受光或发光用半导体模块的制作方法

专利名称：受光或发光用半导体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将具备受光或发光功能的多个数球状半导体组件电性 串联且并联耦接，达到高输出化的受光或发光用半导体模块。
背景技术：
本案发明如W098/15983号公报所示，揭露了具受光或发光功能的球状 半导体组件，且具有包夹中心呈相对向正负极的半导体组件，并揭露设置多 条将多个半导体组件串联耦接的组件，再将该等多个半导体组件埋藏于合成 树脂材料中的构造的太阳电池模块。该太阳电池模块中的半导体组件呈球 状，且表层部形成球面状pn接合，而正负极设置于形成pn接合的p形区域 与n形区域各表面中心处。
本案发明者在如WO02/35612号公报、WO02/35613号公报、 WO03/017382号公报中，有揭露将上述球状半导体组件采数列数行配置，并 将各列半导体组件利用焊锡或导电性黏着剂而与导电构件并联耦接，且将各 行半导体组件利用焊锡而与导线构件串联耦接，然后将该等埋藏于合成树脂 材料中的构造的太阳电池模块。
本案发明者更在WO03/036731号公报中有揭露具受光或发光功能的半 导体模块，将多个半导体组件埋藏于合成树脂材料中的构造的半导体模块。
近年，针对空气污染、地球暖化等环保问题、化石燃料枯竭问题等，利 用可再生洁净能源的太阳电池有增加趋势。就从省能源、省资源观点出发， 在照明光源方面利用发光二极管也有增加趋势。减少材料资源及制造时所消 耗能源的必要性也提升。

发明内容
现有技术中的太阳电池模块与发光二极管显示器系采取将多数粒状半 导体组件，利用焊锡、导电性黏着剂等耦接于导电构件的同时，将整体埋藏于透明合成树脂制护套(外围器)内的构造的模块。所以，当太阳电池模块报 废处理时，并无法将多数半导体组件从护套中分离开并回收。因此，将颇难 从报废的太阳电池模块或发光二极管显示器中，回收半导体组件并再利用， 因而要求考虑资源、自然环境层面的解决方案。
未来若将如上述的半导体组件大量提供实用，随劣化、寿命终结等的因 素，而进行更换或报废处理的数量必定增加，因而将有对资源、自然环境的 负荷增加的可能性。特别就该等所使用的含铅焊锡材料，更会逐渐受到限制。
本发明的目的在于提供一种可使用为将多个粒状受光或发光用半导体 组件，进行组装的太阳电池模块或发光二极管显示器用的受光或发光用半导 体模块，属于可轻易的将多个半导体组件进行再利用、再生、修理的受光或 发光用半导体模块。
本发明的受光或发光用半导体模块具备有多个球状半导体组件(其具受 光或发光功能)的半导体模块，具备有正极及负极、保持手段、导电耦接机 构、及导电性弹性构件，其中，该正极及负极在各个多个半导体组件中，包 夹其中心呈相对向状设置；该保持手段将上述多个半导体组件对齐导电方 向，将该导电方向设定为行方向，而保持呈数行且数列平面排列状态，并将 多个半导体组件保持呈可个别或为多组的组别分离；该导电耦接机构上述数 行的半导体组件中，将各行或邻接各2行的半导体组件串联耦接，且将数列 半导体组件中的各列半导体组件并联耦接；导电性弹性构件为了能维持利用
上述导电耦接机构所进行对数行半导体组件的串联耦接，而朝行方向的平行 方向施加机械式按压力。
该受光或发光用半导体模块中，因为利用导电耦接机构，将各行半导体
组件或邻接各2行半导体组件串联耦接，且将各列半导体组件并联耦接，因 而当部份半导体组件或半导体组件的耦接地方发生故障情况时，便经由迂回 该故障半导体组件或断线地方的迂回电路导通电流，使正常的全部半导体组 件进行有效动作。
当该半导体模块属于太阳电池模块的情况、或部分半导体组件因背荫等 而出现停止功能情况时，将如同上述，经由迂回电路导通电流。
甚至当该半导体模块属于发光二极管显示器的情况时，因为将如同上述 经由迂回电路导通电流，因而可使正常的全部半导体组件进行有效动作。导电耦接机构具备有为能维持数行半导体组件的串联耦接，而朝行方向 的平行方向施加机械式按压力的导电性弹性构件，因而在半导体组件与导电 构件的耦接、与导电构件间的耦接方面，便可省略利用焊接或导电性黏着剂 所进行的接合步骤。
当半导体模块报废或修理之际，因为由将保持手段分解，便可将多个半 导体组件个别或数组的组别分离，因而可将多个半导体组件个别或分组取 出。此外，本发明较佳构造从后述本发明实施形态中便可轻易理解。
根据本发明的受光或发光用半导体模块，因为设置有可保持着多个半 导体组件的保持手段(其可将多个半导体组件个别或数组的组别分离)，以及 导电性弹性构件(其为能维持利用导电耦接机构对数行半导体组件进行的串 联耦接，而朝行方向的平行方向施加机械式按压力)，因而当半导体模块报废 或修理之际，因为可将多个半导体组件个别或分组取出，所以可对半导体组 件再利用、再生、修理，将可免除现有技术中利用焊锡、导电性黏着剂等施 行耦接的方式。


图1为本发明实施例的凝固状态硅结晶剖视图2为将突起切断的硅结晶剖视图3为形成氧化硅膜的硅结晶剖视图4为将氧化硅膜部分去除的硅结晶剖视图5为形成n形扩散层与pn接合的硅结晶剖视图6为形成氧化硅被覆膜的硅结晶剖视图7为太阳电池槽剖视图8为实施例1的太阳电池模块的分解立体图9为图8所示太阳电池模块的俯视图10为图8所示太阳电池模块的横切剖俯视图11为图8所示太阳电池模块的纵切剖视图12为实施例2的太阳电池模块分解立体图13为图12所示太阳电池模块的重要部份放大横切剖视图14为图12所示太阳电池模块的重要部份放大纵切剖视图；图15为图13中的XV-XV线切剖视图16为图13中的XVI-XVI线切剖视图17为太阳电池模块的等效电路图18为实施例3的太阳电池模块分解立体图19为图18所示太阳电池模块的横切剖视图20为图19中的XX-XX线切剖视图21为图19中的XXI-XXI线切剖视图22为图18所示太阳电池模块的分割模块俯视图23为图22中的xxm-xxm线切剖视图24为分割模块朝图22中之XXIV箭头方向侧视图； 图25为图22中的XXV-XXV线切剖视图； 图26为分割模块朝图22中之XXVI箭头方向之侧视图; 图27为太阳电池模块的等效电路图。
具体实施例方式
本发明关于设置有具受光或发光功能的多个球状半导体组件的受光或 发光用半导体模块，当该半导体模块报废或修理之际，形成可将多个半导体 组件分离为个别或数组组别的构造。
首先，针对实施例1的太阳电池模块(受光用半导体模块)加以说明。根 据图1 图7，针对球状硅太阳电池槽(半导体组件)构造及其制造方法加以说 明。该球状硅太阳电池构造及其制造方法，因为在本案发明者所申请的 WO03/017382号公报中有所揭示，因而简单的说明。
图1所示直径1.0 2.0mm的p形球状硅结晶l(单结晶或多结晶)的剖视 图。当制作球状硅结晶l时，便使硅原料在滴落管上端侧所设置的坩锅内进 行熔融，再从该坩锅的喷嘴前端中喷出硅液滴，使该液滴在滴落管内自由落 下14m，于掉落途中将因表面张力而冷却球状化的液滴并凝固为球状结晶， 并于滴落管下端侧将其回收。该实施例的硅结晶1属于单晶硅，在其凝固过 程中，最后所凝固的部分会有形成如图l所示突起的情况。将该突起摘除并 研磨成球状。
如图2所示，对球状硅结晶1表面部分施行平坦研磨加工而形成基准面lb，便形成硅结晶la。该硅结晶la直径约1.8mm。接着，如图3所示，对 硅结晶la表面整体利用现有技术中的热氧化方法形成氧化硅膜2。然后，如 图4所示，在基准面lb及其周边上残留氧化硅膜2a，并除去其以外表面上 的氧化硅膜2。该氧化硅膜2a将被利用作为下一步骤所执行杂质扩散的屏蔽 (mask)。此外，如此地利用屏蔽(masking)而来部分性地残留氧化硅膜的方法 系属已知的现有技术。
如图4、图5所示，以氧化硅膜2a作为扩散屏蔽，利用现有技术中的热 扩散法从裸露出的p形表面lc，对其表层部施行n形杂质的热扩散而设置n 形层3，于是形成略球面状的pn接合3a。依此便在除基准面lb与其周边之 外的地方形成略球面状pn接合3a。在施行n形杂质的热扩散期间所伴随生 成的氧化硅膜，将利用现有技术中的化学蚀刻技术先行去除，然后再度在含 氧环境中施行加热，便如图6所示，在硅结晶la整面上形成既定厚度的氧 化硅膜4，并将其当作抗反射膜。
接着，在平坦基准面lb(p形)，以及包夹硅结晶la中心并与基准面lb 呈相对向的硅结晶前端(n形)位置处，将主成分为银的糊剂施行点阵状打印。 将其在高温下施行短时间处理而贯穿氧化硅膜4，便如图7所示，将欧姆接 触(Ohmic Contact)于p形硅的基准面lb、 n形层3表面，而分别形成正极 5、负极6。
依上述所制得粒状且球状太阳电池槽10，在距硅结晶la表面一定深度 的部位处形成有球面状pn接合3a，因而对来自所有方向的入射光，将依大 致相同的受光感度施行光电转换。此外，设有此种球面状pn接合的球状发 光二极管，由从正极5所输入的电能，同样的可朝球面的任何方向放射出一 定的光。
其次，针对准备多数个上述球状太阳电池槽10，将该等太阳电池槽10 串联且并联耦接构造的太阳电池模块30，根据图8~图11进行说明。该太阳 电池模块30是多层玻璃式太阳电池模块。该太阳电池模块30的受光表面例 如为一边为50mm 75mm左右的长方形。此外，上述受光表面的尺寸不过是 其中一例而己，也有构成更大型太阳电池模块的情况。
该太阳电池模块30具备有:保持机构ll(保持手段)、导电耦接机构12、 及多个导电性波形保持弹簧13，该保持机构11将多个太阳电池槽10对齐导电方向，将该导电方向设定为行方向，而保持呈数行且数列平面排列状态， 并将多个太阳电池槽10保持呈可个别分离的状态；该导电耦接机构12在数 行的太阳电池槽10中，将邻接各2行的太阳电池槽10串联耦接，且将数列 太阳电池槽IO的各列太阳电池槽10并联耦接；该波形保持弹簧13是导电
性弹性构件，为能维持利用该导电耦接机构12所进行的多个太阳电池槽10
串联耦接，而朝行方向的平行方向施加机械式按压力。
上述保持机构11由平板状收容箱体14、以及多个导电性波形保持弹簧 13所构成，而上述导电耦接机构12由多个波形保持弹簧13所构成。在收容 箱体14内部形成偏平矩形状收容部15，收容多个太阳电池槽IO，该收容箱 体14具备有包围收容部15外围的矩形框状外围框架16，以及将收容部 15与外围框架16上下二面封闭的透明玻璃制箱体板17。
外围框架16由集合电极的平行1对第1外围框18、以及平行的1对 第2外围框19所构成，其中，第2外围框19配置于1对第1外围框18双 方的端部间。第l外围框18的厚度约2mm，在玻璃纤维布基材环氧树脂制 绝缘构件表面上形成铜箔(厚度约O.lmm)层，并对其表面施行镀银。第2外 围框19由如同上述的绝缘构件所构成。在第2外围框19的收容部15侧部 分处，形成有多个具小孔狭缝20，将波形弹簧13端部连结保持。在第l外 围框18中形成有多个螺栓孔21，在该等螺栓孔21内面形成有上述铜箔与镀 银。在第2外围框19中也形成有1或多个螺栓孔22。
在上述收容部15内，将多个波形保持弹簧13依大致平行且相邻波形保 持弹簧13的谷部与脊部呈近接相对向的状态配置，由将波形保持弹簧13端 部与其前端的漩涡部13a嵌入于第2外围框19的狭缝20中，便将波形保持 弹簧13连结于第2外围框19。波形保持弹簧13将厚约0.4mm、宽约1.9mm 的磷青铜制带板，形成具一定周期波浪形，并对其表面施行镀银。
在上述收容部15内，将多个太阳电池槽10的导电方向形成对齐行方向 的状态，多个太阳电池槽IO(太阳电池槽组)将数行、数列配置，且相邻各2 列多个太阳电池槽10配置成锯齿形状。太阳电池槽10夹置于相邻波形保持 弹簧13的谷部与脊部相近接对向部位处并保持着。各列太阳电池槽10的正 极5抵接于共通波形保持弹簧13且电性并联耦接，各列太阳电池槽10的负 极6抵接于共通波形保持弹簧13且电性并联耦接。在行方向端部所配置的1对波形保持弹簧13将抵接于第1外围框18内面而规范位置，且电性耦接于 第1外围框18。
多数球状太阳电池槽IO在收容部15内利用导电性多个波形保持弹簧13 所产生的机械式按压力而保持，并电性耦接。数行的太阳电池槽10中，相 邻各2行太阳电池槽10将利用多个波形保持弹簧13而串联耦接，同时各列 的太阳电池槽10将利用其二侧的1对波形保持弹簧13而并联耦接。上述导 电耦接机构12由多个波形保持弹簧13所构成，利用多个波形保持弹簧13 对行方向产生机械式按压力，而维持着数行太阳电池槽10的串联耦接。
其次，在外围框架16与收容部15 二侧安装透明箱体板17而密封。箱 体板17例如厚度约3mm，在箱体板17单面(内面)设置由厚度约0.2mm透明 硅氧橡胶薄膜所构成的弹性膜23，该弹性膜23依与太阳电池槽集合体与外 围框架16相接的方式，配置成由1对箱体板17从二侧三明治包夹状态。
其次，将箱体板17的螺栓孔24、 25与外围框架16的螺栓孔21、 22对 齐，然后使用例如氟树脂等合成树脂制垫圈26a与钢制盘型弹簧(锥面皿形弹 簧ConedDiscSpring)26b，利用钢制螺栓26与螺帽26c进行螺锁而密封。此 外，视觉需要，在螺栓26中也安装有导线端子27，导线端子27将经由螺栓 26而电性耦接于螺栓孔21内面的铜箔与镀银层。
此时，第1外围框18中相邻二端的波形保持弹簧13将利用波形保持弹 簧13的按压力，而机械式接触到第1外围框18内侧面并保持电性耦接。但 是，并不仅局限于利用螺栓26与螺帽26c进行螺锁一体化的构造，只要属 于能将箱体板17、外围框架16、太阳电池槽10、多个波形保持弹簧13等连 结成可个别分离的构造便可。
此处，在利用螺栓26施行螺锁密封之前，视觉需要，从收容部15将真 空排气容器中的空气施行排气，于将收容部15保持于减压状态的状态下， 再利用螺栓26与螺帽26c施行螺锁，或在将收容部15中封入氮气等非活性 气体之后才施行螺锁，便将形成高绝热性能的复层玻璃式太阳电池模块30。 所以，最好第l、第2外围框18、 19间也利用硅氧橡胶薄膜施行密封，而将 收容部15形成密封构造。
依此在2片箱体板17之间，利用外围框架16与多个波形保持弹簧13 保持多个太阳电池槽IO，并设计适当采光区域与空间，因而该多层玻璃式太阳电池模块30虽具备有发电功能，但可适用作为具高绝热性与具隔音性的 采光窗。
再者，波形保持弹簧13与太阳电池槽10也具有将2片箱体板17间的 间隔保持一定距离的间隔物(spacer)功能，也具有提高机械强度的功能。此外， 为能提高窗户的绝热性能，如现有技术，也可在箱体板17表面上设置银、 氧化锡等红外线反射膜，而形成low-E复层玻璃构造。
该多层玻璃式太阳电池模块30也可单独使用，但也可与同样构造的其 它太阳电池模块30组合而扩大尺寸，并电性耦接便可增加输出。此情况下， 例如只要在插通于第1外围框18中的螺栓26上，安装耦接用导线端子27， 而与其它太阳电池模块30进行模块线路耦接便可。
该多层玻璃式太阳电池模块30中，穿透过透明箱体板17的入射光将由 球状太阳电池槽10所吸收，便可产生与光能源强度相应的电力。此时，不 仅直射光，就连在收容部15内部，于波形保持弹簧13、箱体板17、太阳电 池槽10间进行多重反射的光，最终也将被太阳电池槽10吸收并转换为电力。 窗户的采光率变更、外观上的设计等，可依照多个太阳电池模块30配置时 的配置图案、波形保持弹簧13形状而进行改变。
该多层玻璃式太阳电池模块30将利用1对波形保持弹簧13来并联耦接 的多个太阳电池槽IO，串联耦接而形成网状构造的电气电路。所以，即使在 当部分太阳电池槽10因故障而呈开放状态、或部分太阳电池槽10的电性耦 接呈不良状况、或部分太阳电池槽10因背荫而停止功能等情况下，将通过 迂回该等己停止功能的太阳电池槽10的迂回电路来导通电流，因而其它的 正常太阳电池槽10发电功能便不致发生停止或降低状况。
针对依上述所说明太阳电池模块30的作用、效果，加以说明。
(l)因为球状太阳电池槽10的机械压力较强，因而利用波形保持弹簧13 等所产生的按压力，便可与导体形成良好的电性耦接。所以，便可抛弃如现 有技术中的利用焊接、导电性黏着剂等所施行的耦接，而是仅需解开螺栓26、 螺帽26c的螺锁，便可将太阳电池模块30分解，并轻易的个别取出多个太 阳电池槽IO，其它的零件也可拆下。因此，太阳电池槽10的回收成本在相 较于现有技术中的采用焊锡、导电性黏着剂进行牢固耦接的情况下，将大幅 降低成本。(2)因为外围框架16、多个波形保持弹簧13、 2片箱体板17也均是利用
螺栓26，螺帽26c进行机械式组装，因而太阳电池模块30的组装、分解均 较为容易，且组装、分解所需的成本也将格外降低。
。)虽为太阳电池模块30但因是形成利用透明2片箱体板17将太阳电池 槽10与波形保持弹簧13包夹的构造，因而将提高机械强度，可适用为窗户 材料。
(4) 当将该太阳电池模块30使用为窗户材料的情况时，取决太阳电池槽 10的配置图案、与波形保持弹簧13、外围框架16及箱体板17的形状、尺 寸设计，可构成外观优越的窗户。也可在窗户内侧配置具光反射功能的窗帘 等，将来自外面的光反射并照射至太阳电池槽10背侧，而提高发电输出。
(5) 当将该太阳电池模块30除当作太阳电池之外，兼用在壁材、屋顶材 料的情况时，也可在2片箱体板17中靠建物侧的箱体板17内表面上，形成 高反射率的被覆膜，或者也可取代靠建物侧的玻璃制箱体板17，改为采用具 高反射率的陶瓷制箱体板。当采用该陶瓷板的情况时，虽无采旋光性可言， 但是将可获得机械强度较高且绝热性也将提高的优点。
(6) 硅氧橡胶薄膜(弹性膜23)将箱体板17与外围框架16间等处的间隙埋 藏，而具有维持气密性的效果，且施行非活性气体封入或形成真空，便可防 止太阳电池槽10因外界空气而发生劣化的状况，且也将发挥提升多层玻璃 绝热性能的效果。此外，硅氧橡胶薄膜尚可采用其它具弹性的透明合成树脂 (例如EVA、 PET等)制薄膜。
针对上述太阳电池模块30进行部分变更的例子加以说明。 m外围框架16除所例示的玻璃基材环氧树脂配线板之外，尚可由陶瓷 配线基板等其它材料构成。陶瓷配线基板虽属高单价，但是具有耐热性、耐 火性，且机械强度与尺寸安定性也优越。此外，第2外围框19也可由玻璃 基材环氧树脂配线板构成。也可在上述外围框架16中，设置除太阳电池槽10以外的半导体组件 或半导体芯片、或者电阻、电容器及电感器等电路零件，而构成含有太阳电 池槽10的复合电子功能模块或装置。其中一例是可组合供将太阳电池模块 30的直流输出，转换成交流输出的电路或输出控制电路。此外，除太阳电池 槽10以外，尚可组装搭配LED、蓄电池，而构成利用所发电的电力使LED发光的显示器，或者组装搭配光通信的光源用LED，且也可搭载传感器组件 与IC芯片，组装搭配将信息传送给外部的机器等，便可将太阳电池模块与 其它功能装置进行混成化。[3]也可取代上述透明2片玻璃制箱体板17的其中一片或双方，改为采用由透明丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、硅氧树脂等构成的合成树脂板。此情 况下，将可达太阳电池模块整体重量与成本降低的效果。[4]也可将上述透明箱体板17或透明合成树脂板其中之一采用具反射膜 的板，而将入射光反射便可提高太阳电池槽10的发电性能。[5]上述波形保持弹簧13的材料可采用现有技术中的弹簧材料的碳钢、 钨钢、镍钢、镍银、铍铜，也可采用由钢琴线构成的弹簧。[6]也可将上述球状太阳电池槽10取代为球状发光二极管电池，便可形 成适用为显示器、平面发光型照明灯的发光二极管模块构造。[7]也可取代上述球状太阳电池槽10，改为采用如WO99/10935号公报中 记载，在球状芯材(核心)表面上形成薄膜半导体层，且形成pn接合构造的太 阳电池槽、或发光二极管组件等。针对实施例2的太阳电池模块40(受光用半导体模块)，就图12 图17加 以说明。该太阳电池模块40是类似将太阳电池槽10高密度组装的多层玻璃 式构造。太阳电池槽IO如同上述太阳电池槽IO，因此以同一符号说明。该太阳电池模块40具备有:保持机构41(保持手段)、导电耦接机构42、 及导电性弹性构件43。该保持机构41将多个太阳电池槽IO对齐导电方向， 将该导电方向设定为行方向，而保持呈数行且数列的矩阵状平面排列状态， 并将多个太阳电池槽10保持呈可个别分离状态。该导电耦接机构42在数行 的太阳电池槽10中，将各行的太阳电池槽10串联耦接，且将数列太阳电池 槽10的各列太阳电池槽10并联耦接。该导电性弹性构件43为能维持利用 该导电耦接机构42所进行的数行太阳电池槽10串联耦接，而朝行方向的平 行方向施加机械式按压力。上述保持机构41系具备有平板状收容箱体45，其形成收容着数行数 列太阳电池槽10(太阳电池槽组)的偏平矩形状收容部44;多个导电性线材料 42a;及多个橡胶球56。收容箱体45具有外围框架46、以及将收容部44 与外围框架46上下二面封闭的聚碳酸酯树脂制厚度3mm的透明的2片箱体板47，而外围框架46具备有 一对第1外围框48，其配置于收容部44 二 侧并与行方向平行；及一对第2外围框49，其位于收容部44二侧，且配置 于一对第1外围框48双方的端部间。此外，上述箱体板47可使用透明玻璃 板。第1外围框48具有厚度等于或稍大于太阳电池槽10直径的白色聚碳酸 酯树脂制板状构件，在第1外围框48中设有多个螺栓孔50。第2外围框49 与第1外围框48同厚的白色聚碳酸酯树脂制板状构件，在其厚度方向中段 处，于行方向上一体成形朝外侧突出的端子板51(外部端子)，并在第2外围 框49 二端附近处朝行方向形成由长形长孔所构成的螺栓孔52。在上下箱体 板47中，形成有对应于第1外围框48螺栓孔50与第2外围框49螺栓孔52 的多个螺栓孔53、 54。将1对第1外围框48在相隔开收容部44间隔且平行对置状态下，沿一 对第1外围框48朝平行于列方向，且相隔开约等于从太阳电池槽10正极5 距负极6间的距离的间隔，设置由铜线所构成多条导电性线材料42a，由多 个导电性线材料42a端部一体成形固定于一对第1外围框48上。导电性线 材料42a是直径0.5mm的镀银线材料，且可因波形弹簧43的弹力而弹性变 形的线材料。在上下箱体板47内面整面上，被覆着弹性膜的透明硅氧橡胶 被覆膜47a(例如厚度0.05mm)。当组装太阳电池模块40时，在下侧箱体板47上面安置着一对第1外围 框48与多个导电性线材料42a，于将太阳电池槽10导电方向对齐于行方向 的状态下，将多个太阳电池槽10嵌入在各列的一对导电性线材料42a间成 相互接触的状态，使正负电极5、 6接触到一对导电性线材料42a，而将各列 太阳电池槽10并联耦接。在各列多个太阳电池槽10 二端与第1外围框48 之间，嵌入有与太阳电池槽10相同直径的硅氧橡胶制球状橡胶56。因为在 各列中将由一对球状橡胶56，赋予使各列多个太阳电池槽10间相抵接的弹 力，因而太阳电池槽10与导电性线材料42a间的接触将可均等化，可不致 发生太阳电池槽10偏移，即可安定的保持。在一对第1外围框48的行方向二端端部间，挤入中继导体55、波形弹 簧43及第2外围框49，使中继导体55抵接于导电性线材料42a，使波形弹 簧43暂时固定成抵接第2外围框49端子板51的状态。其次，安装外围框架46上面侧的箱体板47，然后将装接有例如氟树脂制垫圈57a与铜制盘型 弹簧(锥面皿形弹簧Coned Disc Spring)57b的螺栓57，插通过上侧箱体板47、 第l、第2外围框48、 49、及下侧箱体板47的螺栓孔50、 52、 53、 54，再 透过例如氟树脂制垫圈57a螺锁于螺帽57c上而固定。此时，由波形弹簧43的按压力，各太阳电池槽10的正负电极5、 6、与 该等相对面的导电性线材料42a，将依机械式确实接触并电性耦接的方式， 透过第2外围框49的位置调节用螺栓孔52，将第2外围框49位置调整于适 当位置处。上述中继导体55在铜制角棒表面上施行镀银，而波形弹簧43将 厚0.4mm、宽1.9mm的磷青铜制具弹性带板形成波浪形，并对其表面施行镀 银。利用螺栓57的螺锁，硅氧橡胶被覆膜47a便具有由其弹性将箱体板47 与外围框架46间的间隙某种程度埋藏的作用，当构件间残留间隙的情况时， 利用液状硅氧橡胶系或丁基橡胶系填充材料或衬垫(packing)施行密封，便可 将收容部44形成密封构造。上述太阳电池模块40中，多个太阳电池槽10中排列呈数列数行的矩阵 状，且于其太阳电池槽组中，各列的多个太阳电池槽10将利用其二侧的1 对导电性线材料42a而并联耦接，各行的多个太阳电池槽10将经由多个导 电性线材料42a(导电性弹性构件)而串联耦接。特别由配置于行方向二端的1 对波形弹簧43，将中继导体55朝收容部44方向按押，便可维持着多个行太 阳电池槽10的串联耦接。该太阳电池模块40的等效电路如图17所示，其 中一端子板51突出于外部的正极端子58，而另一端子板51朝外部突出的负 极端子59，可从正极端子58与负极端子59将太阳电池模块40所产生的电 力取出于外部。该太阳电池模块40虽可增加太阳电池模块在每单位面积的输出，但是 光的采旋光性或透视性将降低。可是，该太阳电池模块40因将太阳电池槽 IO进行较高密度排列，便可用较少占据面积获得较大输出。输出电流随并联 耦接的太阳电池槽10数量增加而越增大，输出电压随串联耦接的太阳电池 槽10数量增加而越高。此外，1个太阳电池槽10的输出电压约0.6伏特。该太阳电池模块40的导电耦接机构42构成如图17所示的网状构造电 路，所以，当部分太阳电池槽10因故障而呈开放状态、或部分太阳电池槽10的电性耦接呈不良状况、或部分太阳电池槽10因背荫而停止功能等情况 下，电流将导通迂回该等已停止功能的太阳电池槽10的迂回电路，因而其 它的正常太阳电池槽10发电功能便不致发生停止或降低状况，而可对太阳 电池模块40的整体输出降低影响程度降至最低。当对该太阳电池模块40进行修理、报废的情况时，仅需拆下多个螺栓57、螺帽57c，便可将太阳电池模块40解体而将多个太阳电池槽IO个别取 出并回收，因而可将故障的部分太阳电池槽10更换为新的太阳电池槽10， 或将全部的太阳电池槽10回收并再利用。不仅太阳电池槽IO，就连其它零 件也可拆下，因而大部分的零件将可再利用。因此，太阳电池槽10的回收 成本在相较于现有技术中采用焊锡、导电性黏着剂进行牢固耦接的情况下， 将大幅降低成本。该太阳电池模块40中，在将太阳电池槽电性线材料42a进行电性耦接 方面，并未使用焊锡或导电性接着材，而是施加机械式按压力进行接触并耦 接，因而将可明显的降低制作成本。因为在太阳电池模块40 二端突出端子 板51，因而当将多个太阳电池模块40施行串联耦接时，仅使端子板51间进 行接触便可简单的耦接。再者，也可构成仅其中一(例如正极侧)侧端子板朝外部突出，而另一(例 如负极侧)侧端子板51则形成靠近凹孔深度端的构造，此情况下，便可将多 个太阳电池模块40几乎无间隙地排列串联耦接。该太阳电池模块40的导电耦接机构42，因有效的应用导电性线材料42a 而形成串联且并联耦接的构造，导电耦接机构42的构造将呈简单，而有利 于制作成本面。而且，在将多个太阳电池槽10周围覆盖时，并未使用透明 合成树脂填充剂，因而将可省略填充剂成本与填充所需的设备，且也有利于 报废层面。在太阳电池模块40内部将形成空间，而可获得绝热效果与隔音 效果，可兼顾窗户材料与光发电功能。再者，上述实施例的太阳电池模块40中，多个太阳电池槽的矩阵排列 行数与列数仅为其中一例而已，实际上将可形成更多行数与列数的模块。上 述实施例针对使用太阳电池槽10的太阳电池模块40加以说明，但是也可取 代太阳电池槽10，改为组装从电能转换为光能源的球状发光二极管组件构造 的发光二极管模块(发光二极管显示器、发光二极管照明灯)，此情况下仍可获得相同的效果。再者，上述实施例1后段所记载的变更事项[1] [7]中，相关适用本实施 例太阳电池模块40的变更事项，仍可如同实施例1般的采用。针对实施例3的太阳电池模块60，根据图18~图27加以说明。 该太阳电池模块60依可将多个太阳电池槽10分为多组组别进行组装、 或分离的方式，例如将多个太阳电池槽10分为2组，而构成2个小型平板 状分割模块61，将该2个分割模块61组装于收容箱体62内并形成串联耦接 的构造。太阳电池槽10本身如同实施例1、 2的太阳电池槽，因而以同一符 号说明。如图18 图21所示，该太阳电池模块60具备有2个分割模块61、以 及收容箱体62，其形成收容2个分割模块61的偏平收容部65。分割模块61 将数列数行矩阵状排列的多个太阳电池槽10，利用无铅导电性接着材料而固 接于多个导电性线材料66上且串联并联耦接，并将该等整体利用透明合成 树脂模制(moulding)呈平板状。将该等分割模块61在收容箱体62内的收容部65中串联排列，并利用 波形弹簧70(导电性耦接构件)施加机械式压力电性耦接。该实施例针对具备 2个分割模块61的太阳电池模块60例子进行说明，惟收容箱体62内所组装 的分割模块61数量并不仅限于2个，由增加分割模块61的数量，便可加大 太阳电池模块60的输出。在此针对上述分割模块61 ，根据图22~图26进行说明。如图22所示，多个太阳电池槽10将导电方向对齐于行方向，并排列呈 数列数行的矩阵状，在相邻行与行之间形成有约太阳电池槽10直径1/2左右 的间隙，但是该间隙可为更大、也可更小，可自由设定。例如也可不设置行 间的间隙，而将各列太阳电池槽10配置呈抵接状。在各列多个太阳电池槽10、与相邻列多个太阳电池槽10之间，将截面 矩形状的细导电性线材料66配设呈抵接于正负电极5、 6的状态，且设置有 抵接于行方向二端的列多个太阳电池槽10的正极5或负极6的耦接导体67， 该耦接导体67断面呈较大于导电性线材料66的矩形状。该等太阳电池槽10 的正极5与负极6利用现有技术中的导电性接着材(例如银环氧树脂)，而黏 着于导电性线材料66或耦接导体67上，经加热硬化而固接。依此的话，各列多个太阳电池槽10利用一对导电性线材料66(或利用导电性线材料66与耦接导体67)而并联耦接，各行多个太阳电池槽10将利用 多个导电性线材料66串联耦接，分割模块61中的复数太阳电池槽10将利 用多个导电性线材料66与2条耦接导体67进行串联且并联耦接。依此的话， 便在分割模块61中设置有使各行太阳电池槽10串联耦接，且各列太阳电池 槽10并联耦接的导电耦接机构。上述串联且并联耦接的多个太阳电池槽10、导电性线材料66、及耦接 导体67利用透明合成树脂(例如硅氧树脂)覆盖整体的方式，施行树脂模制呈 平板状，二端耦接导体67的端部将从合成树脂板68端部露出于外部。在该 合成树脂板68中形成有覆盖各行太阳电池槽10的圆柱状透镜部69，并在合 成树脂板68 二端处形成有平板状保持部68a。此外，圆柱状透镜部69具有 将入射光聚光，而提升太阳电池槽10输出的作用。其次，针对组装上述2片分割模块61所构成的太阳电池模块60，根据 图18~图21加以说明。收容箱体62由例如聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂或硅树脂等透明合成树 脂所构成。收容箱体62将相同构造的上下1对箱体构件63、 63呈相对面状 重迭，并施行螺栓结合。在该等箱体构件63中，将形成约收容部65—半的 凹部71、以及连接于该凹部71双方端部的端子安装沟72。箱体构件63中凹部71外侧的1对侧厚部73(侧壁部)，于其表面靠外侧 约2/3部分处，形成有例如硅氧橡胶制具弹性的橡胶被覆膜74(例如厚度约 O.lmm)。在端子安装沟72内面也形成有如同上述的橡胶被覆膜75。当组装 太阳电池模块60时，经在下侧箱体构件63的凹部71收容2个分割模块61 之后，再覆盖上侧箱体构件63，而将分割模块61列方向二端的保持部68a 夹持于上下侧厚部73(侧壁部)间。其次，在行方向二端侧由上下端子安装沟72所构成偏平端子安装开口 中，分别插入波形弹簧70、外部端子76，并在与收容箱体62之间安装橡胶 衬垫77。接着，将上下箱体构件63间、及上下箱体构件63与外部端子76 进行螺栓结合。此时，例如透过氟树脂制垫圈78a，将螺栓78插通入螺栓孔 79、 80中，再经过下面侧的氟树脂制垫圈78a螺锁于螺帽78b中。此时，因外部端子76的螺栓孔80是行方向的细长孔，而可利用螺栓孔80调整外部端子76的螺锁位置，使波形弹簧70产生适度大小的按压力。依此的话，2片分割模块61便在太阳电池模块60中心，将耦接导体67间进行 机械式接触且电性串联耦接。2片分割模块61 二端将经由波形弹簧70而机 械式接触于外部端子76并电性串联耦接，且外部端子76突出于收容箱体62 二端，形成太阳电池模块60的正极端子、负极端子，因而可将输出取出于 外部。图27所示该太阳电池模块60的网状构造的等效电路，该等效电路将达 如同实施例2的等效电路相同的作用效果，并可从正极端子81与负极端子 82将电力取出于外部。再者，为能将收容分割模块61的空间密封而阻隔外部环境，视需要将 可利用树脂、橡胶等密封材料将间隙填埋。太阳电池模块60中，2个分割模块61将在共通收容箱体62中，利用波 形弹簧70进行机械式串联耦接，并利用螺栓78与螺帽78b施行螺锁便将位 置固定，且利用橡胶被覆膜74、 75与衬垫77而阻绝外气。可将收容箱体62 整体分解，而将分割模块61进行更换或回收并再使用。因为该模块60具有 太阳电池槽10间隙，因而当使用于窗玻璃的情况时便可采光，且收容箱体 62内的空间将产生绝热效果。当采用合成树脂制箱体构件63的情况时，比 起使用玻璃，将更为轻巧、不易遭破坏且更廉价。针对上述所说明的太阳电池模块的作用、效果进行说明。(1) 因为分割模块61间的耦接、分割模块61与外部端子76间的耦接， 利用波形弹簧70的机械式按压力实施，因而不需要利用焊锡等接合材料施 行固接的步骤。因此，将不需要为电性耦接而施行加热的步骤。可从太阳电 池模块60中轻易的将分割模块61、外部端子76及波形弹簧70拆下，并使 用于其它的太阳电池模块中。此外，当将多个太阳电池模块60串联耦接时， 由使外部端子76间相接触便可简单的形成耦接。(2) 因为应用弹性体制导电性波形弹簧70而确保电性耦接，因而将吸收 随温度变化所衍生的模块尺寸变化(膨胀、收縮)及机械冲击，不致于对太阳 电池槽IO施加过度的应力。(3) 因为分割模块61中的数行的行间间隔可适当变更，且导电性线材料 66粗细度将也可自由设定，因而将可选择各种采旋光性(透视性)与发电比例，便可制得兼顾优美设计建材的太阳电池模块60、发光二极管模块，及该等多 个组合的面板。(4)因为采用球状太阳电池槽10，因而将可活用来自各种方向的入射光 而发电。当将1个或多个太阳电池模块60形成窗玻璃构造的情况时，室内 的光线也可应用于发电。针对上述实施例3的部分变更例进行说明。[1]在分割模块61中，多个太阳电池槽10的矩阵排列中，行数与列数仅为其中一例而已，也可构成更多行数与列数的分割模块。此外，太阳电池模块60中所组装的分割模块61数量并不仅局限于2个，其数量将可自由设定。 另外，太阳电池模块60中多个分割模块61并不仅局限于1行而己，也可配 置数行。即，也可在单一太阳电池模块60中将多个分割模块61配置呈数列 数行的矩阵状。此情况下，将可省略分割模块61的保持部68a，也可使分割 模块61抵接于收容部65内面。[2]相关太阳电池模块60的外部端子76，为能有利于多个太阳电池模块 60的串联耦接，也可将其中一(例如正极侧)侧外部端子76，如图示般的突出 于外部，而将另一(例如负极侧)侧外部端子76拉至端子安装开口深度处，形 成可耦接于邻接太阳电池模块60其中一(例如正极侧)侧外部端子76上的构 造。[3]当太阳电池模块60构成不需要采光、透视性的壁材的情况时，也可 在太阳电池槽10后方配置可进行光反射或光散射的板或薄片。在太阳电池 模块60的情况时，穿透太阳电池槽10间的光将被太阳电池槽10背后侧反 射，而增加太阳电池槽10的输出，在发光二极管模块的情况时，便将利用 经反射且朝前方射出的光而增加亮度。[4]也可利用为与诸如与屋顶、顶灯(top light)、窗户、帷幕墙、建筑物 正面、屋檐、天窗等建材形成一体的太阳电池模块或户外型发光二极管显示 器，或使广告广告牌、汽车、飞机、船舶等其中一部分具有太阳光发电或显 示功能、或者兼具二种功能的装置。[5]在箱体构件63的侧厚部73中，组装各种传感器、信号接受机器、信 号发射机器、交流直流转换器、频率转换器、逻辑电路、CPU及其周边电路， 便可构成能控制太阳电池模块或发光二极管模块的输出入的装置。(产业上的可利用性)
本案的受光或发光用半导体模块可有效应用在太阳电池面板、发光二极 管显示器或发光二极管照明装置。
权利要求
1. 一种受光或发光用半导体模块，具备具有受光或发光功能的多个球状半导体组件的半导体模块，其特征在于，其具备有正极与负极，其乃在各个多个半导体组件中，包夹其中心呈相对向状设置；保持手段，其乃将上述多个半导体组件对齐导电方向，将该导电方向设定为行方向，而保持呈数行且数列平面排列状态，并将多个半导体组件保持呈可个别或多个组的组别分离；导电耦接机构，其乃上述数行的半导体组件中，将各行或邻接各2行的半导体组件串联耦接，且将数列半导体组件中的各列半导体组件并联耦接；以及导电性弹性构件，其乃为了维持利用上述导电耦接机构所进行对数行半导体组件的串联耦接，而朝行方向的平行方向施加机械式按压力。
2. 如权利要求1所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述保 持手段具有收容箱体，该收容箱体形成收容多个半导体组件的偏平收容部的 平板状收容箱体，且由可分离的多个构件所构成，该收容箱体具有将上述收 容部的二侧面跟外界划分的一对箱体板，该等箱体板至少其中之一由光穿透 性玻璃或合成树脂构成。
3. 如权利要求2所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述保 持手段在上述收容箱体内大致平行的排列，且具有由导电性带板所构成的多 个波形保持弹簧，各列的多个半导体组件将正负电极利用一对波形保持弹簧 夹持而保持，上述导电耦接机构由上述多个波形保持弹簧构成。
4. 如权利要求2所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述保 持手段具有在上述收容箱体内平行配置的多个导电性线材料，各列的多个半 导体组件将正负电极利用一对导电性线材料夹持而保持，上述多个半导体组 件排列成数列数行的矩阵状，各列的多个半导体组件将配设成抵接状，且各 行的多个半导体组件配置成包夹着导电性线材料抵接的状态，上述导电耦接 机构由多个导电性线材料构成。
5. 如权利要求4所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述收容箱体具有在上述一对箱体板间，于上述收容部的外围侧以配置的一对第1 外围框与一对第2外围框，上述一对第1外围框在上述收容部二侧朝行方向 平行配置，且上述多个导电性线材料的二端部固定于一对第1外围框。
6. 如权利要求5所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于， 一对第 2外围框在一对第1外围框双方端部间朝列方向平行配置，并在各第2外围 框与其所相对向的导电性线材料间配置抵接于该导电性线材料的中继导 体、以及抵接于该中继导体且由导电性带板构成的波形弹簧。
7. 如权利要求6所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，各第2外围框系设有抵接于上述波形弹簧的同时，朝上述收容箱体外突出的端子 板。
8. 如权利要求5至7中任一项所述的受光或发光用半导体模块，其特征 在于，上述一对第l、第2外围框、与一对箱体板利用多个螺栓与螺帽而连 结且可彼此分离。
9. 如权利要求5至7中任一项所述的受光或发光用半导体模块，其特征 在于，在上述一对箱体板内面侧形成光穿透性弹性膜。
10. 如权利要求2所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，多个 半导体组件分组化成多个组；各组多个半导体组件排列成数列数行的矩阵 状，同时各列多个半导体组件中相邻接半导体组件配置成抵接状、或小间隔 隔开状态，上述导电耦接机构系具有多个导电性线材料，其乃配置于数列太阳电池槽的列与列之间；以及 一对耦接导体，其乃在行方向二端的列外侧朝列方向平行配置； 而将上述各组的多个半导体组件、多个导电性线材料、及一对耦接导体的其中一部分，利用光穿透性合成树脂施行埋藏状来模制(Moulding)，而构成平板状分割模块。
11. 如权利要求10所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，在上 述多个分割模块于上述收容箱体的收容部内，朝行方向串联排列的状态下， 将相邻接分割模块的耦接导体间施行电性耦接。
12. 如权利要求ll所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述 收容箱体具备有呈相对面状重迭的一对箱体板，上述各箱体板具备有侧壁部，其将收容部的列方向二端侧封闭；以及端子安装沟，其从该收容部起延伸至箱体板行方向二端； 而在上述收容箱体呈相对面状的一对端子安装沟中，分别安装有朝外部 突出的端子板，并固定于收容箱体上。
13. 如权利要求12所述的受光或发光用半导体模块，其特征在于，在上 述各端子板、与该端子板相对面的分割模块的耦接导体之间，安装有上述导 电性弹性构件的波形弹簧，并利用该等一对波形弹簧的弹力，维持着多个分 割模块的电性串联耦接。
14. 如权利要求12或13的受光或发光用半导体模块，其特征在于，上述各端子板固定成可对上述收容箱体调节位置的状态。
全文摘要
本发明公开了一种受光或发光用半导体模块，主要是组装受光或发光用多个球状半导体组件，可对半导体模块的多个半导体组件简单的进行回收、再利用或修理。半导体模块中，在收容箱体内串联状配置两个分割模块，各分割模块将排列成数列数行矩阵状的太阳电池槽、以及导电耦接机构(其将该等太阳电池槽的各行电池槽串联耦接，同时将各列电池槽并联耦接)，利用合成树脂施行模制，并使耦接导体突出于端部。在收容箱体的端部侧设有导电性波形弹簧与外部端子，由导电性波形弹簧的机械式按压力，便可确保2个分割模块的串联耦接。
文档编号H01L31/042GK101305474SQ20068004224
公开日2008年11月12日 申请日期2006年1月11日 优先权日2006年1月11日
发明者中田仗祐 申请人:京半导体股份有限公司