本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電組件用接線盒，尤其涉及一種太陽能發(fā)電組件用芯片低壓封裝式接線盒及其加工方法。

背景技術：

太陽能發(fā)電組件用接線盒是安裝在太陽能發(fā)電組件中的重要部件，它具有為組件中電池片提供旁路保護作用和將組件所發(fā)電能向外傳輸?shù)淖饔?。太陽能發(fā)電系統(tǒng)就是通過組件中接線盒輸出電纜及接插將若干塊發(fā)電組件，進行串、并聯(lián)連接實現(xiàn)大功率發(fā)電，并通過蓄電或者逆變，向用電者提供電力或并網(wǎng)供電的。

接線盒為電池片提供旁路保護的原理是：太陽能電站系統(tǒng)中的太陽能發(fā)電組件在陽光的正常照射下發(fā)電，向外輸出電能。但當照射發(fā)電組件中某一個部位的陽光被物體或者物體陰影所遮擋，該部位的硅電池片即由發(fā)電狀態(tài)轉變成為電阻狀態(tài)，與其串聯(lián)的其它發(fā)電組件在陽光照射下正常發(fā)電，電流通過電阻狀態(tài)的電池片，產(chǎn)生較大的功耗發(fā)熱，使電池片及組件背板燒毀，這種現(xiàn)象稱為組件的熱斑現(xiàn)象。為防止熱斑現(xiàn)象的發(fā)生，采用在太陽能發(fā)電組件中的每串硅電池片組中，反向并聯(lián)一只旁路二極管，當熱斑條件出現(xiàn)時，二極管正向導通，電流通過旁路二極管向外輸出，保護了硅電池片不被燒毀和發(fā)電組件的安全工作。

旁路二極管被設計安裝在接線盒內，目前常用的接線盒內一般安裝有三只旁路二極管，分別為太陽能發(fā)電組件中的三分之一電池片提供旁路保護。因此太陽能發(fā)電組件用接線盒同時具有旁路保護和電能輸出功能。

多年來，接線盒經(jīng)過了多次的改進和發(fā)展。

現(xiàn)有技術制造的接線盒，一般由單體二極管封裝器件、接線盒盒體（盒體、盒蓋）、內部銅導電散熱片（銅導體）、輸出電纜線和接插件組成。二極管通過卡接裝配或者用貼片式二極管通過回流焊接，組裝到接線盒內部的銅導電散熱片上；組裝好二極管的銅導電散熱片再通過塑料熱鉚安裝到接線盒盒體中。因此接線盒生產(chǎn)安裝工藝步驟繁多，人工消耗較大。

接線盒的生產(chǎn)、銷售有較高的準入門坎，目前按照IEC-61215標準執(zhí)行，現(xiàn)有技術生產(chǎn)的接線盒在解決密封性能、溫升性能和內部氣體膨脹等問題，均有一定的難度。

當前市場上出現(xiàn)了眾多用多顆二極管芯片封裝的光伏模塊產(chǎn)品。

其方案是將三只二極管芯片集成在一個注塑體內，可簡化接線盒廠商焊接組裝二極管的工藝步驟。但從結構和應用要求看，模塊還是用安裝的方法固定在接線盒內部，在太陽能組件廠商將接線盒安裝到發(fā)電組件中后，對盒體內膛仍需要灌注密封膠，產(chǎn)品在生產(chǎn)和應用中無明顯優(yōu)勢。

由于光伏模塊受結構和工藝的影響，其較大的封裝體體積和不同材料在工作中，受溫度變化的作用，使材料膨脹對芯片產(chǎn)生應力，會對產(chǎn)品使用壽命存在著一定的影響。

光伏旁路二極管模塊與接線盒盒體通過塑料托盤固定卡接，使有限的接線盒內部散熱空間不能得到有效的利用，從而限制了工作電流通過能力。在接線盒生產(chǎn)應用中需要較復雜的生產(chǎn)設備，才能進行自動化裝配。

光伏模塊產(chǎn)品在實際生產(chǎn)和應用中會存在以下缺陷：

1、大多數(shù)光伏模塊產(chǎn)品采用圖35所示的超聲波鋁絲鍵合工藝，超聲波焊頭10將鋁絲連接至二極管芯片上和光伏模塊的導體上。這種方式存在兩點問題，一、光伏二極管均采用肖特基工藝芯片，該工藝的二極管PN結位于芯片的表面鋁金屬層下方，超聲波鍵合應力會作用在二極管芯片上，其壓力和震幅稍大，即容易使PN結受到傷害，影響產(chǎn)品使用壽命，偏小則容易出現(xiàn)假性連接。因此，需要采用非常額昂貴的工藝設備，才能滿足工藝要求及穩(wěn)定性；二、由于采用鋁絲作為焊接材料，其導電性和導熱性均低于銅、銀等金屬材料，造成光伏模塊產(chǎn)品的壓降較高，在工作時，光伏模塊產(chǎn)品發(fā)熱量較高，功耗較高，散熱差。

2、采用高壓注射的工藝，如圖36所示，將熱固性樹脂材料包裹到焊接好的芯片周圍。這種注射工藝在注塑過程中，塑料在注塑頭的作用下，以極高的射流速度和壓力，噴射到模具腔體內，會直接作用在二極管芯片及連接鋁帶上，造成芯片受到來自來自樹脂材料的壓應力，以及鋁帶的拉應力。由于注塑過程中的應力集中，引起模塊內部結構形變，降低了模塊的可靠性能。

3、現(xiàn)有光伏模塊產(chǎn)品普遍采用將三只二極管芯片分布在銅導體一側，用熱固性樹脂材料將該側密封。在光伏組件局部產(chǎn)生熱斑效應時，其中一個或兩個芯片開始工作產(chǎn)生熱量，由于外封裝材料和銅銅導體的導熱性，發(fā)熱芯片的溫度會迅速傳替到附近芯片上，使其溫度上升。而此時光伏組件未出現(xiàn)熱斑效應的局部還在正常發(fā)電，其發(fā)電電壓反向作用于對應的二極管芯片上?；谛ぬ鼗O管芯片的高溫特性，此時反向漏電流增加，由于漏電流不會飽和,會引起芯片PN結的結溫進一步升高，從而使得反向漏電流再次增加，此時形成二極管芯片發(fā)熱惡性循環(huán)，嚴重時超過平衡點，二極管芯片會被擊穿，光伏模塊產(chǎn)品失效。

4、現(xiàn)有光伏模塊產(chǎn)品的二極管芯片集中一起，并采用熱固性樹脂包裹。在工作狀態(tài)下二極管芯片產(chǎn)生的熱量無法快速散開，使接線盒的工作電流受到限制。

5、現(xiàn)有技術生產(chǎn)的接線盒對半導體器件均存在二次加工的過程：單體封裝二極管需要通過壓接或者回流焊接與銅導體連接；光伏模塊需要通過壓裝與接線盒盒體內的塑料托盤固定卡接；回流焊的高溫對不同材料引起不同膨脹，會影響器件的內應力和致密性；壓接會使器件受外部壓力影響，光伏模塊容易出現(xiàn)塑料體崩裂和斷裂，以及受壓帶來的質量隱患；

6、光伏模塊需要較高的開發(fā)費用，且與接線盒型號對應關系單一，無法適應接線盒的開發(fā)和發(fā)展，兩者之間的安裝配合要求較高，增加了雙方的開發(fā)配合難度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上問題，提供了一種解決光伏模塊應力大，局部溫度高，散熱不均勻、接線盒內部散熱空間利用率低、產(chǎn)品開發(fā)投入較大的問題。將接線盒的開發(fā)制造與半導體封裝技術融為一體，有效提升產(chǎn)品性能同時降低產(chǎn)品成本和開發(fā)成本，提升產(chǎn)品自動化程度的太陽能發(fā)電組件用芯片低壓封裝式接線盒及其加工方法。

本發(fā)明的技術方案是：包括盒體、N個芯片、N個連接片和N+1個銅導體，N≥1，

所述盒體設有至少一個容置槽，所述盒體上設有一個頂面高度高于所述容置槽槽底的橫筋；

N+1個銅導體中N個銅導體與N個芯片一一對應，N個銅導體上設有芯片安置位，N+1個銅導體上設有位于所述橫筋頂面的引出位；

所述芯片固定焊接在所述銅導體的安置位上、且通過連接片連接在相鄰的銅導體的連接位上；

N+1個銅導體通過所述芯片、連接片串聯(lián)連接，形成具有輸出端的旁路電路；

所述銅導體的安置位、芯片和連接片被灌封膠澆灌固定封裝在所述容置槽內，所述銅導體的引出位位于所述橫筋之上、高于所述灌封膠的頂面。

相鄰銅導體之間設有工藝連接條。

當N＞1時，至少兩個銅導體之間設工藝連接環(huán)。

當N＞1時，第一個和最后一個銅導體上還設有連接輸出端的連接位。

當N＞2時，所述芯片分設在所述橫筋的兩側。

在所述橫筋上設有匯流帶穿導孔，所述匯流帶穿導孔由所述盒體的背面貫穿所述橫筋；所述匯流帶穿導孔的下口大、上口??；

所述銅導體的引出位上設有匯流帶穿導孔相對應的穿線孔。

太陽能發(fā)電組件用芯片低壓封裝式接線盒的加工方法，包括以下步驟：

1）、銅導體加工，將銅片沖切成型，形成相鄰銅導體通過工藝連接結構連為一體、且相互之間具有間隙的銅導體框架；

2）、芯片連接，將芯片通過連接片焊接在銅導體上，形成具有旁路電路結構的銅導體框架；

3）、灌封，將上步驟所述的銅導體框架放置在盒體內，往容置槽內澆灌環(huán)氧樹脂膠，將芯片和連接片封裝在環(huán)氧樹脂膠之內，固化；

4）、切斷，切斷工藝連接結構，制得。

步驟1)中的工藝連接結構為工藝連接條，所述工藝連接條位于橫筋上，

步驟4）中，通過沖切機切斷相鄰銅導體之間的工藝連接條。

步驟1)中的工藝連接結構為工藝連接環(huán)；

步驟3）中，所述盒體的容置槽內設有定位柱，所述定位柱設在工藝連接環(huán)內，所述盒體的底面設有與定位柱中心線一致的錐形盲孔；

步驟4）中，通過鉆削，穿過錐形盲孔，去除相鄰銅導體之間的工藝連接環(huán)。

還包括散熱片，所述散熱片封裝在環(huán)氧樹脂膠之內。

本發(fā)明將接線盒的盒體部分，設計成帶有一個或多個上部敞開儲膠槽（即容置槽）的塑料體；根據(jù)接線盒各種型號的要求和散熱分布要求，設置容置槽的個數(shù)。設有兩個或兩個以上容置槽的盒體，其容置槽設置為兩排分布，兩排容置槽之間設置橫筋，橫筋上設有匯流帶穿導孔，銅導體的引出位上設有穿線孔，便于根據(jù)客戶應用放置匯流帶，這樣的分布結構方式可以使二極管工作時發(fā)熱的熱源分散，充分利用接線盒內部有限的散熱空間，減小相互之間的影響。

本發(fā)明中的銅導體上設有芯片安置位和設于橫筋頂面的引出位，使得將焊接承載二極管芯片的局部銅導體，通過折彎進行下沉處理，使芯片和部分銅導體得以嵌入到相應的容置槽內。再用高導熱、高機械強度環(huán)氧樹脂膠澆灌至容置槽內，固化后，二極管芯片得到了密封保護，銅導體亦被固定在接線盒盒體上，形成接線盒；

本發(fā)明使用高導熱、高機械強度環(huán)氧樹脂膠通過低壓澆灌，靜態(tài)溫度固化，實現(xiàn)對二極管芯片進行封裝保護、銅導體與盒體的高強度結構固定，生產(chǎn)過程中避免了高壓注塑材料射流對芯片產(chǎn)生的機械沖擊，以及高壓注塑材料射流使銅導體變形，而產(chǎn)生對芯片的拉扯力；

本發(fā)明中的銅導體不僅為接線盒提供電路通道，更重要的是為二極管芯片提供散熱條件，銅導體的折彎進行下沉處理，增加了其展開面積，為二極管芯片工作，提供了更加充分的散熱條件；

同時，容置槽內充填有氧化鋁粉、硅微粉等導熱介質的環(huán)氧樹脂固化后，從平面方向和立面方向充分與銅導體接觸，快速降低芯片的工作溫度，提高了30%電流通過能力，更加高效的提升了接線盒的產(chǎn)品性能。

N+1個銅導體通過芯片、連接片串聯(lián)連接，為了消除制造過程中，銅導體之間相對移動，給芯片造成的拉扯應力。本發(fā)明在沖制銅導體時，在各銅導體之間設計了工藝連接環(huán)或工藝連接條，使多個銅導體暫時形成一個整體。在完成芯片焊接和灌封固化后，用鉆削或沖切方式，去除工藝連接環(huán)或工藝連接條。

本發(fā)明跨越了單體封裝二極管接線盒、光伏模塊接線盒的封裝制作過程，省略了二次焊接、二次裝配等工作內容。將接線盒的設計制造與半導體二極管的封裝技術合二為一，避免了二次焊接和安裝給接線盒產(chǎn)品帶來的質量隱患；大大提高了接線盒的開發(fā)速度；省略了接線盒制造廠商與半導體二極管封裝廠商的相互磨合和調整過程；使接線盒產(chǎn)品結構更加緊湊，物料使用更加合理，產(chǎn)品開發(fā)速度更快、更易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，產(chǎn)品制造成本更低，更具有市場競爭力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一種實施方式的結構示意圖，

圖2是圖1中盒體的結構示意圖，

圖3是圖2中A-A面的剖視圖，

圖4是圖1中銅導體框架的結構示意圖，

圖5是圖4是左視圖，

圖6是圖1中銅導體框架與芯片的連接結構示意圖，

圖7是圖1中銅導體與芯片的連接結構示意圖，

圖8是圖7的俯視圖，

圖9是本發(fā)明中盒體內灌封的結構示意圖，

圖10是本發(fā)明中的優(yōu)化實施方式的結構示意圖，

圖11是圖1中盒體引出端的結構示意圖一，

圖12是圖1中盒體引出端的結構示意圖二，

圖13是本發(fā)明第二種實施方式的結構示意圖，

圖14是圖13中盒體的結構示意圖，

圖15是圖14中B-B面的剖視圖，

圖16是圖13中銅導體框架的結構示意圖，

圖17是圖16的左視圖，

圖18是圖13中銅導體與芯片的連接結構示意圖，

圖19是本發(fā)明第三種實施方式的結構示意圖，

圖20是圖19中盒體的結構示意圖，

圖21是圖20中C-C面的剖視圖，

圖22是圖19中銅導體框架的結構示意圖，

圖23是圖22的左視圖，

圖24是圖19中盒體引出端的結構示意圖一，

圖25是圖19中盒體引出端的結構示意圖二，

圖26是圖19中銅導體框架和芯片的連接結構示意圖，

圖27是本發(fā)明第四種實施方式的結構示意圖，

圖28是圖27中盒體的結構示意圖，

圖29是圖28中D-D面的剖視圖，

圖30是圖27中銅導體框架的結構示意圖，

圖31是圖30的左視圖，

圖32是圖27中盒體引出端的結構示意圖一，

圖33是圖27中盒體引出端的結構示意圖二，

圖34是圖27中銅導體框架和芯片的連接結構示意圖，

圖35是現(xiàn)有技術中超聲波鋁絲鍵合的結構示意圖，

圖36是現(xiàn)有技術中高壓注射工藝的結構示意圖；

圖中1是盒體，11是容置槽，12是橫筋，120是匯流帶穿導孔，13是定位柱，14是錐形盲孔，2是芯片，3是連接片，4是銅導體，41是安置位，42是引出位，420是穿線孔，43是連接位，5是灌封膠，6是工藝連接條，7是工藝連接環(huán)，8是散熱片，9是銅導體框架，10是超聲波焊頭。

具體實施方式

本發(fā)明如圖1-34所示，包括盒體1、N個芯片2、N個連接片3和N+1個銅導體4，N≥1，N取整數(shù)，所述盒體設有至少一個容置槽11，所述盒體上設有一個頂面高度高于所述容置槽槽底的橫筋12；

容置槽的形狀可根據(jù)產(chǎn)品要求設計為方形、橢圓形和多邊形狀；

容置槽在接線盒中的分布為：含有一個容置槽的接線盒，容置槽分布在接線盒的一側；含有兩個或兩個以上容置槽的接線盒，容置槽分布在接線盒兩側或四周；其目的是最大限度的分散發(fā)熱源、利用有限的接線盒散熱空間；

N+1個銅導體4中N個銅導體與N個芯片一一對應，N個銅導體上設有芯片安置位41，N+1個銅導體上設有位于所述橫筋頂面的引出位42；使得所述銅導體具有至少兩個不等高的面；

這樣，焊有二極管芯片銅導體中的二極管芯片和銅導體下沉部位嵌入到盒體容置槽內，通過高導熱、高機械強度環(huán)氧樹脂膠澆灌，密封并固定在盒體內；

每個容置槽內可嵌入并密封、固定一顆芯片或多顆芯片；可嵌入并密封、兩個銅導體的下沉部位或多個銅導體的下沉部位；含有多個下沉部位的銅導體，其下沉部位分別被嵌入到接線盒中不同的容置槽內。

下沉式銅導體由紫銅、黃銅或合金銅通過沖切折彎形成。折彎后的低位平面為下沉部位，每個銅導體含一個或多個下沉部位；下沉部位分布在銅導體的一側或幾側、或中間位置。

如圖19、27所示，在只有一個芯片時，兩個銅導體，其中，一個銅導體上設有芯片安置位，兩個銅導體上均設有引出位；

如圖1、13所示，在有三個芯片時，四個銅導體，其中，三個銅導體上設有芯片安置位，四個銅導體上設有均引出位；

所述芯片固定焊接在所述銅導體的安置位上、且通過連接片連接在相鄰的銅導體的連接位43上；

N+1個銅導體通過所述芯片、連接片串聯(lián)連接，形成具有輸出端的旁路電路；接線盒中二極管芯片的N面焊接在銅導體上，二極管芯片的P通過焊接連接片與旁邊銅導體跨接連接，實現(xiàn)串接連接，并以銅導體作為節(jié)點導出，供客戶焊接匯流帶和連接輸出電纜之用。

當N=1時，形成一個節(jié)點；或當N＞1時，形成N+1個節(jié)點；

所述銅導體的安置位、芯片、連接片以及相鄰的銅導體的連接位被灌封膠5澆灌固定封裝在所述容置槽內，所述銅導體的引出位位于所述橫筋之上、高于所述灌封膠的頂面。

相鄰銅導體之間設有工藝連接條6，使多個銅導體暫時形成一個整體，為了消除制造過程中，銅導體之間相對移動，給芯片造成的拉扯應力。

當N＞1時，至少兩個銅導體之間設工藝連接環(huán)7，使多個銅導體暫時形成一個整體，為了消除制造過程中，銅導體之間相對移動，給芯片造成的拉扯應力。

當N＞1時，第一個和最后一個銅導體上還設有連接輸出端的連接位。如圖19、27所示，當N=1時，一個銅導體上設有連接輸出端的連接位；在只有一個芯片時，需要幾個芯片組合使用。

相鄰銅導體之間設有間隙、且通過芯片和連接片進行電相連，當N＞1時，第一個和最后一個銅導體上還設有連接輸出端（即引出端）的連接位，即第一個銅導體具有正極線纜引出端，最后一個銅導體具有負極線纜引出端，正極線纜引出端和負極線纜引出端均設置在盒體的外部；

如圖11、12所示，正極線纜連接引出端和負極線纜連接引出端的設置，其方向為垂直于盒體；

正極線纜連接引出端和負極線纜連接引出端的設置，其方向為平行于盒體；

正極線纜連接引出端和負極線纜連接引出端的設置，其方向與盒體為任意角度；

當N＞2時，所述芯片分設在所述橫筋的兩側。這樣的分布結構方式可以使二極管工作時發(fā)熱的熱源分散，充分利用接線盒內部有限的散熱空間，減小相互之間的影響。

在所述橫筋12上設有匯流帶穿導孔120，所述匯流帶穿導孔由所述盒體的背面貫穿所述橫筋；所述匯流帶穿導孔的下口大、上口小，起到導向作用，便于匯流帶放置；

所述銅導體的引出位42上設有匯流帶穿導孔相對應的穿線孔420。

下沉式銅導體的上層階梯平面（即引出位）設有供客戶安裝焊接匯流帶的穿線孔和焊接盤；含有一個下沉部位的銅導體，其供客戶安裝焊接匯流帶的穿線孔和焊接盤設置在銅導體的一側；含有兩個或兩個以上下沉部位的銅導體，其供客戶安裝焊接匯流帶的穿線孔和焊接盤設置在銅導體中間部位。

太陽能發(fā)電組件用芯片低壓封裝式接線盒的加工方法，包括以下步驟：

1）、銅導體加工，將銅片沖切成型，形成相鄰銅導體通過工藝連接結構連為一體、且相互之間具有間隙的銅導體框架9；

各銅導體之間設有工藝連接環(huán)或工藝連接條，使各銅導體暫時連接為整體，在完成芯片焊接、澆灌、固化后，去除工藝連接環(huán)或工藝連接條；

2）、芯片連接，將芯片通過連接片焊接在銅導體上，形成具有旁路電路結構的銅導體框架；

3）、灌封，將上步驟所述的銅導體框架放置在盒體內，往容置槽內澆灌環(huán)氧樹脂膠，將芯片和連接片封裝在環(huán)氧樹脂膠之內，固化；

4）、切斷，切斷工藝連接結構，制得。

如圖1-6所示，步驟1)中的工藝連接結構為工藝連接條，所述工藝連接條位于橫筋上，工藝連接條連接在相鄰導體的引出位之間，

步驟4）中，通過沖切機切斷相鄰銅導體之間的工藝連接條。

本發(fā)明在盒體橫筋上留出空間，以方便接線盒上容置槽內環(huán)氧樹脂固化后，進行工藝連接條的沖切去除。

如圖13-18所示，步驟1)中的工藝連接結構為工藝連接環(huán)；

步驟3）中，所述盒體的容置槽內設有定位柱13，所述定位柱設在工藝連接環(huán)內，所述盒體的底面設有與定位柱中心線一致的錐形盲孔14；

步驟4）中，通過鉆削，穿過錐形盲孔，去除相鄰銅導體之間的工藝連接環(huán)。

本發(fā)明在盒體容置槽內設置了與銅導體工藝連接環(huán)相配合的定位柱，并在盒體背面與定位柱對應的位置設置錐形盲孔，起導向作用，以方便精確地通過鉆削去除工藝連接環(huán)。

還包括散熱片8，所述散熱片封裝在環(huán)氧樹脂膠之內，起到散熱的作用，散熱片可為銅片、鋁片等。