JP2001352014A

JP2001352014A - 半導体装置及び太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2001352014A
Application number: JP2000168407A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuzuki; 幸司都築; Satoshi Yamada; 聡山田; Yoshifumi Takeyama; 祥史竹山; Koichi Shimizu; 孝一清水; Tsutomu Murakami; 勉村上; Toshihito Yoshino; 豪人吉野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐腐食性、耐衝撃性に優れた半導体装置、及
び太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】半導体チップと、半導体チップに接続さ
れた金属端子を有する半導体装置において、前記半導体
チップの周囲に湿度の侵入を防止する為の第１保護層
と、前記第１保護層の周囲の少なくとも一部に応力を吸
収する為の第２保護層とが形成されていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に耐腐食性と耐衝撃性に優れた半導体装置に関す
る。また、これらの半導体装置をバイパスダイオードと
して使用した太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＯ₂の増加による温室効果で地
球の温暖化が生じることが予測され、ＣＯ₂を排出しな
いクリーンなエネルギーの要求がますます高まってい
る。ＣＯ₂を排出しないエネルギー源としては原子力発
電が挙げられるが、放射性廃棄物の問題が解決されてお
らず、より安全性の高いクリーンなエネルギーが望まれ
ている。このような状況下において、クリーンなエネル
ギーの中でも特に太陽電池は、そのクリーンさと安全性
と取扱い易さといった点から非常に注目されている。

【０００３】太陽電池の種類としては、結晶系太陽電
池、アモルファス系太陽電池、化合物半導体太陽電池
等、多種にわたる太陽電池が研究開発されているが、中
でもアモルファスシリコン太陽電池は、変換効率こそ結
晶系の太陽電池に及ばないものの、大面積化が容易で、
かつ光吸収係数が大きく、また薄膜で動作するなどの、
結晶系太陽電池には無い優れた特徴をもっており、将来
を有望視されている太陽電池の１つである。

【０００４】ところで、通常太陽電池を電力の供給源と
してみた場合、１枚の太陽電池セルだけでは出力電圧が
不足している。このため、複数個の太陽電池セルを直列
もしくは並列に接続して使用する必要がある。

【０００５】上記のように複数個のセルを直列接続して
動作させる場合において最大の難点は、建物の影や降雪
などにより、セルの一部が太陽光から遮られて発電しな
くなった場合、正常に発電している他の素子からの総発
生電圧が逆方向電圧という形で直接印加されることであ
る。そして、このような逆方向電圧が素子の耐圧を超え
る値になった場合には、素子の破壊が起きる可能性があ
る。そこで、このような素子の破壊を避けるためには、
直列接続した各素子ごとに、素子と並列で逆の方向にダ
イオードを結線する必要がある。このようなダイオード
は一般的にバイパスダイオードと呼ばれる。

【０００６】バイパスダイオードを太陽電池に応用した
例としては、例えば特開平５−２９１６０２号公報や、
特開平９−８２８６５号公報で開示されており、これら
の公報ではバイパスダイオードとしてチップダイオード
を使用した構成が提案されている。このチップダイオー
ドを使用する最大の特徴としては、厚みが３００〜６０
０μｍ程度と非常に薄いことでモジュールの平面性を保
つことができ、外観性を良くすることができると同時
に、周辺を充填する樹脂を薄くすることができ、樹脂コ
ストを下げられることにある。図４にこのようなバイパ
スダイオードの一例の概略図を示す。

【０００７】図４中、４０１は半導体チップ、４０２、
４０３は金属箔からなる金属端子、４０４は半田であ
り、半導体チップ４０１が半田４０４にて金属端子４０
２、４０３と接続されている。

【０００８】また、バイパスダイオードの設置場所の一
例を図５に示す。図５（ａ）は、太陽電池セル５０１を
封止するＥＶＡなどの封止材５０３中にダイオード５０
２が設置された例であり、ダイオード５０２はセル毎に
電気的に接続されている。図５（ｂ）は、太陽電池モジ
ュールの端子ボックス５０４内にバイパスダイオード５
０２が設置された例であり、この場合バイパスダイオー
ドはモジュール毎に電気的接続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記太陽電池は屋外に
設置して使用するものであるから、その信頼性は非常に
高いレベルを追求していく必要があるが、とりわけ上述
のチップで使用するようなバイパスダイオードに関して
は、屋外での耐湿性と耐衝撃性の観点で以下に述べる懸
念点が生じていた。

【００１０】太陽電池モジュール全体を被覆している
封止材は、通常水分に対するバリア性が完全とは言え
ず、高温高湿環境下で水分が浸透する可能性がある。そ
の場合、ダイオードに使用されている金属部材及び半田
が徐々に酸化、腐食され、長期に安定して使用すること
に懸念がある。特に、半田部に関しては、半田中の鉛が
水分の存在で容易に水酸化鉛を作成し、徐々に絶縁化し
てしまい、やがてはオープン故障を起こすことがある。
また、ダイオードが端子ボックス内に設置されている場
合においても、端子ボックスの水分に対する気密性が完
全ではない為に、同様の懸念が存在する。

【００１１】封止材としてＥＶＡ樹脂を使用している
場合には、さらに酸化、腐食が顕著である。すなわち、
ＥＶＡ樹脂中に含有される酢酸残基が水分の存在下で加
水分解を起こして酢酸が遊離する。酢酸が半田と接触し
た場合には酢酸鉛を形成し、と同様のオープン故障を
起こし、長期信頼性を確保することができない。

【００１２】屋外に設置する太陽電池には、設置の際
に太陽電池が踏まれる可能性があることや、設置後にで
も雹等の落下物が直撃することを考慮に入れておく必要
があるが、このような衝撃ストレスがダイオード部を直
撃した場合には、設置場所にかかわらずダイオードチッ
プが割れる場合がある。

【００１３】このような問題点を簡単に解決する為に
は、エポキシ樹脂等で封止された市販のモールドダイオ
ードを使用する方法があり、従来出力端子ボックス内に
設置された例が公知である。しかしながら、モールドダ
イオードは厚みが数ｍｍ以上あって大きい形状をしてい
る為に、封止材内に封入することは今まで不可能であ
り、また、出力端子ボックス内に組み込もうとすると端
子ボックスの形状も大きくなってしまうという別の問題
点が生じてしまっていた。

【００１４】そこで本発明は、小型でかつ、耐腐食性、
耐衝撃性に優れたダイオード、トランジスタ、ＩＣ、サ
イリスタ等の半導体装置を提供し、太陽電池モジュール
内に組み込んだ場合においても上記問題を起こさない構
成を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような半
導体装置及び太陽電池モジュールが最良であることを見
いだした。

【００１６】すなわち本発明の半導体装置は、半導体チ
ップと、該半導体チップに接続された金属端子を有する
半導体装置において、前記半導体チップの周囲に湿度の
侵入を防止する為の第１保護層と、前記第１保護層の周
囲の少なくとも一部に応力を吸収する為の第２保護層と
が形成されていることを特徴とする。かかる構成によれ
ば、半導体チップと金属端子との接合に用いる半田の腐
蝕寿命を延ばすことできると共に、耐衝撃性を高めるこ
とができる。すなわち、耐腐蝕性と耐衝撃性の両方の性
質を兼ね備えた半導体装置を提供することが可能とな
る。

【００１７】また、前記第２保護層の硬度が前記第１保
護層の硬度よりも低硬度であることを特徴とする。かか
る構成によれば、第２保護層は半導体チップだけではな
く第１保護層をも衝撃から保護する機能を有することが
できる。

【００１８】また、前記第２保護層が、ＪＩＳＡ硬度５
０以下の有機高分子樹脂からなることを特徴とする。か
かる構成によれば、屋外で使用される場合であっても充
分耐衝撃性の高い半導体装置を提供することが可能とな
る。

【００１９】また、前記有機高分子樹脂がシリコーン樹
脂であることを特徴とする。これによりＪＩＳＡ硬度５
０以下の条件をクリアでき、かつ耐熱性が高く、安定し
た第２保護層が提供可能となる。

【００２０】また、前記第１保護層がエポキシ樹脂、も
しくはフェノール樹脂、もしくはポリエステル樹脂、も
しくはアクリル樹脂、もしくはポリビニル樹脂からなる
ことを特徴とする。中でも、前記第１保護層がフェノー
ル樹脂、もしくはポリエステル樹脂からなることを特徴
とする。このような材料を用いることにより、半導体チ
ップと金属端子との接合に用いる半田の腐蝕寿命を確実
に延ばすことができ、特にフェノール樹脂、もしくはポ
リエステル樹脂を用いることによって、腐蝕寿命を４倍
以上とすることができる。

【００２１】また、本発明の太陽電池モジュールは、封
止材により封止された１以上の太陽電池セルと、１以上
のバイパスダイオードと、前記太陽電池セルからの出力
を取出す為の出力端子ボックスを備えた太陽電池モジュ
ールにおいて、前記バイパスダイオードが前記本発明の
半導体装置であって、該バイパスダイオードが、前記封
止材内もしくは前記出力端子ボックス内に設置されてい
ることを特徴とする。かかる構成によれば、長期信頼性
の高い太陽電池モジュールとなる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施態様例を詳細に
説明する。

【００２３】まず、本発明の半導体装置について、図１
を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の半導体装置
の一例の概略図を示しており、１０１は半導体チップ、
１０２、１０３は金属箔（金属端子）であり、半導体チ
ップと金属箔は半田１０４によって電気的に接続されて
いる。また、１０５は第１保護層であり、半導体チップ
の周囲をモールドし、水分の侵入等を防ぎ、ろう材（半
田１０４）の耐腐食性を向上させる役目をする。また１
０６は第２保護層であって、第１保護層の周囲に形成さ
れ、半導体チップにかかる衝撃を緩和する役目をするも
のである。尚、図１（ａ）は、第２保護層が第１保護層
の周囲全てに形成された場合を示しており、図１（ｂ）
は第２保護層が第１保護層の周囲の一部に形成された場
合を示しており、状況に応じて適宜選択でき、例えば、
全体の総厚みを薄くしたい場合等には（ｂ）の形態の方
が好適である。

【００２４】本発明の半導体チップ１０１としては、ダ
イオード、トランジスタ、ＩＣ、サイリスタ等半導体デ
バイスであれば特に限定はなく使用することが可能であ
る。

【００２５】半導体チップがダイオードである場合に
は、そのダイオードの種類としては、特に限定なく適用
可能である。また、そのチップ構造としてもメサ型、プ
レーナ型等限定なく適用可能であるが、図１に示すよう
な金属箔がほぼ平行に接続されているような場合には、
金属箔／チップ間でのショートを防止するためにメサ型
を用いる方が好適である。

【００２６】半導体チップ１０１に半田で接続される金
属箔１０２、１０３としては、ろう材との接続が可能で
あって、良好な電気導電性、小さな熱抵抗を有する材料
が好適に用いられる。例えば具体的な材料としては金、
銀、銅、ニッケルが好適である。電気抵抗を小さくする
為には、外部接続端子の厚みは大きい程好ましいが、厚
すぎると全体の厚みが厚くなってしまい、本来の薄型と
いう特徴が失せることから３５〜２００μｍ程度が好適
である。

【００２７】また、金属箔１０２、１０３は１種の材料
から構成されていなくても何等問題はない。例えば、第
１保護層や第２保護層との接着力を高める為に、金属箔
表面に例えばＮｉメッキなどの金属メッキを施しておい
ても構わないし、金属蒸着等を施しておいても何等構わ
ない。表面に他の材質を設ける場合には、金属箔の片面
に設けても構わないし、両面に設けても構わない。

【００２８】使用する半田１０４に関しては特に限定は
なく、一般に半導体装置に用いられる種々の半田を用い
ることができるが、電流が流れた際の局部的な発熱を考
えると、高温半田を用いることが望ましく、融点２５０
℃以上の半田が好適である。

【００２９】次に第１保護層１０５について詳述する。

【００３０】本発明において、第１保護層を形成してお
く目的は、最も腐食されやすい半田の腐食寿命を延ばす
ことにある。よって、この目的を達成できる樹脂であれ
ば何を用いてもよく、特に限定はない。

【００３１】腐食寿命を延ばすという観点では、樹脂自
体の耐湿性がよいことが好ましく、吸水率や水蒸気透過
率の低い樹脂が好適である。吸水率を例にとると、ＡＳ
ＴＭ−Ｄ５７０に準拠した吸水率の試験で０．３％以下
であることが望ましい。

【００３２】また、樹脂と金属箔の界面から水分や腐食
性分が侵入してくることを考慮すると、金属箔と樹脂と
の密着力が良好であることも必要である。

【００３３】また、第１保護層は、半導体チップに直接
接触するものであるから、半導体チップの電気的特性を
維持する為にも樹脂内に含有される不純物イオンは少な
い方が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、
塩素イオンの量がそれぞれ２ｐｐｍ以下のものが好まし
い。量産性を考えた場合には、樹脂はディスペンサー等
でドッテイング可能な粘度を有するものが望ましく、樹
脂の硬化前粘度は５００ポイズ以上、２０００ポイズ以
下であることが望ましい。

【００３４】上記観点を満たすものであれば第１保護層
１０５としては特に限定なく使用可能であるが、本発明
者の検討によれば、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹
脂、ポリビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂
を主成分としたものを使用することで、腐蝕寿命を延ば
すことが可能である。また、実施例で詳述するが、これ
らの樹脂の中でもとりわけフェノール樹脂とポリエステ
ル樹脂に関しては、腐蝕寿命を４倍以上とすることがで
き、好適である。

【００３５】第１保護層の厚みとしては、特に限定は無
いが、薄すぎる場合は耐湿性の機能が低下し、逆に厚い
場合は太陽電池モジュールの封止材内に組みこむ場合
に、封止材が厚くなってしまう為、状況に応じて適宜選
択されるが、数十μｍ〜１ｍｍ程度の厚みが好適であ
る。

【００３６】次に第２保護層１０６について詳述する。

【００３７】第２保護層１０６を形成する目的は、圧力
や衝撃力等の外力に対する半導体チップの耐性を高める
ことである。よって、その材料としては、比較的柔らか
く、クッション性に富む材料が好んで用いられ、特に限
定はないが、例えば、各種ゴム系樹脂、発泡樹脂、弾性
を有する樹脂等が用いられ、形態としては、溶融溶解し
た樹脂、フィルム、ゴム形状の樹脂、接着材、テープ形
状になっているもの等が挙げられ、各種形態を用いるこ
とができる。

【００３８】発泡樹脂としては、例えば高倍率で発泡さ
せて、弾力性を高めたものが好ましく、また、その形状
としては、テープ形状になっているものが簡単に取り付
け可能であり、好ましい。発泡樹脂の基材としては、例
えば、ポリスチレン、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリ
ビニルアルコール、ポリウレタン、アクリル、シリコー
ン樹脂が用いられる。

【００３９】また、弾性を有する樹脂のような場合に
は、溶融、溶解した樹脂、あるいは接着剤形状の樹脂、
ポッティング樹脂を例えばディスペンサー等を用いてチ
ップ近傍に樹脂をドッテイングした後、例えば、熱、湿
度、紫外線等のエネルギーにより硬化させる。この中で
も、湿度硬化型の樹脂の場合には、常温放置等簡易な工
程で作成できる利点と、外部接続用端子をほとんど酸化
させることがないので、後工程で端子の半田付けが容易
等の利点があり、より好適である。

【００４０】衝撃力の耐性を高める為には、樹脂の弾性
が最も効くファクターであり、弾性が高い程、耐衝撃性
は高くなる。弾性のファクターはＪＩＳＡの硬度で表現
することができるが、第２保護層のＪＩＳＡ硬度は第１
保護層の硬度よりも低硬度であることが好適である。そ
うすることによって、第２保護層は半導体チップと第１
保護層の両方を衝撃から守る役目を持つことができる。

【００４１】また、第２保護層自体の絶対的な硬度とし
ては、ＪＩＳＡ硬度で５以上５０以下がより好適であ
る。５未満の場合には、耐衝撃性が非常に弱まってしま
い、逆に５０を超える場合には、弾性が高すぎて太陽電
池モジュールの封止材内にくみ込んだ際にモジュールの
封止材を剥離してしまう場合がある。

【００４２】第２保護層に用いる代表的な樹脂として
は、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ブチルゴム等が挙
げられるがこれに限るものではない。この中でも、半導
体チップに電流が流れた際の温度上昇に対応する為に、
耐熱性の高いシリコーン樹脂がより好適である。

【００４３】上記樹脂は、半導体チップに直接接触する
ものであるから、半導体チップの電気的特性を維持する
為にも樹脂内に含有される不純物イオンは少ない方が好
ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオ
ンの量がそれぞれ２ｐｐｍ以下のものが好ましい。

【００４４】量産性を考えた場合に、上記樹脂はディス
ペンサー等でドッテイング可能な粘度を有するものが望
ましいが、粘度が高すぎる場合には厚みが必要以上に厚
くなりすぎてしまう。また、あまりに低い場合には薄く
盛られすぎて弾性が弱まってしまう。このような兼ね合
いから樹脂の硬化前粘度は５００ポイズ以上２０００ポ
イズ以下であることが望ましく、またできあがりの厚み
としては１ｍｍ以下程度であることが好ましい。

【００４５】次に本発明の半導体装置を太陽電池モジュ
ールのバイパスダイオードに適用した例を以下に示す。

【００４６】図２、図３は本発明の太陽電池モジュール
の一例の概略図で、図２はバイパスダイオードを封止材
内に組み込んだ場合を示しており、図３はバイパスダイ
オードを出力端子ボックス内に組み込んだ場合を示して
いる。また、それぞれの図において、（ａ）は正面図、
（ｂ）はＸＸ’断面図である。

【００４７】図２、図３において、２０１は太陽電池セ
ルであり、２つの太陽電池セル２０１は直列部材２０４
にて電気的に直列接続されている。ここで本発明におい
ては太陽電池セルとしては単結晶、多結晶、アモルファ
ス等特に限定無く使用可能である。また、２０２は集電
電極、２０３は集電電極のさらなる集電の役目をするバ
スバー電極である。また、２０５は絶縁部材であり、バ
スバー電極２０３が太陽電池セルのエッジ部で短絡する
ことを防止するものであるが、必要のない場合は設ける
必要はない。

【００４８】図２の太陽電池モジュールでは、各太陽電
池セルには、それぞれ図１で示したようなバイパスダイ
オード２０９が接続されている。このバイパスダイオー
ド２０９は、太陽電池セルに逆バイアスが印加されるよ
うな場合にバイパス電流を流すような形で接続される。
さらに、これらの太陽電池セル及びバイパスダイオード
は封止材２０６により全体が封止された構造となってい
る。尚、図２においては、バイパスダイオードは太陽電
池セルの裏面側に設置されているが、設置場所について
は特に限定がない。

【００４９】図３の太陽電池モジュールでは、出力端子
ボックス２０８内に図１で示したようなバイパスダイオ
ード２０９が設置されている。この場合、バイパスダイ
オード２０９は、太陽電池セルに逆バイアスが印加され
た場合に、直列されたセル全体をバイパスするように接
続されている。

【００５０】本発明にかかる封止材２０６は、大きく分
類して最表面被覆材、充填材、最裏面被覆材の３種類に
分類される。

【００５１】最表面被覆材に要求される特性としては透
光性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求さ
れる。材料としてガラスを使用する場合や、耐候性フィ
ルム等を使用する場合が一般的ではあるが、耐候性透明
フィルムを使用した場合には、軽量化が図れ、衝撃によ
り割れない上に、フィルム表面にエンボス処理を施すこ
とで、太陽光の表面反射が眩しくないという効果も生ま
れる。この耐候性透明フィルムの材料としては、ポリエ
チレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フ
ッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィ
ルムなどを用いることができるがこれに限られたもので
はない。充填剤との接着面には、充填剤が接着しやすい
ようにコロナ放電処理などの表面処理を施すこともでき
る。

【００５２】充填材に要求される特性としては、耐候
性、熱可塑性、熱接着性、光透過性が挙げられる。材料
としては、ＥＶＡ（酢酸ビニル−エチレン共重合体）、
ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素
化ポリイミド樹脂などの透明な樹脂を使用することがで
きるがこれに限られたものではない。上記充填材に架橋
剤を添加することにより、架橋することも可能である。
また光劣化を抑制するために、紫外線吸収剤が含有され
ていることが望ましい。

【００５３】最裏面被覆材は、太陽電池セルの裏面側を
被覆して太陽電池セルと外部の間の電気的絶縁性を保つ
ために使用する。要求される品質は、充分な電気絶縁性
を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、衝撃、引っ掻
き、熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた
材料が好ましい。好適に用いられる材料としてはナイロ
ン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラス
チックフィルムを使用できる。

【００５４】充填材だけでも電気的絶縁性を保つことは
できるが、厚さにばらつきが生じやすいため、膜厚の薄
い部分あるいはピンホール部分においては、太陽電池セ
ルと外部の間でのショートが発生する恐れがある。最裏
面被覆材はそれを防止するために使用する。

【００５５】また、モジュールの形態によって最裏面被
覆材に２０７で示すような金属鋼板を使用することも可
能である。材質は例えばステンレス板、メッキ鋼板、ガ
ルバリウム鋼板などを使用できるがこれらに限られたも
のではない。この場合、太陽電池セルと金属鋼板との間
の電気的絶縁性を保つのは困難であるため、太陽電池セ
ルと金属鋼板との間に絶縁フィルムを介在させることに
より裏面側被覆材を構成する。このときの絶縁フィルム
としては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）等のプラスチックフィルムを使用できる。

【００５６】さらに、金属鋼板２０７の一部には端子を
取出す為の貫通穴が予め形成されており、貫通穴部分に
は出力端子ボックス２０８が設置されている。この出力
端子ボックス２０８を通じて、太陽電池モジュールの両
極の出力端子が取出されている。

【００５７】

【実施例】以下、本発明について実施例に基づき詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。

【００５８】（実施例１）まず、図１（ｂ）で示すよう
なバイパスダイオードを作成した。その手順を説明す
る。

【００５９】半導体チップ１０１、銅の箔体１０２、１
０３を準備した。半導体チップとしては、メサ構造のＰ
Ｎ整流ダイオード（大きさ１．５ｍｍ□、厚み２３０μ
ｍ、ピーク繰り返し逆電圧６００Ｖ）を用意した。ま
た、銅の箔体１０２、１０３として、軟質銅（５ｍｍ×
１５ｍｍ×１００μｍ厚、無酸素銅Ｃ１０２０Ｐ）を用
意した。銅の箔体１０２、１０３は不図示の金型プレス
により打ち抜いて作成した。

【００６０】次に、これらの部材を組み立て治具中に断
面図のように順に配置し、ダイオードチップ１０１と外
部接続用端子１０２、１０３との間に半田ペレットを設
置した状態で、窒素リフロー炉に投入し、半田を溶融し
て、部材１０１、１０２、１０３を電気的に接続した。
この時の半田としては、組成比９５Ｐｂ５Ｓｎのものを
使用した。

【００６１】次に、フェノール樹脂を用いて、第１保護
層１０５を形成した。第１保護層１０５は、ディスペン
サーを用い、チップの上下方向から滴下することによっ
てチップ全体を覆った後、風乾により乾燥した。形成し
たフェノール樹脂の厚みは、金属箔１０２上で約２００
μｍであった。

【００６２】さらに、第１保護層１０５の上から、第２
保護層１０６としてシリコーン樹脂（硬化時ＪＩＳＡ硬
度２４）をディスペンサーにより塗付した。塗付厚みは
０．５ｍｍの厚みで形成した。

【００６３】以上の工程によりバイパスダイオードを１
０個作成した。作成後に、順逆方向の特性を全数検査し
たところ、１０個全てのダイオードにおいて順方向電流
２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは０．９８±０．１Ｖ、
逆方向６００Ｖでの逆方向電流ＩＲは１マイクロアンペ
ア以下であった。

【００６４】次に、上記バイパスダイオードを使用し
て、図２に示す太陽電池モジュールを作成した。その手
順を以下に詳述する。

【００６５】まず、３００ｍｍ×２８０ｍｍ、厚さ１５
０μｍのステンレス製基板を用意し、基板の直上には下
部電極層をスパッタ法によりＡｌ、ＺｎＯがそれぞれ数
千Åの厚みにて順次堆積して形成した。また非晶質シリ
コンはプラズマＣＶＤ法によりＺｎＯ側からｎ型、ｉ
型、ｐ型、ｎ型、ｉ型、ｐ型、ｎ型、ｉ型、ｐ型の各層
を順次堆積して形成した。また上部電極層は透明電極膜
であって、Ｏ₂雰囲気中Ｉｎを抵抗加熱法にて蒸着し、
厚み約７００Åの酸化インジウム薄膜を形成した。

【００６６】次にこうして作成された太陽電池セル２０
１を、光起電力素子の外周切断時に発生する基板と透明
電極膜との短絡の悪影響を有効受光範囲に及ぼさないよ
うに、透明電極膜上にＦｅＣｌ₃、ＡｌＣｌ₃等を含むエ
ッチングペーストをスクリーン印刷法により塗布し加熱
後洗浄することによって、該光起電力素子の該透明電極
膜の一部を線状に除去しエッチングラインを形成した。

【００６７】その後、予めカーボンペーストをφ１００
μｍの銅ワイヤーにコートしたカーボンコートワイヤー
を５．６ｍｍピッチで太陽電池セル２０１上に形成し集
電電極２０２とした。その後、図中２０５の位置に、幅
７．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み１００μｍのポリイミ
ド基材絶縁テープ２０５を貼った。この時、絶縁テープ
２０５を、太陽電池セル２０１のエッジをカバーするよ
うに、少しはみ出させて添付した。更に、前記絶縁接着
テープ２０５の上部で集電電極２０２と交差するよう
に、集電電極２０２の更なる集電電極であるバスバー電
極２０５を形成した。バスバー電極２０５としては、幅
５ｍｍ、長さ２８５ｍｍ、厚み１００μｍの銀メッキ銅
箔を用い、２００℃、３ｋｇ／ｃｍ²、１８０秒の条件
で、加熱加圧固定した。

【００６８】次に、接続部材２０４として同じく銀メッ
キ銅箔を用意し、一方の太陽電池セルのバスバー電極
と、もう一方の太陽電池セルの裏面側に半田付けするこ
とにより、２直列の太陽電池セルが作成できた。

【００６９】その後、上述のバイパスダイオードを図中
２０９のように太陽電池セルの裏面側に配置し、ダイオ
ードのＰ側に接続された外部接続用端子を太陽電池セル
の裏面側電極に、またダイオードのＮ側に接続された外
部接続用端子をバスバー電極２０４側に半田で接続し、
電気的な導通を確保した。バイパスダイオード２０９
は、太陽電池セル１枚に対して１個接続した。

【００７０】次に、これらの２直列の太陽電池セルを樹
脂被覆（ラミネーション）した。以下にその手順を示
す。

【００７１】２直列太陽電池セル、ＥＶＡ（エチレン−
酢酸ビニル共重合体）シート（厚さ４６０μｍ）、片面
をプラズマ放電処理した無延伸のＥＴＦＥ（ポリエチレ
ンテトラフルオロエチレン）フィルム（厚さ５０μ
ｍ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム
（厚さ５０μｍ）、有機不織布、ガルバリウム鋼板（厚
さ０．４ｍｍ）をＥＴＦＥ／ＥＶＡ／有機不織布／２直
列太陽電池セル／ＥＶＡ／ＰＥＴ／ＥＶＡ／鋼板という
順に重ねて太陽電池モジュール積層体とした。次に、Ｅ
ＴＦＥの外側に、離型用テフロンフィルム（厚さ５０μ
ｍ）を介してステンレスメッシュ（４０×４０メッシ
ュ、線径０．１５ｍｍ）を配し、積層体を真空ラミネー
ト装置を用いて加圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱
圧着することにより太陽電池モジュールを得た。尚、表
面被覆材表面にはメッシュにより最大３０μｍの高低差
の凹凸が形成された。

【００７２】出力端子はあらかじめ太陽電池セル裏面側
にまわしておき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板２０
７に予め開けておいた端子取り出し口から出力が取り出
せるようにした。さらに、端子取出し口部に、出力端子
ボックス２０８を接続し、出力端子が出力端子ボックス
から導出するようにした。

【００７３】このようにして２直列の太陽電池モジュー
ルＡを５モジュール作成した。

【００７４】（実施例２）実施例２においては、２直列
の太陽電池モジュールＢを５モジュール作成した。

【００７５】太陽電池モジュールＢにおいては、バイパ
スダイオードの第２保護層として実施例１とは異なるシ
リコーン樹脂（硬化時ＪＩＳＡ硬度４５）を使用した点
が実施例１とは異なっており、それ以外は実施例１と全
く同様に作成した。

【００７６】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００７７】（実施例３）実施例３においては、２直列
の太陽電池モジュールＣを５モジュール作成した。

【００７８】太陽電池モジュールＣにおいては、バイパ
スダイオードの第２保護層として実施例１及び実施例２
とは異なるシリコーン樹脂（硬化時ＪＩＳＡ硬度５３）
を使用した点が実施例１及び実施例２とは異なってお
り、それ以外は実施例１と全く同様に作成した。

【００７９】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００８０】（実施例４）実施例４においては、２直列
の太陽電池モジュールＤを５モジュール作成した。

【００８１】太陽電池モジュールＤにおいては、バイパ
スダイオードの第１保護層としてエポキシ樹脂を使用し
た点が実施例１とは異なっており、それ以外は実施例１
と全く同様に作成した。

【００８２】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００８３】（実施例５）実施例５においては、２直列
の太陽電池モジュールＥを５モジュール作成した。

【００８４】太陽電池モジュールＥにおいては、バイパ
スダイオードの第１保護層としてシリコーン樹脂を使用
した点が実施例１とは異なっており、それ以外は実施例
１と全く同様に作成した。

【００８５】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００８６】（実施例６）実施例６においては、２直列
の太陽電池モジュールＦを５モジュール作成した。

【００８７】太陽電池モジュールＦにおいては、バイパ
スダイオードの第１保護層としてポリビニル樹脂を使用
した点が実施例１とは異なっており、それ以外は実施例
１と全く同様に作成した。

【００８８】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００８９】（実施例７）実施例７においては、２直列
の太陽電池モジュールＧを５モジュール作成した。

【００９０】太陽電池モジュールＧにおいては、バイパ
スダイオードの第１保護層としてアクリル樹脂を使用し
た点が実施例１とは異なっており、それ以外は実施例１
と全く同様に作成した。

【００９１】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００９２】（実施例８）実施例８においては、２直列
の太陽電池モジュールＨを５モジュール作成した。

【００９３】太陽電池モジュールＨにおいては、バイパ
スダイオードの第１保護層としてポリエステル樹脂を使
用した点が実施例１とは異なっており、それ以外は実施
例１と全く同様に作成した。

【００９４】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００９５】（比較例１）比較例１においては、２直列
の太陽電池モジュールＩを５モジュール作成した。

【００９６】太陽電池モジュールＩにおいては、バイパ
スダイオードに、第１保護層及び第２保護層を全く設け
なかった点が実施例１とは異なっており、それ以外は実
施例１と全く同様に作成した。

【００９７】尚、バイパスダイオード作成後に、順逆方
向の特性を全数検査したところ、１０個全てのダイオー
ドにおいて順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆは
０．９８±０．１Ｖ、逆方向６００Ｖでの逆方向電流Ｉ
Ｒは１マイクロアンペア以下であった。

【００９８】（比較実験１）上記作成した太陽電池モジ
ュールＡ〜Ｉに対して、以下の比較実験を行った。試験
は耐湿性及び耐腐食性を調査する為の試験であり、試
験は衝撃に対する耐性を調査するものである。

【００９９】ＨＨ試験８５℃８５％の環境下に、各太陽電池モジュールを４個
ずつ８０００時間放置した。放置したモジュールは２０
００時間、４０００時間、６０００時間、８０００時間
の段階で１モジュールずつ取出し、モジュールを分解し
てダイオードの特性を測定した。この測定においては、
順方向電流２アンペアでの順方向電圧Ｖｆを測定し、初
期値の１．２倍以上のＶｆを示した場合については×、
それ以外は○とした。また、特性測定終了後、ダイオー
ドを光学顕微鏡にて観察し、ダイオードの半田部に外観
上さびが発生していないかどうかを確認した。さびが発
生していたものについては×、発生していなかったもの
については○とした。

【０１００】ヘイルインパクト試験各太陽電池モジュール１個ずつに対し、ＩＥＥＥ規格で
定められたヘイルインパクト試験を行った。各太陽電池
には、バイパスダイオードが２個設置されている為、一
方のバイパスダイオードに５発、一方のバイパスダイオ
ードには１０発の雹の玉を命中させた。試験後にモジュ
ールを分解して、ダイオードの逆方向６００Ｖでの逆方
向電流ＩＲを測定した。測定値が、初期値の１．２倍以
上のＩＲを示した場合については割れていると判断して
×、それ以外は○とした。

【０１０１】表１に上記２項目の試験結果を示す。

【０１０２】

【表１】

【０１０３】試験の結果より、太陽電池モジュールＩ
については、２０００時間後にすでにさびが発生し、４
０００時間後にはＶｆ値がＮＧとなったのに対し、太陽
電池モジュールＥを除く全ての他のモジュールに関して
は、モジュールＩよりもさびの発生が遅く、Ｖｆ値がＮ
Ｇとなる時間も遅くなった。このことから、第１保護層
を形成しておくことにより、バイパスダイオードの信頼
性を向上できることが分かり、特にフェノール樹脂を使
用したモジュールＡ〜Ｃと、ポリエステル樹脂を使用し
たモジュールＨに関しては、８０００時間においてもさ
びの発生が全く無く、非常に効果的であることが分かっ
た。

【０１０４】次に、試験については、保護層の全く無
い太陽電池モジュールＩが、５発の段階でＮＧであるの
に対し、第２保護層が形成された他のモジュールはいず
れも５発の段階ではチップに割れのないＯＫであった。
よって、第２保護層が設けてあることによって、ダイオ
ードの耐衝撃性が向上していることが明らかとなった。
また、シリコーン樹脂の硬度を段階的に変えたモジュー
ルＡ〜Ｃについては、モジュールＡ及びＢが１０発の段
階でＯＫであったのに対し、モジュールＣについては、
１０発の段階でＮＧとなってしまった。このことから、
樹脂硬度５０あたりを境に、耐衝撃性がさらに向上する
ことが明らかとなった。

【０１０５】以上により、耐腐蝕性と耐衝撃性の両方を
兼ね備えた半導体装置を提供できることが実験的にも証
明できた。

【０１０６】

【発明の効果】本発明の半導体装置及びそれをバイパス
ダイオードとして組み込んだ太陽電池モジュールによっ
て、耐腐蝕性に優れ、かつ耐衝撃性に優れた半導体装置
及び太陽電池モジュールを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の半導体装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施態様例の太陽電池モジュールの概
略図である。

【図３】本発明の実施態様例の太陽電池モジュールの概
略図である。

【図４】従来の半導体装置の概略図である。

【図５】半導体装置の設置場所を説明する為の概略図で
ある。

【符号の説明】

１０１，４０１半導体チップ１０２，１０３，４０２，４０３金属端子１０４，４０４半田１０５第１保護層１０６第２保護層２０１，５０１太陽電池セル２０２集電電極２０３バスバー電極２０４接続部材２０５絶縁部材２０６，５０３封止材２０７金属鋼板２０８，５０４出力端子ボックス２０９，５０２バイパスダイオード（半導体装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹山祥史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者清水孝一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者村上勉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉野豪人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4M109 AA02 BA01 CA04 CA10 EA10 EC01 ED02 EE02 EE03 GA01 5F051 AA02 BA18 EA01 EA02 EA06 EA17 EA18 FA14 FA30 GA04 JA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップと、該半導体チップに接続
された金属端子を有する半導体装置において、前記半導体チップの周囲に湿度の侵入を防止する為の第
１保護層と、該第１保護層の周囲の少なくとも一部に応
力を吸収する為の第２保護層とが形成されていることを
特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第２保護層の硬度が前記第１保護層
の硬度よりも低硬度であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体装置。
【請求項３】前記第２保護層が、ＪＩＳＡ硬度５０以
下の有機高分子樹脂からなることを特徴とする請求項１
又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】前記有機高分子樹脂がシリコーン樹脂で
あることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】前記第１保護層がエポキシ樹脂、もしく
はフェノール樹脂、もしくはポリエステル樹脂、もしく
はポリビニル樹脂、もしくはアクリル樹脂からなること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体
装置。
【請求項６】前記第１保護層がフェノール樹脂、もし
くはポリエステル樹脂からなることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】封止材により封止された１以上の太陽電
池セルと、１以上のバイパスダイオードと、前記太陽電
池セルからの出力を取出す為の出力端子ボックスを備え
た太陽電池モジュールにおいて、前記バイパスダイオードが請求項１乃至６のいずれかに
記載の半導体装置であって、該バイパスダイオードが、
前記封止材内もしくは前記出力端子ボックス内に設置さ
れていることを特徴とする太陽電池モジュール。