專利名稱：用于太陽能模塊和半導(dǎo)體器件的焊接支承座的制作方法
用于太陽能模塊和半導(dǎo)體器件的焊接支承座
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種焊接連接，該焊接連接處于半導(dǎo)體器件的外表面與優(yōu)選為帶狀的 連接器之間、尤其是處于太陽能電池的背部接觸部與連接器一如串行連接器一之間。 另外，本發(fā)明涉及一種用于將連接器與半導(dǎo)體器件的外表面相連接、尤其是將串行連接器 與太陽能電池的背部接觸部相連接的方法，其中半導(dǎo)體器件通過粘接層與基板連接。
背景技術(shù)：
連接器與非晶硅薄層太陽能電池之間的已知焊接連接的特征在于對(duì)焊接點(diǎn)的不 可再現(xiàn)的粘接。對(duì)于薄層太陽能電池來說，研究常常得出撕裂圖(Abrissbild)，其中非晶硅層與 TCO粘接層(Transparent Conductive Oxide (透明導(dǎo)電氧化物))剝離。但是可能猜測(cè)到 錯(cuò)誤的解釋，即非晶硅層在TCO層上的粘接強(qiáng)度在如此高的程度上不均勻。因此，不應(yīng)將相 應(yīng)的撕裂圖歸因于差的不均勻的層粘接，而是應(yīng)該歸因于層的剝落，其中所述剝落由本質(zhì) 上抗彎曲性更強(qiáng)的焊接點(diǎn)引起，使得撕力集中在撕裂位置邊緣處的非常小的區(qū)域上，從而 非常小的力就能導(dǎo)致高的表面力。W0-A-2006/128203涉及一種電連接元件，該電連接元件由具有結(jié)構(gòu)化表面的導(dǎo)電 體和導(dǎo)電涂層構(gòu)成。相應(yīng)的連接元件可以用于對(duì)太陽能電池進(jìn)行接線。為此，具有可焊接 涂層的連接元件被焊接到太陽能電池上。DE-A-36 12 269的主題是一種用于將連接導(dǎo)體安裝在光伏太陽能電池的連接接 觸部上的方法。US-A-2007/0085201涉及一種在扁平導(dǎo)體技術(shù)中具有垂直電流路徑的功率半導(dǎo)體 組件。連接元件通過導(dǎo)電膜與功率半導(dǎo)體芯片連接，此外該導(dǎo)電膜將連接元件與內(nèi)部扁平 導(dǎo)體以導(dǎo)電方式連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，改進(jìn)焊接連接以及用于產(chǎn)生該焊接連接的方法，使得 作用于連接器的拉力不至于導(dǎo)致半導(dǎo)體器件與基板或存在于基板與半導(dǎo)體器件之間粘接 層脫離。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)由開頭提到類型的焊接連接通過如下方式來解決由可焊接 材料構(gòu)成并且通過接觸面A與外表面接觸的支承座從半導(dǎo)體器件的外表面出發(fā)，連接器在 遵循與外表面的間隔a (其中a
10 μ m)的情況下被焊接在所述支承座中或所述支承座上，和/或支承面同半導(dǎo)體器件的外 表面之間的接觸面的邊緣與連接器進(jìn)入到支承座的入口或它們之間的接觸起始部之間的 間隔b為bL 50 μ m0在此，間隔b是指接觸面的邊緣與入口或接觸起始部至少相距具有 半徑b的圓的圓心的間隔；因?yàn)榘纬隽?Abzugskraft)原則上可以分布在任意的徑向上。由此，作用于連接器的撕力被均勻地分布到大的面上。
如果半導(dǎo)體器件在中間層上的粘接強(qiáng)度為20N/mm2，則當(dāng)支承座具有40mm2的面積 時(shí)可以產(chǎn)生400N的理論撕力，以便使半導(dǎo)體器件從基板、如粘接層脫離。但是在實(shí)現(xiàn)該撕 力以前，在太陽能電池的情況下，所使用的常規(guī)連接器撕裂。典型的大小處于60N至100N 之間。但是與之相關(guān)的考慮的前提條件是，支承座保持粘接在外表面上、即不脫落。尤其是規(guī)定連接器在其與支承座連接的區(qū)域中始終遵循間隔a，該間隔a應(yīng)當(dāng)為 20 μ m至500 μ m之間、尤其是100 μ m至200 μ m之間。與此無關(guān)聯(lián)地，應(yīng)當(dāng)至少在如下區(qū)域 中遵循間隔a 在所述區(qū)域中，連接器在邊緣區(qū)域中與支承座連接或者連接器被浸入到支 承座中或者連接器與支承座的接觸起始部延伸。后者尤其是適用于連接器被焊接到支承座 上這一情況。間隔b應(yīng)當(dāng)尤其是大于ΙΟΟμπκ尤其是處于300μπι至3mm之間。此外，本發(fā)明規(guī)定支承座被設(shè)計(jì)為均勻的，其中優(yōu)選地可以給定ΙΟμπι至 500 μ m、優(yōu)選處于100 μ m至200 μ m之間的范圍內(nèi)的厚度。在此應(yīng)當(dāng)注意，在連接器及其周 圍的區(qū)域中，支承座的厚度不被超過。否則所存在的風(fēng)險(xiǎn)是，在層系統(tǒng)處、即在支承座與半 導(dǎo)體器件、尤其是太陽能電池之間的區(qū)域中出現(xiàn)剝落。通過遵循連接器本身(即沒有可能的焊劑、如錫層等)與半導(dǎo)體器件的上面施加有 支承座的外表面之間的間隔a，可以保證，在出現(xiàn)作用于連接器的高拉力的情況下，剝落被 轉(zhuǎn)移到支承座中，也就是說，剝落不在外表面處進(jìn)行，而是在連接器與支承座之間的接觸區(qū) 域中進(jìn)行、即在連接器與可焊接材料——如導(dǎo)電膠、燒結(jié)的導(dǎo)電膏或焊劑材料——之間進(jìn) 行。下面可以整體上簡(jiǎn)化地討論焊劑或焊接材料。但是如果將200 μ m至500 μ m厚的構(gòu)成支承座的焊劑材料的層焊接到連接器上或 者在將連接器與支承座焊接在一起時(shí)將連接器引入或按壓到支承座中，使得所期望的到半 導(dǎo)體器件的外表面以及到支承座的外表面的間隔都被遵循，則也可以避免剝落并且在高撕 力下引起連接器本身的撕裂。通過對(duì)連接器的準(zhǔn)焊接實(shí)現(xiàn)在使用厚度為100 μ m的連接器 時(shí)不再在連接器與焊劑之間出現(xiàn)撕裂，而是連接器本身在大致60N的拔出力下撕裂。用于太陽能電池的由鍍鋅的銅構(gòu)成的常規(guī)連接器在所提到的100 μ m厚度的情況 下具有Imm至5mm的寬度。尤其是規(guī)定半導(dǎo)體接觸部或半導(dǎo)體器件本身以粘接強(qiáng)度σ [N/mm2]與基板如粘 接層相連接，使得連接器可以在撕力下被損壞，并且支承座的接觸面A[mm2]為A-F / σ。在此，如果涉及太陽能電池，則半導(dǎo)體器件在基板或粘接層上的粘接強(qiáng)度處于0. ^N mm2 至200N/mm2之間。作為焊劑或焊劑材料尤其是可以考慮無鉛錫或具有高達(dá)重量百分比3. 5%的銀份 額的錫或者具有來自下列組的至少一種金屬的錫合金^kPIkCcU Bi、Da、Ag、Cu、Si金屬、 Al、Mg、Zn。為了實(shí)現(xiàn)所定義的支承座面積，一個(gè)改進(jìn)方案規(guī)定支承座受到由金屬構(gòu)成的環(huán) 元件限制，該環(huán)元件通過可焊接材料與半導(dǎo)體器件的外表面相連接。在這種情況下，環(huán)元 件的表面是支承座的接觸面的一部分。可替代地，可以為了以所定義的方式將支承座限制 于外表面而設(shè)置優(yōu)選由塑料構(gòu)成的可去除的環(huán)元件，該環(huán)元件可以在支承座固化以后被去 除。半導(dǎo)體器件尤其是非晶硅薄層太陽能電池或者由非晶硅薄層太陽能電池構(gòu)成的模塊，所述薄層太陽能電池以粘接強(qiáng)度σ (其中10N/mm2i σ < 40N/mm2)通過TCO層與基
板、如玻璃片相連接，支承座通過接觸面A (其中A - 1mm2，優(yōu)選5mm2至70mm2)與薄層太陽 能電池的背側(cè)接觸部相連接，并且連接器以與背側(cè)接觸部相距間隔a (其中a > 500 μ m)地 被焊接到支承座中或者被焊接到支承座上。支承座尤其是具有5mm2至70mm2的接觸面。尤其是規(guī)定接觸面A近似地具有直徑為d的環(huán)形幾何形狀，其中5mm d 7mm。具有例如大約100 μ m — 600 μ m的晶片厚度的半導(dǎo)體器件也可以是晶體硅太陽 能電池。通常在穩(wěn)定的焊接位置撕裂的情況下，彎曲力矩施加到100 μ m至600 μ m、至少 300 μ m厚的硅片上，其中該片在大約3N的力下就已經(jīng)可以破裂。為了提高彎曲力矩并且實(shí) 現(xiàn)要么使硅片同粘接層脫離要么損壞該片本身的較高拔出力，規(guī)定太陽能電池通過厚度 在100 μ m至200 μ m之間的硬的塑料層、例如Surlyn 層被固定在基板上。與此無關(guān)地，支承座也可以由至少兩個(gè)部分支承座構(gòu)成，其中連接器在每個(gè)支承 座中都遵循間隔a。一種用于將連接器與半導(dǎo)體器件、尤其是將帶狀串行連接器與太陽能電池的背 側(cè)接觸部連接的方法，其中半導(dǎo)體器件優(yōu)選地通過粘接層與基板連接，其特征在于下列步 驟
一將可焊接材料施加和連接到具有平面延伸A的接觸面的半導(dǎo)體器件的外表面上，所 述平面延伸A根據(jù)所述半導(dǎo)體器件在其基板上的粘接強(qiáng)度以及導(dǎo)致所述連接器撕裂的撕 力來確定，
一將所述連接器焊接到固化的可焊接材料處或可焊接材料中， 其中連接器以與接觸面相距間隔a地與可焊接材料相連接，其中d — 10 μ m、優(yōu)選a — 20 μ m、尤其是a乏80 μ m。間隔a優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)為80 μ m a 300 μ m。在此尤其是規(guī)定可焊接材料在溫度I；下與外表面相連、如與所述外表面焊接在 一起，其中IY ^ 400°C、尤其是IY ^ 300°C。此外，連接器應(yīng)當(dāng)在溫度Tv下被焊接到可焊接材
料中或可焊接材料處，其中Tv^ 400°C、尤其是T _ 300°C。為了實(shí)現(xiàn)可焊接材料與外表面之間的良好的材料決定的連接，一個(gè)改進(jìn)方案規(guī) 定在將可焊接材料與外表面連接以前，在要構(gòu)造的接觸面的區(qū)域中施加助焊劑。此外，為了實(shí)現(xiàn)所定義的接觸面大小，接觸面受到被布置在外表面上的環(huán)元件的 自由內(nèi)表面的限制，所述環(huán)元件在可焊接材料、如焊劑固化以后被去除。此外，可以將可焊接材料置入被布置在外表面上的由金屬構(gòu)成的環(huán)元件的內(nèi)部空 間中并且然后例如通過感應(yīng)加熱來與外表面連接。在這種情況下，環(huán)表面是接觸面的一部 分。優(yōu)選地，作為半導(dǎo)體器件可以使用非晶硅薄層太陽能電池，其以ΙΟΝ/mm2至40N/ mm2之間的粘接強(qiáng)度被連接在基板上。作為半導(dǎo)體器件也可以使用晶體硅太陽能電池，其通過Surlyn 層與基板連接， 其中Surlyn 層的厚度被確定為處于100 μ m至200 μ m之間的范圍內(nèi)。此外，可選地規(guī)定在與支承座連接的連接器之上施加厚度D1的焊劑材料，其中 200 μ m < D1 < 500 μ m。但是本發(fā)明也覆蓋了連接器通過多個(gè)沿著直線延伸的支承座與半導(dǎo)體器件連接的情況。但是在與之相關(guān)的實(shí)施方式中，應(yīng)當(dāng)滿足的附加條件是在每個(gè)單個(gè)的部分支承座 中，半導(dǎo)體器件的表面與部分支承座內(nèi)或部分支承座上的連接器之間的最小間隔大于或等 于a。部分支承座共同形成總接觸面A。此外尤其是在部分支承座的情況下，可以將這些部分支承座不是直接地施加在半 導(dǎo)體器件的表面上，而是施加在由導(dǎo)電金屬、如由錫構(gòu)成的導(dǎo)線上。然后，從直接從半導(dǎo)體 器件出發(fā)的印制導(dǎo)線的下側(cè)和每個(gè)部分支承座內(nèi)的連接器的走向的間隔得出最小間隔a。此外對(duì)于每個(gè)外部的部分支承座而言，印制導(dǎo)線的從該印制導(dǎo)線的長(zhǎng)度方向上觀 察的邊緣與連接器進(jìn)入到部分支承座的進(jìn)入位置之間的間隔b應(yīng)當(dāng)處于300 μ m至3mm之 間、尤其是300μπι至Imm之間。


本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅以本身和/或組合的形式從權(quán)利要求書、可 自權(quán)利要求中獲悉的特征中得出，而且從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的描述中得出。圖1示出具有支承座和連接器的太陽能電池的第一實(shí)施方式的原理圖。
圖2示出具有支承座和連接器的太陽能電池的第二實(shí)施方式的原理圖。
圖3示出具有支承座和連接器的太陽能電池的第三實(shí)施方式的原理圖。
圖4示出具有支承座和連接器的太陽能電池的第四實(shí)施方式的原理圖。
圖5示出具有被構(gòu)造為帶狀的支承座的太陽能電池的另一實(shí)施方式的俯視圖
圖6以具有帶狀支承座的截面示出根據(jù)圖5的太陽能電池的片段。
圖7示出剝落過程的原理圖。
圖8示出剝落過程的另一原理圖。
圖9示出與支承座連接的連接器的原理圖。
圖10示出具有由部分支承座構(gòu)成的支承座的太陽能電池的另一實(shí)施方式。
圖11示出圖10的實(shí)施方式的變型方案。
圖12示出通過多個(gè)部分支承座與太陽能電池連接的連接器的脫離力。
具體實(shí)施例方式在原則上為相同元素配備相同附圖標(biāo)記的圖中，根據(jù)半導(dǎo)體器件的原理圖所闡述 的根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)是，將連接器與半導(dǎo)體器件連接為使得作用于該連接器的拉力不會(huì)導(dǎo) 致該半導(dǎo)體器件與作為該半導(dǎo)體器件的出發(fā)點(diǎn)的基板、或者存在于該基板與該半導(dǎo)體器件 之間的粘接層脫離。因此，在圖中純粹原理性地作為半導(dǎo)體器件示出由非晶硅制成的薄層太陽能電池 10。該薄層太陽能電池具有常見的構(gòu)造，也就是說，在玻璃襯底12上通過作為粘接層的TCO 層14 (透明接觸部)布置有形成光活性區(qū)域的由非晶硅構(gòu)成的層系統(tǒng)——如p-i-n結(jié)構(gòu)，該 層系統(tǒng)在下面被稱為層16，層16在其方面被背側(cè)接觸部22覆蓋。在該實(shí)施例中，背側(cè)接觸 部22由金屬層18 (如鋁層)和覆蓋該金屬層的由鎳構(gòu)成或含鎳(Ni;V)的層20組成，以便 使得能夠以下面的方式與連接器M焊接在一起。替代于由鋁構(gòu)成的層，例如也可以將銀層 或含銀層用作背側(cè)接觸部或該背側(cè)接觸部的層。另外，在由非晶硅構(gòu)成的層16與背側(cè)接觸 部22之間應(yīng)當(dāng)存在ZnO層。TCO層14常常由SnA :F構(gòu)成。
為了在模塊中對(duì)相應(yīng)的太陽能電池10進(jìn)行接線，需要在該實(shí)施例中由層18和20 構(gòu)成的背側(cè)接觸部22與連接器M連接，其中連接器M通常是由鍍錫的銅構(gòu)成的具有厚度 100 μ m — 200 μ m和寬度至5_的帶狀串行連接器。為了避免例如硅層16的層在作用于串行連接器M的拉力下從TCO層14剝落，根 據(jù)本發(fā)明規(guī)定將由焊劑材料構(gòu)成的支承座26施加到背側(cè)接觸部22、即該背側(cè)接觸部22 的外表面23上，并且與背側(cè)接觸部22相連接，其中該支承座沈根據(jù)圖1和2優(yōu)選地是由 例如Sn的焊劑材料構(gòu)成的堆積體，其中本發(fā)明并不由此受到限制。更確切而言，可以考慮 所有合適的可焊接材料，如焊劑材料——例如無鉛Sn、具有重量百分比3. 5%的Ag份額的 Sn、或者具有來自如下組的一種或多種其它金屬元素的Sn合金Pn、Pb、Cd、Bi、Ga、Ag、Cu、 Si金屬、Al、Si、Mg。但是出于簡(jiǎn)化的原因，下面將Sn堆積體作為支承座沈進(jìn)行討論。尤其是在不基于非晶硅的薄層或晶片太陽能電池的情況下，焊劑材料或可焊接材 料也可以是導(dǎo)電膠或者燒結(jié)的膏狀物。通過將Sn堆積體施加到背側(cè)接觸部22上實(shí)現(xiàn)，在作用于連接器M的拉力下進(jìn)行 支承座沈中的剝落或連接器M的撕裂，而不損傷光伏層16。換言之，將撕裂位置轉(zhuǎn)移到 Sn堆積體的區(qū)域中，以便不危及薄層太陽能電池10的耐久性。通過支承座沈或Sn堆積體實(shí)現(xiàn)，作用于串行連接器22上的力必然分布到較大的 面上、即支承座26與背側(cè)接觸部22的外表面23之間的接觸面上。如果例如由非晶硅構(gòu)成 的層16與TCO層14的粘接強(qiáng)度σ為20N/mm2，則可以在不損壞硅層16的情況下以20N的 撕力作用于支承座26與背側(cè)接觸部22的具有A = Imm2的接觸面A處。如果接觸面A被 設(shè)計(jì)為例如100mm2，則可以在出現(xiàn)2000N的撕力而不導(dǎo)致太陽能電池10的損壞。但是在相 應(yīng)的撕力下，通常僅耐受60N以下撕力的串行連接器M會(huì)被撕裂。Sn堆積體的厚度被設(shè)計(jì)為均勻的，其中在串行連接器M與Sn堆積體相連接或存 在于Sn堆積體中的區(qū)域中，背側(cè)接觸部與串行連接器之間的間隔a應(yīng)當(dāng)為至少ΙΟμπι，優(yōu) 選20μπι至500μπι，尤其是ΙΟΟμπι至200μπι。如果在圖2的實(shí)施例中，串行連接器M被 焊接到Sn堆積體中，則如圖3所表明的那樣也存在如下可能性串行連接器M僅僅被焊接 到支承座沈上或者僅僅在小范圍中被焊劑材料覆蓋。為了不將拉力傳遞到位置1，即不傳遞到支承座與外表面23的外圍邊界，即不傳 遞到Sn堆積體沈與Ni :V層20之間的接觸區(qū)域中，要遵循的最小間隔a是重要的。否則 會(huì)出現(xiàn)直接沿著外表面23的剝落，由此撕力連續(xù)地通過變小的接觸面被傳遞。通過間隔a，撕力或拉力被分布在較大的材料區(qū)域上并且因此接觸面明顯增大，使 得在大的撕力或拉力下，太陽能電池的層構(gòu)造也不被損壞。如從圖2的原理圖中所得出的那樣，具有足夠厚度的Sn堆積體沈在串行連接器 M之上延伸。由此實(shí)現(xiàn)在連接器進(jìn)入到Sn堆積體的進(jìn)入?yún)^(qū)域(區(qū)域II)中發(fā)生剝落以前， 可以發(fā)生串行連接器M的撕裂。但是如果導(dǎo)致連接器M損壞的力為60N并且硅層16與 TCO層14的粘接強(qiáng)度為20N/ mm2,則Sn堆積體沈與背側(cè)接觸部22的表面23——即Ni V 層20——之間的接觸面必須為A 2 3mm2。如果存在粘接強(qiáng)度的其它值，則必須相應(yīng)地改變 接觸面A的尺寸。關(guān)于造成串行連接器M損壞的撕力有相同的情況成立。因此由于該原因，之前提到的“進(jìn)入?yún)^(qū)域”是進(jìn)入位置。此外，為了能夠引入高的拔出力，優(yōu)選地規(guī)定連接器M被安放到Sn堆積體沈中，使得厚度D1處于200 μ m至500 μ m之間的焊劑材料在連接器M之上延伸。厚度D1是 連接器M的上側(cè)與支承座26的頂部27之間的間隔。圖1的實(shí)施例與圖3的實(shí)施例的不同之處在于，連接器M基本上僅僅與Sn堆積 體的表面、即支承座26相連接。在此，間隔a——即其在支承座沈中的延伸程度被考慮的 連接器M與背側(cè)接觸部22的表面23之間的最小間隔——同樣為至少10 μ m、尤其是20 μ m 至500 μ m之間，其中應(yīng)以100 μ π!至200 μ m之間的優(yōu)選值范圍為出發(fā)點(diǎn)。與此無關(guān)地，Sn堆積體沈在外表面23上的外圍邊界(在圖1中用I標(biāo)出)與進(jìn)入 點(diǎn)或連接器M同支承座26的外部接觸點(diǎn)(在圖中用II表示)之間的間隔為至少50μπι，優(yōu) 選為至少100 μ m，尤其是至少300 μ m，優(yōu)選地處于300 μ m至3mm之間，尤其是處于300 μ m 至Imm之間，但是實(shí)際上不存在上限。該間隔在圖1和2中用b標(biāo)出。在此，間隔b是沿著 接觸面的表面(即外表面23)并且在連接器M的拉力方向上測(cè)得的。拉力方向是作用于連 接器M的方向，其中連接器在其與焊劑支承點(diǎn)沈材料接合地連接的片段方向的延長(zhǎng)方向 上延伸。但是不僅應(yīng)當(dāng)在片段的延長(zhǎng)方向上遵循連接器M與接觸面之間的間隔b，而且應(yīng) 當(dāng)總體上在具有半徑b的圓的范圍內(nèi)遵循該間隔b，其中所述半徑b從進(jìn)入位置或連接器 24與支承座沈的接觸起始部出發(fā)。在圖5和6中，在片段的長(zhǎng)度方向上以及橫切或垂直于 該片段地繪出了間隔b。間隔b可以在不同的徑向上不同，但是應(yīng)當(dāng)為至少50 μ m、尤其是至少100 μ m。從圖3中可以獲悉支承座觀的另一實(shí)施方式，該支承座觀例如由金屬環(huán)、如黃銅 扁環(huán)30構(gòu)成，其中在該金屬環(huán)的內(nèi)部空間中置入優(yōu)選地具有助焊劑滴狀物的焊劑金屬、如 錫。如果環(huán)片30例如以感應(yīng)方式升溫，則助焊劑和Sn熔化。焊劑均勻地覆蓋(benetzen) Ni :V層20和環(huán)片30，并且由于毛細(xì)作用而流入環(huán)片30與Ni :V層20之間的縫隙中。如果 然后借助于焊接頭通過例如按壓將連接器M焊接到環(huán)片30上，則焊劑不再能夠流走。在 此，表面張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排斥力，使得焊劑不再被排擠出。因此，可以產(chǎn)生所定義的面積、以 及串行連接器M與支承座洲之間在焊接區(qū)域32中的連接之間的間隔a，并且焊劑材料與 Ni :V層20之間的接觸面A被清楚地定義。同樣的幾何形狀也可以通過對(duì)環(huán)形導(dǎo)電膏結(jié)構(gòu) 進(jìn)行擠壓和燒結(jié)來實(shí)現(xiàn)。類似于圖1和2，串行連接器M與支承座觀的接觸區(qū)域32可以被稱為受撕裂威 脅的區(qū)域II，并且支承座觀與Ni:V層20之間的接觸區(qū)域可以被稱為受撕裂威脅的區(qū)域 I。在此，區(qū)域I與II之間的間隔應(yīng)當(dāng)大于50 μ m、優(yōu)選大于100 μ m、尤其是300 μ m、特別優(yōu) 選處于300 μ m至大約3mm之間的范圍內(nèi)、優(yōu)選處于300 μ m至Imm之間，使得在不允許的高 拔出力對(duì)串行連接器M的影響下，在受撕裂威脅的區(qū)域II中、而不是不在受撕裂威脅的區(qū) 域I中出現(xiàn)剝落。由此實(shí)現(xiàn)拔出力均勻地分布在接觸面AjPA2上，以便由此排除由于硅 層16與TCO層14之間的粘接問題而出現(xiàn)的機(jī)制。在圖4的實(shí)施例中，在環(huán)元件30的內(nèi)部空間中同樣存在焊劑。相應(yīng)地在圖4中用 A標(biāo)出接觸面。如果在環(huán)30的內(nèi)部空間中不存在焊劑材料，則接觸面A1為環(huán)形(圖3)。通過選擇在串行連接器M之上延伸的焊劑材料的厚度——如可以純粹原理性地 從圖2中所獲悉的那樣，可以按照所提到的那樣附加地實(shí)現(xiàn)在區(qū)域II中發(fā)生剝落以前，串 行連接器M自身撕裂。與此無關(guān)地，通過間隔a保證在與Ni :V層20的接觸區(qū)域(區(qū)域I)中不出現(xiàn)剝落或撕裂，使得傳遞到層系統(tǒng)的拔出力不會(huì)導(dǎo)致層14與TCO層12脫離。關(guān)于撕裂機(jī)制應(yīng)當(dāng)注意的是，撕裂以相繼的、非常小的步驟出現(xiàn)，并且在此有效的 粘接面被減小到最小值。在此，相繼出現(xiàn)微小的部分面積的極微的撕裂。在此，撕力分布在 若干mm的線上，由此得出臨界的粘接張力。圖4的實(shí)施例與圖3的實(shí)施例的不同之處在于，尤其是由絕緣材料構(gòu)成的環(huán)32在 應(yīng)當(dāng)與連接器M產(chǎn)生連接的位置處被定位在背側(cè)接觸部22上。然后焊劑材料被置入環(huán)32 的內(nèi)部空間中，以便形成相應(yīng)地具有片狀幾何形狀的焊接支承座34。當(dāng)然也可以在沒有輔 助環(huán)32的情況下以準(zhǔn)徒手的方式施加相應(yīng)的支承座34。與此無關(guān)地，按照尺寸以之前描述 的方式進(jìn)行連接器M與支承座34的連接，即使得背側(cè)接觸部22的接觸面或外表面23之 間的間隔a和連接器M到面23的最小間隔為至少10 μ m,尤其是處于20 μ m至500 μ m之 間的范圍內(nèi)。也可以將連接器M擠壓到支承座34的焊劑材料中，以便例如根據(jù)圖2的實(shí)施 例使在連接器M之上存在層厚度D1的焊劑材料，所述層厚度D1可以處于100 μ m至200 μ m 之間的范圍內(nèi)。根據(jù)圖5至12，將根據(jù)支承座的設(shè)計(jì)或構(gòu)造以及與支承座連接的連接器的走向進(jìn) 一步闡述所出現(xiàn)的機(jī)制。與此無關(guān)地，圖7至9說明連接器M可以被例如焊劑層、如錫層 包圍。該焊劑層在圖7中用25標(biāo)出。因此，間隔a涉及連接器M本身并且原則上不考慮 焊劑層25。因此，圖5說明不一定需要將支承面構(gòu)造為圓形或斑點(diǎn)狀的。更確切而言，也可以 使用被構(gòu)造為延伸形式的支承座26。但是與此無關(guān)地必需滿足的附加條件是，連接器M與 太陽能電池10的上側(cè)23之間的最小間隔在a乏10 μ m、尤其是20 μ m S a S 500 μ m、優(yōu)選 100ym< a< 200μπι的情況下大于或等于a。另外應(yīng)當(dāng)注意，支承座沈的外部邊緣與連接 器24進(jìn)入到支承座沈的進(jìn)入點(diǎn)之間的間隔b為至少50 μ m、優(yōu)選至少100 μ m的范圍內(nèi)，尤 其是處于300 μ m至3mm之間、優(yōu)選300 μ m至Imm之間。從反映圖5中圖示的區(qū)域截面的圖6中可以認(rèn)識(shí)到，在連接器M進(jìn)入到支承座沈 的進(jìn)入位置與支承座沈在外表面23上的外部邊緣之間存在至少間隔b。根據(jù)圖7說明，當(dāng)連接器M未以與支承座中的半導(dǎo)體襯底的表面間隔a的方式延 伸時(shí)——即區(qū)域I和II根據(jù)之前進(jìn)行的闡述重疊時(shí)，所存在的危險(xiǎn)是，硅層16從TCO層14 剝落，從而損壞太陽能電池10。而如果連接器M以間隔a被置入支承座中并且在整個(gè)支承座的區(qū)域中都遵循該 間隔，其中區(qū)域I和II彼此被間隔開，則可以根據(jù)所出現(xiàn)的拔出力F要么發(fā)生支承座的剝 落(圖8)、要么發(fā)生連接器M的撕裂——如可以純粹原理性地從圖9中認(rèn)識(shí)到的那樣。圖10至12將說明，支承座沈可以由多個(gè)沿著直線或線延伸的部分支承座126、 226構(gòu)成，這些部分支承座1沈、2沈可以在其方面被布置在印制導(dǎo)線、如錫導(dǎo)線3 上。在 此，部分支承座1沈、2沈彼此之間不需要具有相同的間隔。但是與此無關(guān)聯(lián)地，必需滿足的附加條件是，連接器M在每個(gè)部分支承座126、 226中都與太陽能電池10的上側(cè)23、即與印制導(dǎo)線3 的下側(cè)遵循間隔a。另外，印制導(dǎo)線 326的從連接器M的長(zhǎng)度方向上觀察的外部邊緣(即區(qū)域I)與連接器M進(jìn)入到相應(yīng)的最 外面的部分支承座126的進(jìn)入位置(即區(qū)域II)之間的間隔具有間隔b。間隔a應(yīng)當(dāng)為至少 10 μ m,尤其是處于20 μ m至500 μ m之間、優(yōu)選100 μ m至200 μ m之間。間隔b優(yōu)選為b —50 μ m并且應(yīng)當(dāng)處于尤其是300 μ m至3mm之間、優(yōu)選300 μ m至Imm之間。
圖12從原理上示出，在過大的拔出力F作用于連接器樹的情況下，在部分支承座 126,226中進(jìn)行連續(xù)的脫離，而不進(jìn)行太陽能電池10的層的剝落，否則由此會(huì)損壞太陽能 電池10。
權(quán)利要求
1.一種焊接連接，該焊接連接處于優(yōu)選地通過粘接層(14)與基板(12)連接的半導(dǎo)體 器件(10)的外表面(23)與尤其是帶狀的連接器(24)之間，尤其是處于太陽能電池的背側(cè) 接觸部(22)與連接器、如串行連接器之間，其特征在于，由可焊接材料構(gòu)成并且通過接觸面A與外表面(23)接觸的支承座(26二8) 從半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)出發(fā)，連接器(24)在遵循與外表面(23)的間 隔a的情況下被焊接在所述支承座(26J8)中或所述支承座(26J8)上，其中a ^ 10 μ m，和/或所述支承面同所述外表面之間的接觸面的邊緣與所述連接器進(jìn)入到所述 支承座的入口或它們之間的接觸起始部之間的間隔b為b -⑷μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接連接， 其特征在于，在連接器(24)與支承座(26二8)的整個(gè)接觸區(qū)域中遵循間隔a。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接連接， 其特征在于，間隔 a 為 20 μ m < a < 500 μ m，優(yōu)選 IOOym < a < 200 μ m。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，所述接觸面的邊緣在具有對(duì)應(yīng)于間隔b的半徑的圓的圓周上或圓周外從連接器(24) 的進(jìn)入位置或接觸起始部出發(fā)延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，在連接器(24)之上，支承座(26)的焊劑材料以厚度D1分布，其中D ^ 200ym、尤其是 200 μ m < D1 < 500 μ m。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，半導(dǎo)體器件(10)以粘接強(qiáng)度σ [N/mm2]與粘接層(14)或基板(12)相連接，連接器(24) 能夠在撕力下被損壞，并且支承座(26)與外表面(23)之間的接觸面A為A= !^/0。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，半導(dǎo)體器件的粘接強(qiáng)度σ為0.7Ν/πιπι2 σ < 200N/mm2。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，所述可焊接材料是技術(shù)上純凈的Sn、具有重量百分比3. 5% Ag的Sn、或者具有來自如 下組的至少一種金屬元素的Sn合金:Pn,Pb,Cd,Bi,Ga,Ag>Cu,Si金屬、Al、Mg、Zn。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，支承座(26，28)的接觸面A為A a 1mm2、尤其是Imm2 ^ A S 40mm2。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，接觸面A大致具有直徑為d的圓形幾何形狀，其中5mm ￡ d 7mm。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，接觸面A大致具有矩形幾何形狀，該矩形幾何形狀優(yōu)選地具有2mm至6mm之間或Imm 至3mm之間的邊長(zhǎng)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，支承座(28 )包括環(huán)元件(30 )、如有孔片。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，環(huán)元件(30)通過所述可焊接材料與半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)連接，并且在其背 向所述半導(dǎo)體器件那側(cè)具有與連接器(24)連接的焊劑材料。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，所述支承座由至少兩個(gè)部分支承座(126，226)構(gòu)成，并且連接器(24)在每個(gè)部分支承 座中都遵循所述間隔(a)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，所述支承座包括至少三個(gè)沿著直線或線布置的部分支承座(126，2沈)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，支承座(26 )或部分支承座(1 ，2 )被布置在由導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo)線(326 )上。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，連接器(24)在第一區(qū)域(II)中進(jìn)入沿著直線或線布置的部分支承座(1 )的分別最 外面的支承座中，分別最外面的支承座在從該直線的方向上觀察的情況下直接地或者通過 印制導(dǎo)線(326)在第二區(qū)域(I)中以該支承座的邊緣或該印制導(dǎo)線的邊緣接觸半導(dǎo)體器件 (10)，并且第一區(qū)域(I)與第二區(qū)域(II)之間的間隔為300μπι至3mm之間、尤其是300 μ m 至Imm之間。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，支承座(26)同半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)之間的接觸面的邊緣與連接器(24)進(jìn)入 到支承座(26)的入口或支承座與所焊接的連接器之間的接觸起始部之間的間隔b在沿著 所述接觸面觀察的情況下為至少100 μ m、優(yōu)選至少300 μ m、尤其是在300 μ m至3mm之間、 優(yōu)選在300μπι至Imm之間。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的焊接連接， 其特征在于，所述可焊接材料是導(dǎo)電膠、燒結(jié)的導(dǎo)電膏或者焊劑材料。
20.一種具有焊接連接的半導(dǎo)體器件，該焊接連接處于優(yōu)選地通過粘接層(14)與基板 (12)連接的太陽能電池(10)的背側(cè)接觸部(22)的外表面(23)與尤其是帶狀的連接器(24) 之間，其特征在于，該半導(dǎo)體器件是非晶硅薄層太陽能電池(10)或者由非晶硅薄層太陽能電池構(gòu)成的模 塊，并且所述薄層太陽能電池以粘接強(qiáng)度σ通過TCO層(14)與基板、如玻璃片(12)連接， 其中 ΙΟΝ/mm2^ σ < 40N/mm2。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件， 其特征在于，支承座(26二8)通過接觸面A與薄層太陽能電池的背側(cè)接觸部(22)連接，其中A — 1mm2、尤其是Imm2S A 7mm2、優(yōu)選5mm2 < A 7mm2，并且連接器(24)在與背側(cè)面(23)相距間隔a的情況下被焊接到所述支承座中或者所述支承座上，其中a 2 20 μ m、尤其是100 μ m _ a _ 200 μ m。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的半導(dǎo)體器件， 其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是晶體硅太陽能電池，其通過作為粘接層的厚度為100 μ m至200 μ m 之間的塑料層、如Surlyn 層與基板連接。
23.一種用于將連接器(24)與半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)、尤其是將串行連接器 與太陽能電池的背側(cè)接觸部連接的方法，其中該半導(dǎo)體器件優(yōu)選地通過粘接層(14)與基板 (12)連接，其特征在于下列步驟一將可焊接材料施加和連接到具有平面延伸(A)的接觸面的半導(dǎo)體器件(10)的外表 面(23)上，所述平面延伸(A)之前根據(jù)所述半導(dǎo)體器件在基板上的粘接強(qiáng)度以及導(dǎo)致所述 連接器撕裂的撕力(F)來確定；一將所述連接器焊接到固化的可焊接材料處或可焊接材料中； 其中所述連接器在與接觸面(23)相距間隔a的情況下與可焊接材料連接，其中a -10 μ m，和/或從作用于所述連接器的拉力的方向上觀察，所述支承面同該半導(dǎo)體器件的夕I 表面之間的接觸面的邊緣與所述連接器被焊接到所述支承座中或所述支承座上的接觸區(qū) 域之間的間隔b為b乏50 μ m。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法， 其特征在于，所述間隔a為a L 20μπι。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或M所述的方法， 其特征在于，所述焊劑材料在溫度IY下被施加到所述外表面上，其中T ￡400°C、尤其是T c 300°Co
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25至少之一所述的方法， 其特征在于，連接器(24)在溫度Tv下被焊接到可焊接材料中或可焊接材料處，其中T — 400°C、尤 其是 KKTC。
27.根據(jù)權(quán)利要求23至沈至少之一所述的方法， 其特征在于，可焊接材料與助焊劑一起被施加到半導(dǎo)體器件(10)的接觸面或外表面(23)上。
28.根據(jù)權(quán)利要求23至27至少之一所述的方法， 其特征在于，接觸面(23)受到被布置在半導(dǎo)體器件(10)的外表面上的環(huán)元件(30)的自由內(nèi)表面的 限制。
29.根據(jù)權(quán)利要求23至觀至少之一所述的方法， 其特征在于，接觸面受到施加在半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)上的絕緣材料的限制，所述絕緣材 料如塑料，例如阻焊漆。
30.根據(jù)權(quán)利要求23至四至少之一所述的方法， 其特征在于，連接器(24)在與半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)相距間隔a的情況下被焊接到可焊接 材料中或被焊接到可焊接材料上，其中a — 10 μ m、尤其是20 μ m ￡ a ￡ 500 μ m、優(yōu)選100 μ m < a 200μπι。
31.根據(jù)權(quán)利要求23至30至少之一所述的方法， 其特征在于，所述連接器被置入到可焊接材料中，使得在所述連接器之上，可焊接材料存以厚度D2 分布，其中200μ S D2 < ο U m0
32.根據(jù)權(quán)利要求23至31至少之一所述的方法， 其特征在于，薄層太陽能電池的非晶硅層作為半導(dǎo)體器件以粘接強(qiáng)度σ通過TCO層與玻璃片連接， 其中 10N/mm2i σ < 40N/mm2。
33.根據(jù)權(quán)利要求23至32至少之一所述的方法， 其特征在于，作為半導(dǎo)體器件使用晶體硅太陽能電池，所述晶體硅太陽能電池通過作為粘接層的塑 料層、如Surlyn 層與基板連接。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法， 其特征在于，具有厚度為D的塑料層、如Surlyn 層的晶體硅太陽能電池與基板連接，其中IOOym S D S 200 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接連接，該焊接連接處于通過粘接層(14)與基板(12)連接的半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)與帶狀的連接器(24)之間。為了使作用于連接器的拉力不會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件從基板或粘接層脫離而提出，由可焊接材料構(gòu)成并且通過接觸面A與外表面(23)接觸的支承座(26，28)從半導(dǎo)體器件(10)的外表面(23)出發(fā)，其中連接器(23)在遵循與外表面(23)的間隔a(其中a≥10μm)的情況下被焊接在所述支承座中或所述支承座上，和/或支承面同外表面之間的接觸面(23)的邊緣與連接器進(jìn)入到支承座的入口或它們之間的接觸起始部之間的間隔b為b≥50μm。
文檔編號(hào)H01L31/075GK102099925SQ200980128101
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者梅德 B., 維爾 C., 格里斯 G., 馮坎佩 H., 羅薩 J. 申請(qǐng)人:肖特太陽能股份公司