表貼式薄型高可靠隔離二極管組件的封裝結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種表貼式薄型高可靠隔離二極管組件。組件可以含有單個隔離二極管，也可以含有多個隔離二極管通過串、并聯方式連接。整個組件包括二極管，粘合層，熱控涂層和底層襯底層，此外還專門引入中間絕緣層，以提高組件的電學和機械性能的可靠性。采用上述新型結構的組件，能提高組件的高溫適應性（≥120℃），提高組件的承壓能力（≥30kPa），提高組件的耐反偏電壓水平（≥400V），還能實現組件薄型化，以與高轉換效率且抗輻射性能優越的薄型太陽電池匹配，提高太陽電池陣的平面度。組件在各種環境中的適應性強，能夠應用到空間飛行器大功率剛性或柔性太陽電池翼上，也可以應用到大型地面光伏電站當中。
【專利說明】表貼式薄型高可靠隔離二極管組件的封裝結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于新能源及太陽電池領域的研究，涉及一種表面貼裝式薄型高可靠隔離二極管組件，具體涉及隔離二極管組件封裝結構及其材料等方面的內容。
【背景技術】
[0002]隔離二極管組件安裝于太陽電池電路正極終端與電池陣母線之間，起到避免電池串消耗電池陣輸出功率和防止電池陣子陣短路的作用。
[0003]傳統的半導體器件封裝一般采用熱輻射能力較差的陶瓷等材料，導致器件的熱輻射系數非常低，很難將功耗引起的熱量充分釋放。因此在太陽電池陣的受光面上隔離二極管仍然存在著結溫過高導致的老化甚至實效風險，特別是當太陽電池陣的輸出功率較大時更是如此。此外，目前的商用片狀整流二極管的厚度與抗輻照能力優異的超薄型疊層太陽電池片厚度難以匹配，導致電池陣表面的厚度均勻性差，這樣在電池陣收攏工況下容易造成嚴重的機械損傷。
[0004]本實用新型，表貼式薄型高可靠隔離二極管組件的問世將為大功率電池陣電池電路的安全設計提供了條件，特別適合于抗輻射性能優異的薄型長壽命太陽電池陣。另外，本實用新型可以在-100°C?+120°C的極限溫度內工作，大大提高了應用范圍，潛在的市場包括航空航天領域的能源系統，地面野戰部隊的能源系統以及地面大型光伏電站，為國防和民用光伏市場作出貢獻。
實用新型內容
[0005]本實用新型解決的問題是現有太陽電池陣的受光面上隔離二極管結溫過高；為解決所述問題，本實用新型提供一種表貼式隔離二極管組件。
[0006]本實用新型提供的表貼式隔離二極管組件包括:二極管，熱控涂層，中間絕緣層，背面襯底層，引線；所述隔離二極管下表面粘合于背面襯底層表面；所述隔離二極管側面粘合中間絕緣層；所述隔離二極管上表面粘合熱控涂層；所述各層中間通過粘合層粘合；所述隔離二極管上表面焊接第一引線的一端，所述第一引線的另一端穿過粘合層裸露；所述隔離二極管下表面焊接第二引線的一端，所述第二引線的另一端穿過粘合層裸露。
[0007]進一步，中間絕緣層的材料是聚酰亞胺膜或環氧樹脂膜或氟樹脂材料，厚度小于200 μ m,邊長大于20mm,中心腔體邊長小于8mm。
[0008]進一步，所述二極管選用整流二極管。
[0009]進一步，所述二極管的厚度不大于所述中間絕緣層的厚度。
[0010]進一步，所述粘合層的材料為EVA膜或硅樹脂或環氧樹脂。
[0011]進一步，背面襯底層的材料是聚酰亞胺膜或聚氨酯薄膜時，厚度不大于50 μ m ;背面襯底層的材料是玻璃纖維增強的環氧、酚醛或者硅樹脂層時，厚度大于1mm。
[0012]進一步，所述熱控涂層背離中間絕緣層的表面具有防靜電的ITO導電膜，對于二次表面鏡型熱控涂層，金屬層位于涂層下表面，金屬層的材料是鋁或銀；熱控涂層的邊長大于20mm,且與中間絕緣層大小相同。
[0013]進一步，所述第一引線、第二引線靠近裸露的一端形成減應力環，所述第一引線、第二引線的材料是鑰鍍銀復合材料，所述第一引線、第二引線的厚度不大于25 μ m，寬度不大于5mm,減應力環內徑大于0.1mm。
[0014]進一步，本實用新型提供的隔離二極管組件還可以包含至少兩個相互串聯或者并聯的，且相互隔離的二極管。
[0015]本實用新型的優點包括:
[0016]選用具有耐反向高壓的特種整流二極管來實現隔離二極管組件的耐反向偏壓能力，這種二極管不僅耐400V以上反向電壓,而且厚度極薄，小于0.2mm ;通過選用具有低吸收發射比熱控涂層作為組件的主散熱窗口來實現組件的耐高溫性能，提高了組件的散熱效率，解決了當前的隔離二極管難以直接應用到太陽電池陣受光面上的問題，同時，組件的大尺寸和薄型化特點保證了結殼熱阻小于30°C /W，解決了當前的隔離二極管封裝后的結殼熱阻較大的問題，確保芯片工作在適當的溫度范圍，有利于隔離二極管組件延長使用壽命；通過引入中間絕緣層結構作為組件結構基礎以提高組件的可靠性，一方面隔離了組件的正、負極引線端，提高了電學可靠性，另一方面作為組件結構基礎，提高了組件的承壓能力(大于30kPa)等機械性能。
[0017]另外，本實用新型的厚度不大于0.35mm，非常匹配具有28%以上轉換效率、抗輻射能力強的高性能太陽電池片，有利于提高電池陣的平面度；本實用新型可以串并聯連接，以滿足各功率水平的太陽電池陣安全防護能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件俯視圖(熱控涂層未顯示)；
[0019]圖2為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件截面圖(視角垂直于引線，截面經過二極管)；
[0020]圖3為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件的并聯示意圖(熱控涂層未顯不)；
[0021]圖4為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件的串聯示意圖(熱控涂層未顯不)；
[0022]圖5為本實用新型實施例所提供的集成式隔離二極管組件俯視圖(熱控涂層未顯示)；
[0023]圖6為本實用新型實施例所提供的集成式隔離二極管組件截面圖(視角平行于引線，截面通過二極管)；
[0024]圖7為本實用新型實施例所提供的集成式隔離二極管組件的串聯示意圖(熱控涂層未顯不)；
[0025]圖8為本實用新型實施例所提供的隔離二極管組件與電池電路的連接示意圖；
[0026]圖9為本實用新型實施例所提供的隔離二極管組件與匯流條的連接示意圖；
[0027]圖10為本實用新型實施例所提供的隔離二極管組件在電池電路中的安裝位置(圖中標出了單個電池串的正負極)示意圖。【具體實施方式】
[0028]下面根據不同的組件種類結合附圖對本實用新型進行進一步說明，闡述不同種類隔離二極管組件的實施方法。
[0029]圖1、圖2分別給出了本實用新型提供的隔離二極管組件的俯視圖和截面圖，如圖所示，本實用新型提供的表貼式隔離二極管組件包括:二極管103，熱控涂層106，中間絕緣層101，背面襯底層105，引線102 ;所述隔離二極管下表面粘合于背面襯底層105表面；所述隔離二極管側面粘合中間絕緣層101 ;所述隔離二極管上表面粘合熱控涂層106 ;所述各層中間通過粘合層104粘合；所述隔離二極管上表面焊接第一引線102的一端，所述第一引線102的另一端穿過粘合層裸露；所述隔離二極管下表面焊接第二引線的一端，所述第二引線的另一端穿過粘合層裸露。
[0030]其中，所述中間絕緣層101的材料可以是聚酰亞胺膜，也可以是環氧樹脂膜或氟樹脂材料等。厚度小于200 μ m,邊長大于20mm,中心腔體邊長小于8mm,能夠在_100°C?+120°C溫度范圍內，擊穿電壓大于30kV，吸水性小于19mg。
[0031]所述粘合層104的材料可以是EVA膜或硅樹脂以及環氧樹脂，粘合層應為熱固性的，可以通過熱滾壓方式進行固化。在-100°c?+ 120°C之間可長時間工作，不發生脆化，并且與熱控涂層、中間絕緣層和背面襯底層結合牢固，厚度控制在20 μ m?40μπι范圍內。中間絕緣層以及二極管與熱控涂層之間的粘合層的導熱系數大于0.7Wi'(m.K)。
[0032]所述背面襯底層105的材料可以是聚酰亞胺膜，也可以是聚氨酯薄膜，厚度不大于50μπι。還可以是玻璃纖維增強的環氧、酚醛或者硅樹脂層壓板，厚度大于1mm。
[0033]二極管103的厚度不大于中間絕緣層101的厚度，邊長不大于6mm。二極管的發射區位于下表面，正負電極位于上下表面，與引線之間的焊接牢固度大于0.83N/cm2。
[0034]熱控涂層106的背離中間絕緣層的表面可以具有防靜電的ITO導電膜，對于二次表面鏡型熱控涂層，金屬層位于涂層下表面，可以是鋁或銀。熱控涂層的邊長大于20mm，且與中間絕緣層101大小相同。
[0035]所述第一引線102和第二引線的材料是鑰鍍銀復合材料，其厚度不大于25 μ m，寬度不大于5mm,減應力環內徑大于0.8mm。
[0036]圖3為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件的并聯示意圖；圖4為本實用新型實施例所提供的分離式隔離二極管組件的串聯示意圖。如圖3所示，并聯的兩個隔離二極管組件的極性方向一致，間距可根據太陽電池的邊長適當調整。在本實用新型的其他實施里中，并聯的隔離二極管組件數目可根據電池電路的額定輸出電流與隔離二極管組件的額定整流電流值的比值確定。
[0037]如圖4所示，分離式隔離二極管組件串聯時，兩個隔離二極管組件的極性方向一致，串聯的隔離二極管組件數目可根據電池陣額定輸出電壓與隔離二極管組件反向工作電壓的比值確定。
[0038]圖5說明了含有兩個并聯式隔離二極管組件的集成式組合體的俯視圖，截面圖如圖6所不。中間絕緣層501和熱控涂層506的大小一致,長大于40mm,寬大于20mm。隔離二極管間距大于4mm，極性方向一致。粘合層502，隔離二極管503，引線504和背面襯底層505與分離式隔離二極管組件中的要求一致。
[0039]圖7說明了集成式隔離二極管組件的串聯形式。701為中間絕緣層，702為組件引線。兩個隔離二極管組件的極性方向一致，串聯組件的數目可根據電池陣額定輸出電壓與隔離二極管反向工作電壓的比值確定。
[0040]圖8說明了隔離二極管組件與太陽電池單片之間的連接方式，適用于分離式與集成式的隔離二極管組件。被高強玻璃保護的疊層太陽電池片801與二極管組件的間距大于2mm，引線802的凸形分壓環內徑大于0.1mm,凹形槽寬大于0.8mm，引線高度不大于隔離二極管組件的厚度。
[0041]圖9說明隔離二極管組件與電池陣匯流條901之間的連接方式，適用于分離式以及集成式隔離二極管組件。引線902的減應力環內徑大于0.1_，高度不大于隔離二極管組件的厚度。匯流條901與隔離二極管組件的間距大于1mm。
[0042]圖10說明了隔離二極管組件1001在太陽電池陣電池電路1002中的安裝位置，即在電池串的正極末端與匯流條之間，安裝位置適用于所有形式的隔離二極管組件。
【權利要求】
1.一種表貼式隔離二極管組件，其特征在于，包括:二極管，熱控涂層，中間絕緣層，背面襯底層，引線；所述隔離二極管下表面粘合于背面襯底層表面；所述隔離二極管側面粘合中間絕緣層；所述隔離二極管上表面粘合熱控涂層；所述各層中間通過粘合層粘合；所述隔離二極管上表面焊接第一引線的一端，所述第一引線的另一端穿過粘合層裸露；所述隔離二極管下表面焊接第二引線的一端，所述第二引線的另一端穿過粘合層裸露。
2.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，所述二極管選用整流二極管。
3.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，中間絕緣層的材料是聚酰亞胺膜或環氧樹脂膜或氟樹脂材料，厚度小于200 μ m,邊長大于20mm,中心腔體邊長小于8mm。
4.依權利要求3所述的隔離二極管組件，其特征在于，所述二極管的厚度不大于所述中間絕緣層的厚度。
5.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，所述粘合層的材料為EVA膜或硅樹脂或環氧樹脂。
6.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，背面襯底層的材料是聚酰亞胺膜或聚氨酯薄膜時，厚度不大于50 μ m ;背面襯底層的材料是玻璃纖維增強的環氧、酚醛或者硅樹脂層時，厚度大于1_。
7.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，所述熱控涂層背離中間絕緣層的表面具有防靜電的ITO導電膜，對于二次表面鏡型熱控涂層，金屬層位于涂層下表面，金屬層的材料是鋁或銀；熱控涂層的邊長大于20mm，且與中間絕緣層大小相同。
8.依權利要求1所述的隔離二極管組件，其特征在于，所述第一引線、第二引線靠近裸露的一端形成減應力環，所述第一引線、第二引線的材料是鑰鍍銀復合材料，所述第一引線、第二引線的厚度不大于25 μ m,寬度不大于5mm,減應力環內徑大于0.1mm。
9.權利要求1至7中任意一個所提供的隔離二極管組件，其特征在于，包含至少兩個相互串聯或者并聯的，且相互隔離的二極管。
【文檔編號】H01L23/31GK203774336SQ201320806321
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】程志君, 王訓春, 陳萌炯, 雷剛 申請人:上海空間電源研究所