
또한, 상술한 실시 예들은 상기 본딩 패드의 일 부분에 컨택 표면을 형성하고, 상기 태양 전지를 상기 컨택 표면에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 태양 전지는 열적 및/또는 전기적 전도성 접착제 또는 솔더(solder)에 의해 컨택 표면에 접촉될 수 있다.
상술한 실시 예에서 본딩 패드는 사각형과 팔각형의 중첩, 즉 상기 팔각형의 다른 6개의 변 각각보다 길이가 동일하거나 긴(아마도 동일한 크기인) 상기 팔각형의 두 개의 평행한 변 중 한 변이 상기 사각형의 다른 2개의 평행하고 크기가 같은 변들보다 길이가 긴 상기 사각형의 2개의 크기가 같고 평행한 변 중 한 개와 중첩된(평면도에서) 기하학적 형상으로 마련될 수 있다. 사각형의 동일한 크기의 평행한 변들 중 다른 한 변은 상기 팔각형 형상 내에 위치하지 않는다.
다른 실시 예에 따르면, 상술한 실시 예에서 상기 본딩 패드는, 2개의 사다리꼴(예를 들면, 이등변 사다리꼴)과 사각형의 중첩, 즉 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변은 상기 변(즉, 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변)보다 큰 상기 사각형의 상부 변에 중첩되고, 하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변은 상기 변(하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변)보다 큰 상기 사각형의 하부 변에 중첩되는(평면도에서) 기하학적 형상으로 마련될 수 있다. 상기 사각형의 각변에 중첩된 변들에 평행한 작은 변들이 상기 사각형의 내부에 놓이지 않도록 상기 2개의 사다리꼴(이등변 사다리꼴)은 상기 사각형과 중첩된다.
상기의 두 개의 다른 실시 예에서, 본딩 패드는 이러한 기하학적 형상들을 한 개의 조각으로 일체적으로 형성될 수 있다. 상기 형상들의 특별한 예들이 도 6a 및 도 6b 뿐만 아니라 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.
이러한 기하학적 형상은 특히 냉각 기판, 본딩 패드 및 태양 전지를 포함하는 태양 전지 조립체(SCA)의 배열에 유용하다. 더욱이, 이러한 기하학적 형상은 리드 프레임에 복수 개의 본딩 패드들의 조밀한 배열을 용이하게 한다(아래의 상세한 설명을 참조).
또한, 본 발명은,
본딩 패드에 부착된 태양 전지; 및
냉각 기판;을 포함하며,
상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판이 고체상 연결 형태(상기 본딩 패드와 냉각 기판의 연결을 위해 제공되는 어떠한 본딩/절연 재료 없이)로 서로 연결된 태양 전지 조립체를 제공한다.
특별한 실시 예에서, 상기 본딩 패드는 상기 냉각 기판에 같은 평면에 평면상으로 연결되어 상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판이 고체상 연결 형태로 서로 연결될 수 있다. 평면상으로 결합하는 것은 적어도 한 개의 표면에 대한 평탄성(planarity)을 의미한다. 사실, 본딩 패드는 냉각 기판보다 두꺼울 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 본 발명은,
본딩 패드에 부착된 태양 전지; 및
냉각 기판;을 포함하며,
상기 본딩 패드는 상기 냉각 기판의 표면에 부착되어 상기 본딩 패드와 상기 냉각 기판이 고체상 결합 형태(상기 본딩 패드와 냉각 기판의 연결을 위해 제공되는 어떠한 본딩/절연 재료 없이)로 서로 연결된 태양 전지 조립체를 제공한다.
본 발명의 태양 전지 조립체(SCA)의 실시 예에서, 본딩 패드는, 사각형과 팔각형의 중첩, 즉 상기 팔각형의 다른 6개의 변 각각보다 길이가 동일하거나 긴 상기 팔각형의 두 개의 평행한 변 중 한 변이 상기 사각형의 다른 2개의 평행하고 크기가 같은 변들보다 길이가 긴 상기 사각형의 2개의 크기가 같고 평행한 변 중 한 개와 중첩되는 기하학적 형상, 또는, 2개의 사다리꼴(이등변 사다리꼴)과 사각형의 중첩, 즉 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 상부 변에 중첩되고, 하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴(이등변 사다리꼴)의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 하부 변에 중첩되는 기하학적 형상을 나타낼 수 있다.
다시, 사각형의 동일한 크기의 평행한 변들 중 다른 한 변은 상기 팔각형 형상 내에 위치하지 않으며, 상기 사각형의 각변에 중첩된 변들에 평행한 작은 변들이 상기 사각형의 내부에 놓이지 않도록 상기 2개의 사다리꼴(이등변 사다리꼴)은 상기 사각형과 중첩된다.
다른 예로서, 상기 본딩 패드는 육각형 또는 직사각형인 기하학적 형상(평면도에서)을 나타낼 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)는 와이어에 의해 태양 전지의 표면에 연결된 냉각 기판(예를 들면, 알루미늄 패드)에 대해 절연되고 본딩 패드의 영역에 위치한 전도성 표면을 갖는 전기 소자 또는 소자를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 전기 소자 또는 알루미늄 패드는 냉각 기판 위에 위치될 수 있다. 예를 들면, 전기 소자는 바이패스 다이오드(bypass diode)일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 기하학적 형상을 갖는 본딩 패드를 제공한다. 특히 도 6a 및 도 6b에 도시된 기하학적 형상을 갖는 본딩 패드를 제공한다(아래의 상세한 설명 참조).
상기 본딩 패드는 본딩 패드를 완전히 또는 부분적으로 덮는 컨택 표면(contact surface)을 포함할 수 있다. 상기 컨택 표면은 특히 상기 본딩 패드에 부착되는 태양 전지의 후면을 접촉시키기에 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 컨택 표면은 귀금속(예를 들면, 금, 은) 또는 비귀금속(예를 들면, 구리, 주석, 니켈, 니켈-인)의 도금으로 구성될 수 있다. 특히, 귀금속(예를 들면, 금, 은) 또는 비귀금속(예를 들면, 구리, 주석, 니켈, 니켈-인)의 전기 도금 층은 상기 컨택 표면으로서 제공될 수 있다. 상술한 태양 전지 조립체(SCA)는 컨택 표면을 포함하는 본딩 패드를 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 상술한 본딩 패드를 포함하는 리드 프레임이 제공된다. 여기서, 본딩 패드는 한 개의 평면에 조밀하게 채워진다. 특히, 상기 리드 프레임은 도 5에 도시된 본딩 패드의 배열을 포함할 수 있다. 그러한 리드 프레임은 표준적인 반도체 기술에 의해 매우 효과적인 처리가 가능하게 한다.
상술한 실시 예에 의한 방법과 장치에서, 본딩 패드 및/또는 냉각 기판은 알루미늄 합금, 특히 99.5% 알루미늄 합금을 포함하거나 구성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 상세한 설명에서 본 발명의 바람직한 실시 예들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조한다. 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 모든 범위를 나타내는 것은 아니라는 것이 이해된다.
도 1a 및 도 1b는 냉각 기판, 본딩 패드, 태양 전지 및 태양 전지와 접촉되는 전기소자를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 예를 나타낸다.
도 2는 본딩 패드와 냉각 기판의 경사진 모서리의 측면도를 나타낸다. 본딩 패드는 냉각 기판에 위치한다.
도 3a 및 도 3b는 냉각 기판, 본딩 패드, 태양 전지 및 태양 전지와 접촉되는 전기 소자를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예에 따라 형성된 개별적인 태양 전지 조립체(SCA)의 두꺼운 와이어 연결을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 예에 따르는 본딩 패드를 포함하는 리드 프레임을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예에 따르는 본딩 패드의 기하학적 형상의 예를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 예에 따르는 리드 프레임에 배열된 본딩 패드들의 기하학적 형상을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 냉각 기판, 본딩 패드, 태양 전지 및 태양 전지와 접촉되는 전기소자를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 예를 나타낸다.
도 2는 본딩 패드와 냉각 기판의 경사진 모서리의 측면도를 나타낸다. 본딩 패드는 냉각 기판에 위치한다.
도 3a 및 도 3b는 냉각 기판, 본딩 패드, 태양 전지 및 태양 전지와 접촉되는 전기 소자를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예에 따라 형성된 개별적인 태양 전지 조립체(SCA)의 두꺼운 와이어 연결을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 예에 따르는 본딩 패드를 포함하는 리드 프레임을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예에 따르는 본딩 패드의 기하학적 형상의 예를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 예에 따르는 리드 프레임에 배열된 본딩 패드들의 기하학적 형상을 나타낸다.
본 발명에 따라 제조된 태양 전지 조립체(SCA) 구조가 도 1a(평면도) 및 도 1b(측면도)에 도시되어 있다. 태양 전지 조립체(SCA)는 냉각 기판(cooling substrate)(5)과 상기 냉각 기판(5)에 평평하게 결합된 본딩 패드(bonding pad)(2)를 포함한다. 도 1b에 도시된 것처럼, 본딩 패드(2)는 냉각 기판(5)과 같은 평면에 있으며, 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5) 사이에는 아무런 물질(특히, 절연체가 없다)이 없다. 실제로, 상기 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)은 고체상 결합(solid state bond)으로 되어 있으므로, 종래 기술에 없던 신뢰성 있는 장기간의 내구성 있는 연결을 제공한다. 상기 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)은 동일한 재료로 만드는 것이 바람직하다. 일 실시 예에 따르면, 상기 재료는 알루미늄 합금, 특히 99.5% 알루미늄 합금일 수 있다. 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5) 사이의 열 응력(thermal stress)과 갈바닉 요소들(galvanic elements)은 동일 물질을 선택함으로서 회피된다.
원칙적으로, 냉각 기판(5)은 평평한 금속으로 구성되며, 열의 냉각을 제공하며, 전기 도체(electric conductor)로서 작용할 수 있다. 평평한 금속의 치수 특히, 두께(본딩 패드(2)의 두께처럼)는 원하는 냉각 성능에 따라 선택될 수 있다. 냉각 기판(5)으로 99.5% 알루미늄 합금이 선택되면, 알루미늄으로 만들어진 집광 태양광 장치의 제2광학계에 연결될 뿐만 아니라, 얇은 와이어(thin-wire), 두꺼운 와이어(thick-wire) 또는 리본 본드(ribbon bond) 연결과 신뢰성 있는 접촉을 할 수 있게 한다.
본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접(resistance welding), 소결(sintering), (열) 압축 본딩((thermo) compression bonding), 클린칭(clinching) 등에 의해 서로 결합될 수 있다. 특히, 레이저 용접의 경우에, 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각에 챔퍼(chamfer)/경사진 모서리(bevelled edge)가 제공된다. 이는 핸들링과 결합을 편리하게 할 수 있도록 하고, 만일, 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)이 동일한 두께라면, 본딩 패드(2)의 상면과 동일한 평면에 배열된 냉각 기판(5)의 상면을 갖도록 그들을 서로 결합하기 전에 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)의 위치 결정에 대해 일정한 공차(tolerance)를 허용하기 위한 것이다.
다른 예로서, 본딩 패드(2)에 대한 보다 효과적인 냉각을 하기 위해 냉각 기판(5)보다 더 두꺼운 본딩 패드(2)를 제공할 수도 있다. 이 경우에는, 본딩 패드(2)의 상면(이 위에 태양 전지(1)가 배열된다)과 본딩 패드(2)의 하면 중의 적어도 한 곳은 냉각 기판(5)의 각 면보다 높은 곳에 위치한다. 이는 도금된 재료(plated material)와 냉각 기판 재료 사이에 합금이 형성되지 않는다는 추가적인 이점을 제공한다. 따라서, 장기간의 내구성(long term durability)이 더 증가한다.
본딩 패드(2)는 열 냉각을 용이하게 할 수 있는 기하학적 형상을 나타내며, 일정한 소자(3), 예를 들면, 바이패스 다이오드(bypass diode) 또는 본딩 와이어(bonding wires)(4)에 의해 태양 전지(1)의 상면과 전기적으로 접촉되는 전기적으로 절연된 컨택 패드(contact pad)를 위치 결정하기 적절한 부분을 포함한다. 도시된 실시 예(도 1a 참조)에서, 본딩 패드(2)는 사각형에 의해 중첩된 팔각형 형상을 갖는다. 그래서, 팔각형의 다른 6개의 변의 각각보다 길이가 길며 동일한 크기를 갖는 상기 팔각형의 2개의 평행한 변들 중의 한 개(도 1a 의 왼쪽 변)는 다른 2개의 평행한 동일한 크기를 갖는 변들보다 긴 사각형의 2개의 동일한 크기의 평행한 변들 중 한 개(도 1a에서 오른쪽 변)와 중첩된다. 본딩 패드(2)는 이러한 기하학적 형상들이 일체로 되어 형성된다.
또한, 본딩 패드(2)는 본딩 패드(2)를 부분적으로 덮는 컨택 표면(contact surface)(6)을 포함한다. 컨택 표면(6)은 태양 전지(1)의 후면과 접촉하기 적절한 물질로 구성된다. 예를 들면, 컨택 표면(6)은 귀금속(예를 들면, 금, 은) 또는 비귀금속(구리, 주석, 니켈-인(nickel-phosphorous))의 도금(plating)으로 구성될 수 있다. 특히, 귀금속(예를 들면, 금, 은) 또는 비귀금속(구리, 주석, 니켈-인)의 전기 도금 층은 컨택 표면(6)으로 제공될 수 있다. 컨택 표면(6)은 특히 직사각형 형상으로 제공될 수 있다. 다른 예로서, 태양 전지(1)는 알루미늄 본딩 패드(2)에 직접 연결될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 태양 전지(1)와 본딩 패드(2)를 접촉시키는 것은 솔더(solder)(7) 또는 열적 및/또는 전기적으로 전도성 있는 접착제(7)에 의해 실현될 수 있다. 본 예에 따르면, 소자(device)(3)는 솔더(7) 또는 전도성 접착제(7)에 의해 본딩 패드(2)에 유사하게 접촉된다.
일 실시 예에 따르면, 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)의 적어도 한 개는 99.5% 알루미늄 합금으로 구성되며, 본딩 패드(2)는 상부에 노출된 은 표면(silver surface)을 갖는 갈바닉 층(galvanic layer) 또는 도금 층(plating)을 포함한다. 태양 전지(1)의 후면과 전기적 및 열적 연결을 위해 전도성 은 접착제(conductive silver adhesive)가 상기 은 표면(siver surface)에 형성된다. 동일한 전도성 은 접착제가 본딩 패드(2)와 소자(3)의 전기적 및 열적 연결을 위해 사용된다.
도 3a 및 도 3b는 냉각 기판, 본딩 패드, 태양 전지 및 태양 전지와 접촉되는 전기 소자를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 태양 전지 조립체(SCA)의 다른 실시 예를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 예와 비교하면, 본딩 패드(2)는 다른 형상을 가지며, 와이어(wires)(4)에 의해 태양 전지(1)의 상면과 연결되는 소자(3)를 위치시키기 위한 부분을 포함하지 않는다.
도 3a에 도시된 본딩 패드(2)는 12개의 모서리와 변을 갖는 다각형 형상으로 형성된다. 상세하게, 본딩 패드(2)의 형상은 2개의 (이등변) 사다리꼴((isosceles) trapezoid)과 한 개의 사각형(tetragon)이 중첩되어 형성된다. 상측 (이등변) 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 상측 (이등변) 사다리꼴의 변 중의 긴 변은 그 변보다 큰 사각형의 상부 변에 중첩된다. 비슷하게, 하측 (이등변) 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 하측 (이등변) 사다리꼴의 변 중 상측의 긴 변은 그 변보다 큰 사각형의 하부 변(상기 사각형의 상부 변에 평행한)에 중첩된다(도 3a 참조).
도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 예에서처럼, 본딩 패드(2)는 본딩 패드(2)를 부분적으로 덮는 컨택 표면(contact surface)(6)을 포함한다. 컨택 표면(6)은 직사각형 형상으로 형성되며, 태양 전지(1)의 후면과 접촉하기 적절한 물질, 예를 들면, 금, 은, 구리, 주석, 또는 니켈-인(nickel-phosphorous)들로 구성될 수 있다. 태양 전지(1)는 솔더(solder)(7) 또는 열적 및/또는 전기적으로 전도성이 있는 접착제(7)를 통해 본딩 패드(2)와 접촉된다. 상기 소자(3)는 본딩 패드(2)로부터 이격되어 위치하며, 태양 전지(1)를 본딩 패드(2)와 접촉시키기 위해 사용된 것과 동일하거나 또는 다른 물질로 된 다른 솔더(7) 또는 열적 및/또는 전기적으로 전도성인 접착제(7)를 통해 냉각 기판(5)과 접촉된다(도 3b).
도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 예와 달리, 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서, 본딩 패드(2)는 냉각 기판(5)과 평면상으로 같은 높이에 결합되지 않고, 냉각 기판(5)의 상면에 부착된다. 그러나, 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5) 사이에는 다른 물질, 특히 추가적인 절연층이 제공되지 않고, 본딩 패드(2)는 냉각 기판(5)의 표면에, 예를 들면, 레이저 용접과 같은 방법에 의해 직접 용접된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 실시 예의 본딩 패드(2)는 냉각 기판(5)의 표면에 마련되지만, 다른 예로서, 도 1a 및 도 1b의 본딩 패드(2)에 대해 설명한 것처럼 상기 본딩 패드(2)는 냉각 기판(5)과 결합될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 도 1a 및 도 1b의 본딩 패드(2)는, 다른 예로서, 동일한 평면상으로 결합되기보다 냉각 기판(5)의 표면(상기 냉각 기판(5)의 상부)에 부착될 수 있다.
어떤 경우에, 도 1a 및 도 1b 또는 도 3a 및 도 3b의 예에 따르는 개별 태양 전지 조립체(SCA)는 도 4에 도시된 바와 같이 와이어(wire)로 연결될 수 있다. 두꺼운 와이어(9), 예를 들면, 알루미늄 와이어는 태양 전지 조립체(SCA)의 본딩 패드(2)에 연결된다. 제2광학계(optics) 또는 알루미늄으로 된 그것의 마운트(mount)는 레이저 용접 등에 의해 냉각 기판(5)에 연결될 수 있다.
본딩 패드의 제조는 예를 들면 아래와 같이 실현될 수 있다. 알루미늄(또는 다른 금속)으로 된 직사각형 형상의 조각이 제공된다. 귀금속 또는 비귀금속 줄무늬가 알루미늄으로 된 직사각형 조각에 형성되어 장래의 컨택 표면을 형성한다. 이어서, 본딩 패드(2)는 스탬핑(stamping)에 의해 형성되어, 도 5에 도시된 소위 리드 프레임(leadframe)(10)을 형성한다. 패드의 위치와 형상은 본딩 패드(2)가 매우 높은 밀도로 한 개의 알루미늄 직사각형 조각에 배열될 수 있도록, 한 번의 스탬핑 단계가 패드를 형성하기에 충분하도록 설계된다. 또한, 본딩 패드(2)는 스탬핑 후에 태양 전지와 가능하면 다이오드를 수용하도록 알루미늄 조각의 표면에 도포된 귀금속 또는 비귀금속의 연속적인 줄무늬가 패드 위에 적절하게 위치되도록 설계되고 위치한다.
본 발명에 의한 본딩 패드(2)는 반도체 기술에 의한 대량 생산 및 처리에 특히 적합하다. 도 5에 복수 개의 본딩 패드(2)를 포함하는 리드 프레임이 도시되어 있다. 본딩 패드(2)는 생산 라인에서 촉진될 수 있는 금속 줄무늬(metal stripe)(10)에 밀도 높게 평면상으로 채워져 있다. 본 실시 예에서, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 복수 개의 본딩 패드(2)는 리드 프레임을 형성한다. 본딩 패드(2)의 기하학적 형상(geometric shape)이 도 6a에 또한, 도시되어 있다. 도 5의 최상부 및 최하부 본딩 패드(2)와 최우측 및 최좌측 본딩 패드(2)는 가장자리 본딩 패드들(boundary bonding pads)로 지정될 수 있다. 다른 본딩 패드들에 의해 완전히 둘러싸인 모든 본딩 패드들은 내부 본딩 패드로 지정된다.
이러한 본딩 패드 Ⅰ 각각을 위해 다음을 유지하도록 내부 본딩 패드들이 배열된다.
A) 본딩 패드 Ⅰ의 직사각형의 긴 변(도 6a에 a로 표시됨)은 제1 다른 본딩 패드 Ⅱ의 팔각형의 긴 변에 인접하여 위치하고, 동일한 본딩 패드 Ⅰ의 팔각형의 긴 변(도 6a에서 b로 표시됨)은 제2 다른 본딩 패드 Ⅲ의 직사각형의 긴 변에 인접하여 위치한다.
B) 본딩 패드 Ⅰ의 직사각형의 제1 짧은 변(상기 긴 변보다 짧으며, 도 6a에 c로 표시됨)은 제3 다른 본딩 패드 Ⅳ의 팔각형의 제1 짧은 변에 인접하여 위치하고, 상기 본딩 패드 Ⅰ의 직사각형의 제1 짧은 변에 평행한 제2 짧은 변(도 6a에서 d로 표시됨)은 제4 다른 본딩 패드 Ⅴ의 팔각형의 제1 짧은 변에 인접하여 위치한다.
C) 본딩 패드 Ⅰ의 팔각형의 제1 짧은 변(긴 변보다 짧으며, 도 6a에 e로 표시됨)은 제5 다른 본딩 패드 Ⅵ의 직사각형의 제1 짧은 변에 인접하여 위치하고, 상기 본딩 패드 Ⅰ의 팔각형의 제2 짧은 변(제1 짧은 변에 평행하고, 도 6a에서 f로 표시됨)은 제6 다른 본딩 패드 Ⅶ의 직사각형의 제1 짧은 변에 인접하여 위치한다.
D) 본딩 패드 Ⅰ의 팔각형의 비스듬한 변들(diagonal sides)(도 6a에 g로 표시됨)은 도 5에 도시된 바와 같이 제3 내지 제6 팔각형(Ⅳ-Ⅶ)의 각각의 비스듬한 변들에 인접한다.
유사한 방법으로, 도 6b에 도시된 바와 같으며 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 본딩 패드들은 밀집된 배열로 배치될 수 있다. 특별한 배열에서, 도 6b에 도시된 본딩 패드(2)의 비스듬한 변들은 도 6b에 도시된 본딩 패드들(2)을 포함하는 리드 프레임에서 동일한 형상의 다른 본딩 패드(2)의 비스듬한 변들에 인접하여 위치한다.
본딩 패드, 냉각 기판, 및 태양 전지를 조립하는 것은 다음의 내용을 포함할 수 있다. 태양 전지들과 가능하면 다이오드가 리드 프레임의 부분인 본딩 패드에 연속적으로 조립된다. 이어서 리드 프레임의 각 본딩 패드는 "분리되어" 냉각 기판에 결합(joined)/부착(attached)된다. 작은 구성요소들(다이오드, 태양 전지들)이 상기 리드 프레임에 픽앤 플레이스(picked and placed)되기 때문에, 이것은 제조성 측면에서 매우 바람직하다. 이러한 과정은 현재의 장비로 자동화된 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 본딩 패드를 냉각 기판에 조립하는 동안 이와 같은 전자 소자들을 훼손하지 않도록 주의할 필요가 있다. 이 과정에서, 전자 소자가 장착된 본드 패드를 픽앤 플레이스(pick and place)할 필요가 있다. 그러므로, 본드 패드는 일반적으로 귀금속 또는 비귀금속으로 코팅되지 않은 "핸들링 영역(handling area)"을 가질 필요가 있다. 상기 핸들링 영역은 픽앤 플래이스 공구가 본드 패드를 조작할 수 있도록 허용한다. 도 6b의 사다리꼴 영역에 의해 정의된 영역뿐만 아니라 도 6a의 e와 g 및 f와 g로 표시된 변들에 의해 정의된 영역들에 의해 상기 핸들링 영역이 정의된다.
본 발명의 본딩 패드(2)의 또 다른 적절한 형상과 리드 프레임에 이들의 배열이 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 상술한 본딩 패드의 기하학적 형상과 비교하면, 도 7a(육각형) 및 도 7b(2개의 직사각형)에 도시된 본딩 패드의 형상은 단순하다. 특별한 핸들링 영역은 정의되지 않았다. 이 경우에, 본딩 패드의 치수를 줄일 수 있으며, 본딩 패드의 제조는 더욱 저렴해진다. 이러한 본딩 패드는 본딩 패드, 냉각 기판 및 태양 전지를 조립하는 아래 공정에 특히 유용하다. 제1 단계에서, 본딩 패드는 냉각 기판에 조립된다. 제2 단계에서, 태양 전지와 가능하면 다이오드는 본딩 패드에 연결된다. 그러나, 소자들이 보다 넓은 기판(냉각 기판 및 본딩 패드)에 위치하기 때문에, 제조는 상술한 조립 방법에 비교하여 덜 용이하다(자동화 측면에서).
앞에서 설명한 모든 실시 예들은 한정의 의미로 사용되지 않았으며, 본 발명의 특징 및 이점들을 설명하기 위한 예로서 사용되었다. 상술한 특징들 중의 일부 또는 모두는 다른 방법으로 결합될 수 있다.
Claims (15)
- 태양 전지(1)와 상기 태양 전지(1)를 결합하기 위한 본딩 패드(2)를 제공하는 단계;
냉각 기판(5)을 제공하는 단계; 및
냉각 기판(5)에 상기 본딩 패드(2)를 고체상 결합 형태로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 냉각 기판(5)에 상기 본딩 패드(2)를 고체상 결합 형태로 연결하는 단계는,
상기 본딩 패드(2)와 냉각 기판(5)을 평면상으로 동일 높이에 연결하여 상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)이 고체상 결합 형태로 서로 연결되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 냉각 기판(5)에 상기 본딩 패드(2)를 고체상 결합 형태로 연결하는 단계는,
상기 냉각 기판(5)의 표면에 상기 본딩 패드(2)를 부착하거나 결합하여 상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)이 고체상 결합 형태로 서로 연결되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접, 소결, 열 압축 본딩, 압축 본딩, 클린칭 또는 다른 처리공정에 의해 고체상 결합을 형성하도록 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)에는 상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)의 결합, 특히 레이저 용접에 의한 결합을 용이하게 할 수 있도록 대응하는 챔퍼(8) 또는 경사진 모서리가 마련되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)의 적어도 일 부분에 컨택 표면(6)을 형성하고, 상기 태양 전지(1)를 상기 컨택 표면(6)에 특히, 열적 및/또는 전기적 전도성 접착제 또는 솔더에 의해 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 태양 전지(1)는 전도성 접착제 또는 솔더에 의해 상기 컨택 표면(6)에 접촉된 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)는,
사각형, 특히, 직사각형과 팔각형의 중첩, 즉 상기 팔각형의 다른 6개의 변 각각보다 길이가 동일하거나 긴 상기 팔각형의 두 개의 평행한 변 중 한 변이 상기 사각형의 다른 2개의 평행하고 크기가 같은 변들보다 길이가 긴 상기 사각형의 2개의 크기가 같고 평행한 변 중 한 개와 중첩되도록 하거나,
또는, 2개의 사다리꼴, 특히 이등변 사다리꼴과 사각형의 중첩, 즉 상부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 상부 변에 중첩되고, 하부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 하부 변에 중첩되는 기하학적 형상으로 마련되거나,
또는, 상기 본딩 패드(2)가 육각형 또는 직사각형인 기하학적 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체의 제조방법. - 본딩 패드(2)에 부착된 태양 전지(1); 및
냉각 기판(5);을 포함하며,
상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)은 고체상 결합 형태로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)은 평면상으로 같은 높이로 결합되어 상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)이 고체상 결합 형태로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체. - 제9항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)가 상기 냉각 기판(5)의 표면에 부착되어 상기 본딩 패드(2)와 상기 냉각 기판(5)이 고체상 결합 형태로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)는,
사각형, 특히, 직사각형과 팔각형의 중첩, 즉 상기 팔각형의 다른 6개의 변 각각보다 길이가 동일하거나 긴 상기 팔각형의 두 개의 평행한 변 중 한 변이 상기 사각형의 다른 2개의 평행하고 크기가 같은 변들보다 길이가 긴 상기 사각형의 2개의 크기가 같고 평행한 변 중 한 개와 중첩되거나,
또는, 2개의 사다리꼴, 특히 이등변 사다리꼴과 사각형의 중첩, 즉 상부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 상부 변에 중첩되고, 하부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 하부 변에 중첩되는 것을 포함하는 기하학적 형상이나,
또는, 육각형 또는 직사각형인 기하학적 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 조립체. - 태양 전지(1)를 결합하고 냉각 기판(5)에 연결하기에 적합한 본딩 패드(2)에 있어서,
상기 본딩 패드(2)는,
사각형, 특히, 직사각형과 팔각형의 중첩, 즉 상기 팔각형의 다른 6개의 변 각각보다 길이가 동일하거나 긴 상기 팔각형의 두 개의 평행한 변 중 한 변이 상기 사각형의 다른 2개의 평행하고 크기가 같은 변들보다 길이가 긴 상기 사각형의 2개의 크기가 같고 평행한 변 중 한 개와 중첩되는 기하학적 형상,
또는, 2개의 사다리꼴, 특히 이등변 사다리꼴과 사각형의 중첩, 즉 상부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 상부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 상부 변에 중첩되고, 하부 사다리꼴의 대칭축에 직각인 상기 하부 사다리꼴의 변들 중 긴 변은 상기 변보다 큰 상기 사각형의 하부 변에 중첩되는 기하학적 형상,
또는, 육각형 또는 직사각형의 기하학적 형상을 보여 주는 것을 특징으로 하는 본딩 패드. - 제12항에 있어서,
상기 본딩 패드(2)에 부착된 태양 전지(1)의 후면에 접촉하는 컨택 표면(6)을 더 포함하며,
상기 컨택 표면(6)은,
특히, 금 또는 은과 같은 귀금속 또는 특히, 구리, 주석, 니켈 또는 니켈-인과 같은 비귀금속의 도금 층과,
특히, 귀금속 또는 비귀금속의 전기 도금 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 본딩 패드. - 제12항 또는 제13항에 따르는 복수 개의 본딩 패드(2)를 포함하며,
상기 본딩 패드(2)는 한 개의 평면에 밀도 있게 집적된 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
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