(57)【要約】【課題】  薄型化されたセルを用いた太陽電池モジュール製造工程の一つであるラミネート工程において発生するセル割れを防止し、かつ、太陽電池セルや発光素子と接着樹脂との実装不良を低減することができる、接着樹脂フィルムおよび半導体モジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、第一の透光性絶縁基板と第二の絶縁基板との間において、半導体素子群を封止するための接着樹脂フィルムであって、前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を備えることを特徴とする接着樹脂フィルムを提供する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の透光性絶縁基板と第二の絶縁基板との間において、半導体素子群を封止するための接着樹脂フィルムであって、前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を備えることを特徴とする、接着樹脂フィルム。
【請求項２】
前記表面形状は凸形状であり、前記形状部は凹形状であることを特徴とする、請求項１に記載の接着樹脂フィルム。
【請求項３】
前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子の電極の形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項１に記載の接着樹脂フィルム。
【請求項４】
前記半導体素子群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項１に記載の接着樹脂フィルム。
【請求項５】
半導体素子群の主面上に接着樹脂フィルムを設置する工程と、該半導体素子群および接着樹脂フィルムを狭持するように第一の透光性絶縁基板および第二の絶縁基板を設置する工程と、前記半導体素子群、前記接着樹脂フィルム、前記第一の透光性絶縁基板および前記第二の絶縁基板をラミネートする工程と、を包含する半導体モジュールの製造方法であって、前記接着樹脂フィルムは前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を有することを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記表面形状は凸形状であり、前記形状部は凹形状であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子が備える電極の形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記半導体素子群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記半導体素子群の主面上に接着樹脂フィルムを設置する工程は、前記半導体素子群の両主面上に第一の接着樹脂フィルムおよび第二の接着樹脂フィルムをそれぞれ設置する工程であり、前記第一の接着樹脂フィルムおよび前記第二の接着樹脂フィルムの少なくとも一方は前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を有することを特徴とする、請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子の電極の形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項９に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記半導体群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状であることを特徴とする、請求項９に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１２】
第一の透光性絶縁基板と、
第一の接着樹脂フィルムと、
出力電極を有する太陽電池素子と、
第二の接着樹脂フィルムと、
第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなる発光素子群と、
第三の接着樹脂フィルムと、
第二の絶縁基板とが順次積層されるステップと、
前記第一〜第三の接着樹脂フィルムで前記太陽電池素子および前記発光素子群を封止するステップを備える、半導体モジュールの製造方法であって、
前記第二の接着樹脂フィルムまたは前記第三の接着樹脂フィルムの少なくとも一方は、前記発光素子群の形に対応する凹部を備えることを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールの製造工程において用いる接着樹脂フィルムおよびこれをラミネートする工程に特徴を有する半導体モジュールの製造方法に関し、特に太陽電池モジュールに用いる接着樹脂フィルムおよびこれをラミネートする工程を含む半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
【０００３】
このような状況のもと、太陽電池市場の拡大と共にコストダウンの必要性及び原材料の低減の両目的から、使用する結晶系Ｓｉセルの薄型化が図られている。しかし、薄膜化した太陽電池セルは耐欠損性や耐圧性が弱く、太陽電池セルを加工する際に破損してしまうおそれがある。したがって、そのような薄型化した太陽電池セルを加工中に破損することなく作製することが歩留を向上させる上での大きな課題の一つである。
【０００４】
現在、結晶系シリコンを太陽電池セルに主として用いる太陽電池モジュールは、受光面カバー、接着樹脂シート、太陽電池セル列、接着樹脂シートおよび裏面カバーの順に積層した構造を有し、それらをラミネート加工により接着樹脂を加温し軟化させ、さらに、圧着、接着させる工程を行うことが一般的である。その際に使用する透明樹脂は、シート状で太陽電池セル上下にそれぞれ一枚ずつ積層することが一般的である。
【０００５】
しかし、当該ラミネート工程での加圧により、この接着樹脂を介して太陽電池セルや太陽電池セル表裏面に接続している配線材料等に直接的に圧力が印加され、当該配線部材等が薄膜化された太陽電池セルに過剰な負荷を与え、これによりセルが割れてしまうことがあり問題であった。
【０００６】
また、接着樹脂と配線部材を備えた太陽電池等との形状や発光素子との形状が一致していないために、ラミネート加工の際に両者の接着性が悪く実装不良を引き起こす問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、薄型化されたセルを用いた太陽電池モジュール製造工程の一つであるラミネート工程において発生するセル割れを防止し、かつ、太陽電池セルや発光素子と接着樹脂との実装不良を低減することができる、接着樹脂フィルムおよび半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの局面によれば、第一の透光性絶縁基板と第二の絶縁基板との間において、半導体素子群を封止するための接着樹脂フィルムであって、前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を備えることを特徴とする接着樹脂フィルムが提供される。
【０００９】
好ましくは、前記表面形状は凸形状であり、前記形状部は凹形状である。
【００１０】
好ましくは、前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子の電極の形状に対応した凹形状である。
【００１１】
好ましくは、前記半導体素子群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状である。
【００１２】
本発明の別の局面によれば、半導体素子群の主面上に接着樹脂フィルムを設置する工程と、該半導体素子群および接着樹脂フィルムを狭持するように第一の透光性絶縁基板および第二の絶縁基板を設置する工程と、前記半導体素子群、前記接着樹脂フィルム、前記第一の透光性絶縁基板および前記第二の絶縁基板をラミネートする工程と、を包含する半導体モジュールの製造方法であって、前記接着樹脂フィルムは前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記表面形状は凸形状であり、前記形状部は凹形状である。
【００１４】
好ましくは、前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子が備える電極の形状に対応した凹形状である。
【００１５】
好ましくは、前記半導体素子群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状である。
【００１６】
好ましくは、前記半導体素子群の主面上に接着樹脂フィルムを設置する工程は、前記半導体素子群の両主面上に第一の接着樹脂フィルムおよび第二の接着樹脂フィルムをそれぞれ設置する工程であり、前記第一の接着樹脂フィルムおよび前記第二の接着樹脂フィルムの少なくとも一方は前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を有する。
【００１７】
好ましくは、前記半導体素子群は太陽電池素子群であり、前記形状部は該太陽電池素子の電極の形状に対応した凹形状である。
【００１８】
好ましくは、前記半導体群は第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなり、前記形状部は該発光素子の表面形状に対応した凹形状である。
【００１９】
本発明のさらに別の局面によれば、第一の透光性絶縁基板と、第一の接着樹脂フィルムと、出力電極を有する太陽電池素子と、第二の接着樹脂フィルムと、第三の絶縁基板、金属層および発光素子からなる発光素子群と、第三の接着樹脂フィルムと、第二の絶縁基板とが順次積層されるステップと、前記第一〜第三の接着樹脂フィルムで前記太陽電池素子および前記発光素子群を封止するステップを備える、半導体モジュールの製造方法であって、前記第二の接着樹脂フィルムまたは前記第三の接着樹脂フィルムの少なくとも一方は、前記発光素子群の形に対応する凹部を備えることを特徴とする半導体モジュールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ラミネート工程を有する半導体モジュール製造工程において、半導体素子として太陽電池セルや発光素子などが薄膜化されたことに起因する素子の割れや実装不良を低減することができ、歩留まりよく半導体モジュールを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、第一の透光性絶縁基板と第二の絶縁基板との間において、半導体素子群を封止するための接着樹脂フィルムであって、前記半導体素子群の表面形状に対応した形状部を備えることを特徴とする接着樹脂フィルムおよびそれを用いた半導体モジュールの製造方法を提供するものである。
【００２２】
このように、半導体素子群を封止するための接着樹脂フィルムが、半導体素子群の表面形状に対応した形状部を有するので、接着性および実装性に優れ、圧力の印加透によるラミネート工程時の半導体素子群の破損等も生じない。これは、半導体素子群の表面に凹凸等が存在しても、フィルムがその凹凸形状に対応して凸凹形状部を有するために、半導体素子群の凸部のみに偏って過剰な圧力が印加されることが低減され、さらに接着性も良好となり実装性も向上する。
【００２３】
本発明において、半導体素子群とは、半導体技術を用いた装置等であり、具体的には、太陽電池素子、発光素子、ダイオード、熱伝素子等が挙げられる。本発明においてはこれらの素子は薄膜化されていてもよく、その場合、通常素子の厚さは、５０μｍ〜２０ｍｍ程度の厚さであり得る。
【００２４】
本発明において、第一の透光性絶縁基板は、紫外から赤外波長領域の光を透過し、かつ絶縁性を有していればよい。具体的には、各種ガラス、ポリカーボネイト、アクリル、フッ素系フィルム、ＰＥＴ系フィルムなどを挙げることができる。
【００２５】
本発明において、第二の絶縁基板は、内部構造の素子を保護する機能を有し、具体的には、各種ガラス、ポリカーボネイド、アクリル、フッ素系フィルム、ＰＥＴ系フィルム、表面に絶縁処理を施した金属基板を用いることができる。
【００２６】
また、本発明において、接着樹脂フィルムに用いることができる材料としては、エチレンビニルアセテート、熱可塑性シリコーン系レジン、熱可塑性フッ素樹脂、熱可塑性オレフィン系樹脂などを挙げることができる。また、複数の接着樹脂フィルムを用いる場合は、それぞれ同一であっても異なってもよく、上記材料を適宜組み合わせて用いることができる。
【００２７】
ここで、半導体素子として太陽電池セルを用いた場合を例として、半導体モジュールの製造方法を、太陽電池モジュールの製造方法を例にして説明する。
【００２８】
図１は、半導体モジュールのラミネート工程前の各部材の積層構造の模式図である。第一の透光性絶縁基板１、第一の接着樹脂フィルム２、半導体素子群３、第二の接着樹脂フィルム４、第二の絶縁基板５がこの順番で配置されている。ここで、一例を挙げると、第一の透光性絶縁基板１はフロントカバーであり、第一および第二の接着透明樹脂フィルム２，４は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）ベースの架橋性透明接着樹脂シートであり、半導体素子群３はシリコン結晶性太陽電池セル群であり、第二の絶縁基板５は、バックカバーとすることができる。このように配置され接着した半導体モジュールの断面図を図２に示す。
【００２９】
図２において、半導体素子群３は、第一および第二の接着樹脂フィルム２，４により狭持されるように配置され、これらをさらに狭持するように第一の透光性絶縁基板１および第二の絶縁基板５が配置されている。
【００３０】
次に、このように配置された各部材を、温度調節し、雰囲気真空度を調整して、プレス圧力により圧着する、いわゆるラミネート法により、第一および第二の接着樹脂フィルム２，４としてのＥＶＡを溶解させ、半導体素子群３としての太陽電池セル群に接着させる。すなわち、このラミネート工程では、第一および第二の接着樹脂フィルム２、４を溶解し、かつ、半導体素子群３間や当該半導体素子の配線材等の中に気泡が生じないように真空制御し、その後プレス加圧により加工する。ラミネート工程後の半導体モジュールの断面図を図３に示す。
【００３１】
図３において、半導体素子群３の上下の第一および第二の接着樹脂フィルム２，４は一体化されて一体化された接着樹脂フィルム７となっている。従来、ラミネート工程の際、プレス時に半導体素子群３内の素子が、加圧負荷により破損、セル割れを生じることがあったが、本発明においては、この素子の割れ発生を抑制するために、図４に示すような半導体素子群の表面形状６に対応した形状部８，９を有する第一および第二の接着樹脂フィルム２，４を用いている。通常、半導体素子の上下に接続される配線部材等は、半導体素子よりも突出しているため、接着樹脂フィルムを溶融するラミネート工程中のプレス時に一番に外力が加わり、よってその配線材接続箇所で素子割れが発生しやくすなるが、本発明では、上述したような形状部８，９を有する第一および第二の接着樹脂フィルム２，４を用いてラミネート加工し、半導体モジュールを作製することにより、素子割れ等が発生しない。また、配線部材等を有する素子の形状と接着樹脂フィルムの形状とが接着した際に一致するので、実装性および接着性に優れている。
【００３２】
図４に示すような接着樹脂フィルムを配線材料の部分の形状に対応させて凹形状にした場合において、半導体素子として太陽電池セルを用い、接着樹脂フィルムとしてＥＶＡを用いた場合、当該接着樹脂フィルムの寸法について一例を挙げると、厚みを０．６ｍｍとし、幅が０．２ｍｍの配線部分に当たる部分に対応して凹形状の幅を０．２ｍｍ程度とすることができる。
【００３３】
なお、上述の実施形態において、半導体素子の配線部材等の凹凸を形成する部材が一方の主面にしか存在しない場合は、接着樹脂フィルムの形状部は上記凹凸に対応するように一主面上に形成すればよい。すなわち、凹凸のある主面に接着する接着樹脂フィルムには形状部を形成し、凹凸のない主面に接着する接着樹脂フィルムには、凹形状のような形状部を形成しなくてもよい。
【００３４】
また、本発明において、別の実施形態として、図５のような接着樹脂フィルムの構成とすることもできる。すなわち、接着樹脂フィルムを、第一の接着樹脂フィルム２、第二の接着樹脂フィルム４、第三の接着樹脂フィルム１１および第四の接着樹脂フィルム１０とし、第三の接着樹脂フィルム１１および第四の接着樹脂フィルム１０に、半導体素子３の表面形状に対応した形状部を付与する。当該形状部は、具体的には、半導体素子３に備えられている配線部材等の形状に重ならないように、第三および第四の接着樹脂フィルム１１，１０を切断し、所定の間隔を設けるようにすることもできる。すなわち、型抜き部を設けてもよい。
【００３５】
また、第一および第二の接着樹脂フィルム２，４は、上記第三および第四の接着樹脂フィルムを覆って狭持するように配置する。これにより、第三および第四の接着樹脂フィルムにあけられた間隔を、当該第一および第二の接着樹脂フィルムで覆うことによって、接着フィルム同士の接着性を向上させることができ、結果として半導体素子群３全体を強固に接着することができる。その後、上述のとおりにラミネート工程を行うことにより、第一〜第四の接着樹脂フィルムが一体化する。
【００３６】
ここで、上記第三および第四の接着樹脂フィルム１１，１０は、半導体素子群に接続された配線部材の半導体素子から突出した部分の厚み以上の厚みを有している必要がある。当該厚みよりも小さいと、ラミネート工程の際に当該厚みに偏って圧力が印加され、素子の破損等の原因となるためである。
【００３７】
たとえば、接着樹脂フィルムの材料としてＥＶＡを用い、配線部材の突出分の厚み以上にするために、フィルムの厚さを０．４ｍｍにし、素子の配線に重ならないように当該ＥＶＡをカットして、素子表面の形状に対応する凹形状部とすることができる。なお、この場合の凹形状部とは、所定の間隔によって提供してもよいし、型抜き部としてもよい。すなわち、素子表面の形状に対応する凹形状であればよい。
【００３８】
また、ラミネート工程の条件は通常の加工条件と同一にすることができ、図６に示すような装置を用いることができる。図６において、半導体モジュールとして積層するための順番に配置した半導体モジュールの配列１２を、ラミネート装置１３中に投入し、一般的な条件として、温度、雰囲気真空度、圧力を調節して、接着樹脂を溶解して接着させ、半導体モジュールを作製することができる。
【００３９】
本発明において、さらに別の実施形態について説明する。上述の半導体モジュールは一例として太陽電池モジュールについて述べてきたが、薄膜基板上に形成された回路上に発光素子が取り付けられた場合においても、本発明を適用することができる。
【００４０】
具体的には、半導体素子群として、発光素子群である例えばＬＥＤの一体加工にも適用できる。図７に示すように、第一の透明性絶縁基板１としての受光カバーと第二の絶縁基板５としてのバックカバーとの間に、一体化された接着樹脂フィルム７としてのＥＶＡを介して、太陽電池セル３および第三の絶縁性基板１５上に積層した発光素子としてのＬＥＤチップ１４を封入した構造である。ここで、第三の絶縁性基板と発光素子との間には金属層が形成されていることもある。
【００４１】
本発明においては、図７に示すような太陽電池セルとＬＥＤの一体構造物を形成する場合にも、接着樹脂フィルムとしてのＥＶＡを凹形状に加工して凹形状部を付与することでＬＥＤの破損または実装不良防止、太陽電池セルの破損防止を達成することができる。
【００４２】
図７に示すような半導体モジュールにおいて、ＬＥＤの構造の平面図を図８に示す。図８において、ＬＥＤは基板１５上に円柱形状のＬＥＤチップ１４が複数個取り付けられ、これらが基板１５に対して凸形状を形成しているものである。
【００４３】
図７に示す半導体モジュールにおいて、このような凸形状を有するＬＥＤを、接着樹脂フィルムを用いて封入するために、接着樹脂フィルムは、図９に示すような形状部を有している。具体的には、図９において、ＬＥＤチップ１４を有するＬＥＤ基板１５を、接着樹脂フィルムを用いて封入するために、接着樹脂フィルムとしてのＥＶＡに型抜き部を設ける。具体的には、ＬＥＤチップ１４よりも大きな穴を接着樹脂フィルムに開ける。これにより、当該穴のあけられたＥＶＡをＬＥＤチップに接着させてラミネート加工した際に、ＬＥＤチップに偏って圧力が印加されることがなく、チップの破損を防止し、実装性を良好にすることができる。
【００４４】
図９に示すような接着樹脂フィルムを用いて半導体素子群としての図８に示すようなＬＥＤを接着封止するために、図１０に示すように、第二の絶縁基板５としての裏面側カバーガラス、第二の接着樹脂フィルム４、図９に示す第五の接着樹脂フィルム１６、半導体素子としてのＬＥＤチップ１４を備えた基板１５、第六の接着樹脂フィルム１７、太陽電池セル群１３、第一の接着樹脂フィルム２、および第一の透明性絶縁基板１を配置し、これらを積層する。なお、図１０は、半導体モジュールの配列においてＬＥＤチップ１４の配列に沿って切断した際の断面図である。
【００４５】
図１０において、たとえば、ＬＥＤチップ１４の高さは１．３ｍｍあるため、図９に示すような第五の接着樹脂フィルム１６としては、０．６ｍｍ厚のＥＶＡを３枚積層し、ＬＥＤのチップ高さ以上確保することができる。当該第五の接着樹脂フィルムにおいて穴形状としてはＬＥＤチップ１４の直径５ｍｍ以上を確保し、ラミネート工程中においてＥＶＡがずれることを考慮して８ｍｍ径で加工することが好ましい。
【００４６】
このようにして図１０に示すような構造をラミネート加工する。第五の接着樹脂フィルム１６として穴あけ加工したＥＶＡを使用することにより、従来の穴あけ加工無しのＥＶＡを使用していた手法と異なり、ＬＥＤチップ１４上への加圧による負荷が低減され、ＬＥＤチップ１４の破損、実装不良およびＬＥＤチップ１４上を基点とするセル割れを防止して、半導体モジュールを作製することができる。
【００４７】
なお、図１０の例においては、第二の絶縁基板５としての裏面側カバーガラス側に発光素子であるＬＥＤチップ１４の凸形状を配置したが、第一の透明性絶縁基板１としての受光カバー側に配置しても構わない。
【００４８】
なお、本発明において、第一〜第六までの番号を付与しているが、接着樹脂フィルムを区別するために便宜的に設けたものであって、この数字のみに限定的に解釈されることを意図しない。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】半導体モジュールのラミネート工程前の各部材の積層構造の模式図である。
【図２】図１の半導体モジュールの断面図である。
【図３】図１の半導体モジュールにおいて、ラミネート工程後の断面図を示す。
【図４】図２の半導体モジュールの断面図の一部拡大図である。
【図５】接着樹脂フィルムの一実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体モジュールをラミネートする際に用いる装置の概略断面図である。
【図７】本発明の半導体モジュールの別の実施形態を示す断面図である。
【図８】図７の半導体モジュールにおいて発光素子の平面図である。
【図９】図７の半導体モジュールにおいて発光素子の形状に対応した形状部を有する接着樹脂フィルムの平面図である。
【図１０】図７の半導体モジュールを作製するためのラミネート工程前の配列のＬＥＤチップの配列に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  第一の透明性絶縁基板、２  第一の接着樹脂フィルム、３  半導体素子群、４  第二の接着樹脂フィルム、５  第二の絶縁基板、６  半導体素子群の表面形状、７  一体化された接着樹脂フィルム、８，９  半導体素子の表面形状に対応した形状部、１０  第四の接着樹脂フィルム、１１  第三の接着樹脂フィルム、１２  半導体モジュールの配列、１３  ラミネート装置、１４  ＬＥＤチップ、１５  第三の絶縁性基板、１６  第五の接着樹脂フィルム、１７  第六の接着樹脂フィルム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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