(57)【要約】【課題】本発明は、放熱性に優れた光電変換装置及び光電電変換モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】光電変換装置２であって、素子搭載基板５と、素子搭載基板５の上面の中央領域に設けられる光電変換素子７と、素子搭載基板５の上面に設けられ、光電変換素子７を取り囲むとともに、下部が中央領域から中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して素子搭載基板５の上面と接合される枠体１０と、枠体１０の上部と接合されるとともに、光電変換素子７と重なる領域に設けられる集光部材９と、素子搭載基板５の下面に設けられ、平面透視して枠体１０と重なる領域に設けられる導電性部材１１と、を備え、枠体１０と導電性部材１１の熱膨張係数が、素子搭載基板５の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする光電変換装置。【選択図】図３
2011151276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子搭載基板と、
前記素子搭載基板の上面の中央領域に設けられる光電変換素子と、
前記素子搭載基板の上面に設けられ、前記光電変換素子を取り囲むとともに、下部が前記中央領域から前記中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して前記素子搭載基板の上面と接合される枠体と、
前記枠体の上部と接合されるとともに、前記光電変換素子と重なる領域に設けられる集光部材と、
前記素子搭載基板の下面に設けられ、平面透視して前記枠体と重なる領域に設けられる導電性部材と、を備え、
前記枠体と前記導電性部材の熱膨張係数が、前記素子搭載基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記枠体の下部は、前記中央領域から前記周辺領域の全方位に向かって延在していることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置であって、
前記導電性部材の厚みは、断面視したときに、前記接合領域の前記枠体の厚みよりも厚いことを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至又は請求項３に記載の光電変換装置であって、
前記枠体は、鏡面加工された内面を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換装置であって、
前記枠体は、断面視したときに、前記光電変換素子よりも高い位置で前記光電変換素子の外方に向かって屈曲するとともに前記光電変換素子に近接して設けられる屈曲部を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光電変換装置であって、
前記素子搭載基板は、前記光電変換素子を搭載する凹部を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置上に設けられ、前記集光部材に光を集める受光部材と、
を備えたことを特徴とする光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びその光電変換装置を用いる光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子を有する光電変換装置の開発が進められている。例示的な光電変換装置としては、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池装置がある。特に、発電効率の向上を目的として、集光型の太陽電池装置の開発が進められている。この太陽電池装置の場合、光電変換素子は、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池素子である。集光された太陽光を効率良く太陽電池素子に照射する構造が、例えば、特許文献１に、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４７１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、太陽電池装置の構造では、太陽電池セルが実装された基板の熱を効率良く放熱する技術が開発されている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れた光電変換装置及び光電変換モジュール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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る光電変換装置は、素子搭載基板と、光電変換素子と、枠体と、集光部材と、導電性部材と、を備え、前記枠体と前記導電性部材の熱膨張係数が、前記素子搭載基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。前記光電変換素子は、前記素子搭載基板の上面の中央領域に設けられている。前記枠体は、前記素子搭載基板の上面に設けられ、前記光電変換素子を取り囲むとともに、下部が前記中央領域から前記中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して前記素子搭載基板の上面と接合されている。前記集光部材は、前記枠体の上部と接合されるとともに、前記光電変換素子と重なる領域に設けられている。前記導電性部材は、前記素子搭載基板の下面に設けられ、平面透視して前記枠体と重なる領域に設けられている。
【０００７】
また、本発明に係る光電変換モジュールは、前記光電変換装置と、前記光電変換装置上に設けられ、前記集光部材に光を集める受光部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、放熱性に優れた光電変換装置及び光電変換モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る光電変換モジュールの概観を示す分解斜視図である。
【図２】本実施形態に係る光電変換装置の概観斜視図である。
【図３】図２に示す光電変換装置をＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。
【図４】本実施形態の変形例１に係る光電変換装置の概観斜視図である。
【図５】図４に示す光電変換装置をＢ−Ｂ線で切断したときの断面図である。
【図６】本実施形態の変形例２に係る光電変換装置の断面図である。
【図７】本実施形態の変形例３に係る光電変換装置の断面図である。
【図８】本実施形態の変形例４に係る光電変換装置の断面図である。
【図９】本実施形態の変形例５に係る光電変換装置の断面図である。
【図１０】本実施形態の変形例６に係る光電変換装置の断面図である。
【図１１】本実施形態に係る光電変換モジュールの概観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換装置及び光電変換モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
＜実施形態＞
＜光電変換モジュール及び光電変換装置の構成＞
本実施形態に係る光電変換モジュール１は、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電モジュールである。また、本実施形態に係る光電変換装置２は、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子５を含んでいる。かかる光電変換素子７は、例えば、太陽光エネルギーを電力に変換する機能を備えている太陽電池素子である。
【００１２】
光電変換モジュール１は、複数の光電変換装置２と、複数の光電変換装置２の上方に設けられた受光部材３と外部基板４を含んで構成される。受光部材３は、外部からの光を受光するとともに、受光した光を集光部材９に集める機能を備えている。また、受光部材３は、複数個のレンズ部材３ｂが矩形のフレーム部材３ａに固定されることにより構成されている。受光部材３のレンズ部材３ｂは、例えば、ドーム状のフレネルレンズであり、例えば、アクリル樹脂等の光学的特性に優れた樹脂材料からなる。複数の光電変換装置２は、外部基板４に固定されている。そして、受光部材３は、外部基板４に固定された複数の光電変換装置２を覆っている。
【００１３】
受光部材３に入射された光は、光電変換装置２の集光部材９の上端部に集められる。すなわち、集光部材９は、受光部材３によって集められた光を光電変換素子７に導く機能を備えている。集光部材９に入射された光は、集光部材９の下端部から光電変換素子７の上面の受光面８に入射される。そして、光電変換素子７は、光エネルギーを電力に変換する。外部基板４は、光電変換装置２から発せられる熱を放散させる機能を備えている。外部基板４は、例えば、アルミニウム、銅、炭素−金属複合材等の金属材料からなる。なお、外部基板４の熱伝導率は、例えば、１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
【００１４】
光電変換装置２は、図３に示すように、素子搭載基板５と、素子搭載基板５の上面の中央領域に設けられる光電変換素子７と、素子搭載基板５の上面に設けられ、光電変換素子７を取り囲むとともに、下部が中央領域から中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して素子搭載基板５の上面と接合される枠体１０と、枠体１０の上部と接合されるとともに、光電変換素子７と重なる領域に設けられる集光部材９と、素子搭載基板５の下面に設けられ、平面透視して枠体１０と重なる領域に設けられる導電性部材１１と、を備えている。
【００１５】
素子搭載基板５は、平面透視したとき、矩形状に形成された部材である。素子搭載基板５は、絶縁性の材料からなり、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミック等のセラミックス材料からなる。または、素子搭載基板５は、これらの材料のうちの複数の材料を混合した複合系からなる。また、素子搭載基板５の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されている。
【００１６】
また、素子搭載基板５の熱伝導率は、例えば、１５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上２５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、素子搭載基板５の熱膨張係数は、５（ｐｐｍ／℃）以上１０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。なお、平面透視したときの素子搭載基板５の形状は、矩形状に限らず、円形状等の形状にすることができる。
【００１７】
また、素子搭載基板５は、図３に示すように、光電変換素子７と導電性部材１１に電気的に接続される導電層６が設けられている。すなわち、光電変換素子７と電気的に接続される導電層６が、素子搭載基板５の上面の中央領域に設けられている。また、光電変換素子７及び導電性部材１１と電気的に接続される導電層６が、素子搭載基板５の内部のビア部に設けられている。導電層６は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料、或いはそれらの合金からなる。例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて形成される。
【００１８】
光電変換素子７は、例えば、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。光電変換素子７は、光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力することができる。例えば、太陽電池素子は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造を有している。インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）トップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ミドルセルは、６６０ｎｍから８９０ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウム（Ｇｅ）ボトムセルは、８９０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。３つのセルは、トンネル接合を介して直列に接続されている。開放電圧は、３つのセルの起電圧の和である。また、集光部材９から集光された光を受光する受光面８が、光電変換素子７の上面に形成されている。
【００１９】
また、光電変換素子７の下面には下面電極が形成されている。光電変換素子７の下面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成されている。光電変換素子７は、低融点半田、導電性エポキシ樹脂等の接合材を介して、素子搭載基板５の上面の中央領域に設けられている導電層６上に搭載され、光電変換素子７の下面電極と導電層６とが電気的に接続されている。
【００２０】
また、光電変換素子７の上面には上面電極が設けられている。光電変換素子７の上面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成されている。光電変換素子７は、導電性ワイヤで、光電変換素子７の上面電極とビア部の導電層６とが電気的に接続されている。なお、光電変換素子７の上面電極と導電層６との接続箇所は、複数箇所以上にすることにより、導電性ワイヤの１本あたりの電流が低減し、導電性ワイヤの熱の発生を抑制することができる。結果として、導電性ワイヤの信頼性を向上することができる。
【００２１】
また、導電性ワイヤの接続箇所を複数とすることにより、複数の接続個所で、電気的な接続が維持されるため、光電変換装置２が不良となることを防ぐことができる。また、光電変換装置２の電気的な接続を確保する点においても、光電変換素子７と導電層６との接続箇所は、複数個所とすることが好ましい。
【００２２】
集光部材９は、平面透視したときに矩形状に形成された部材である。集光部材９は、枠体１０の上部と接合されるとともに、光電変換素子９と重なる領域に設けられている。集光部材９は、光電変換素子７に光を集光する機能を備えている。また、集光部材９は、透光性を有しており、受光部材３から届いた光を光電変換素子７に導く機能を備えている。集光部材９の透光性とは、光電変換素子７が、太陽電池素子である場合は、太陽光の少なくとも一部の波長領域に含まれる光が透過できることをいう。なお、集光部材９は、例えば、ホウ珪酸ガラス、プラスチック又は透光性樹脂等からなる。
【００２３】
また、集光部材９の側面は、枠体１０との接合のために、全周にわたって金属層が形成される。また、側面の金属層は、蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成技術によって形成される。金属層は、例えば、チタン、白金、金、クロム、ニッケル、金、銀、銅、或いはそれらの合金等の金属材料からなる。集光部材９の側面の金属層が、例えば、ロウ材、半田、低融点ガラス又はエポキシ樹脂等からなる接合部材を介して、枠体１０の全周にわたって枠体１０と接合される。接合方法は、例えば、ロウ接合、半田接合又は樹脂接合等の方法からなる。
【００２４】
ロウ材は、例えば、銀−銅ロウ等からなる。半田は、金−錫系、金−ゲルマニウム系又は錫−鉛系等からなる。また、低融点ガラスとは、ガラス転移点が６００℃以下のガラスのことをいう。また、集光部材９は、枠体１０の上部で、枠体１０と接合されている。また、集光部材９は、枠体１０の傾斜部１０ａの位置で、光電変換素子７に集光することができる位置で有れば、枠体１０の傾斜部１０ａのどの位置で接合されてもよい。枠体１０については、後述する。
【００２５】
また、集光部材９は、光の反射によって断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化する機能を有していればよい。
【００２６】
枠体１０は、平面透視したときに、矩形状に形成された部材である。枠体１０は、素子搭載基板５の上面に設けられ、光電変換素子７を取り囲むとともに、下部が中央領域から中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して素子搭載基板５の上面と接合されている。枠体１０は、上部が、素子搭載基板５の上方に延在し、集光部材９と接合される傾斜部１０ａと、下部が素子搭載基板５の中央領域の外周に位置する周辺領域に向かって延在して素子搭載基板５の上面に接合される延在部１０ｂとを備えている。また、枠体１０は、集光部材９を支持する機能を備えている。枠体１０は、枠体１０の上部で、集光部材９が接合される。枠体１０は、平面透視したときに、矩形状に形成された部材であるが、矩形状に限らず、円形状等の形状にすることができる。
【００２７】
また、枠体１０は、例えば、アルミニウム、銅又は銀等の金属材料、或いはこれらの金属材料を含有する合金、或いは焼結タングステンに銅を含浸したような複合材料、銅含浸タングステンに設けられた複数の貫通孔に銅を充填したような複合材料又は各種金属を層状に積層した複合材料等からなる。なお、枠体１０の熱伝導率は、例えば、１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、枠体１０の熱膨張係数は、１０（ｐｐｍ／℃）以上２５（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。これにより、光電変換素子７の周辺で発生した熱が、枠体１０に熱伝導して効率よく外部に放熱される。
【００２８】
また、枠体１０は、素子搭載基板５の上方に延在する傾斜部１０ａの内面が鏡面加工されている。枠体１０は、鏡面加工によって光の反射効率を向上することができる。また、枠体１０は、温度上昇を抑制することができる。鏡面加工は、研削することにより平滑に仕上げるように加工しても、メッキを施して加工してもよい。また、枠体１０の傾斜部１０ａの厚みは、光電変換素子７で反射した光の外部への光漏れを抑制するために、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されている。また、枠体１０の延在部１０ｂの厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定される。
【００２９】
また、枠体１０は、集光部材９の側面のみで接合されているので、枠体１０と集光部材９の接合面積を小さくすることできる。結果として、枠体１０から集光部材９への圧縮応力が低減でき、集光部材９の屈折率の変化による光電変換素子７の受光面８への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光性を向上することができる。
【００３０】
また、枠体１０は、枠体１０の全周にわたって集光部材９と接合されるとともに、光電変換素子７の上方に空間２０を介して設けられている。結果として、光電変換素子７は、素子搭載基板５、枠体１０及び集光部材９で囲まれる空間２０内に設けられ、気密封止される。光電変換素子７が、内部の空間２０に設けられることによって、光電変換素子７を気密封止することができるため、光電変換素子７の耐湿性が向上し、光電変換素子７を長期にわたって信頼性良く作動させることができる。
【００３１】
導電性部材１１は、例えば、アルミニウム、銅又は銀等の金属材料、或いはこれらの金属材料を含有する合金、或いは焼結タングステンに銅を含浸したような複合材料、銅含浸タングステンに設けられた複数の貫通孔に銅を充填したような複合材料又は各種金属を層状に積層した複合材料等からなる。導電性部材１１は、素子搭載基板５の下面に設けられ、平面透視して枠体１０と重なる領域に設けられている。また、導電性部材１１は、熱伝導性を良好にし、素子搭載基板５に搭載された光電変換素子７から発生する熱を効率よく外部に放熱させる機能を備えている。すなわち、光電変換素子７の周辺の熱が導電性部材１１に熱伝導して効率よく外部に放熱される。
【００３２】
また、導電性部材１１の熱伝導率は、例えば、１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、導電性部材１１の熱膨張係数は、１０（ｐｐｍ／℃）以上２５（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。また、導電性部材１１の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定される。また、枠体１０と導電性部材１１の熱膨張係数は、素子搭載基板５の熱膨張係数より大きく設定されている。なお、導電性部材１１は、光電変換装置２が外部へ電気を取り出すための出力端子の機能を備えている。
【００３３】
また、第１の導電性部材１１ａ及び第２の導電性部材１１ｂは、接合材を介して、導電層６と電気的に接続されている。接合材は、例えば、銀−銅ロウ、低融点半田又は導電性エポキシ樹脂等からなる。
【００３４】
また、第１の導電性部材１１ａは、例えば、正極として機能する。また、第２の導電性部材１１ｂは、例えば、負極として機能する。そして、光電変換素子７は、第１の導電性部材１１ａ及び第２の導電性部材１１ｂに電気的に接続されており、第１の導電性部材１１ａ及び第２の導電性部材１１ｂを介して外部に電気を取り出すことができる。
【００３５】
また、導電性部材１１は、例えば、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで作製したインゴットを周知の切削加工や打ち抜き加工等の金属加工法を用いて所定形状にして形成される。
【００３６】
ここで、光電変換素子収納用パッケージについて説明する。光電変換素子収納用パッケージは、素子搭載基板５、枠体１０及び導電性部材１１で構成され、光電変換素子７及び集光部材９が未搭載の状態である。すなわち、光電変換素子収納用パッケージは、光電変換素子７が搭載される搭載部を有した素子搭載基板５と、素子搭載基板５上の搭載部を取り囲むように設けられる枠体１０と、を備えている。なお、枠体１０には、光電変換素子７の搭載予定位置より上方位置に設けられる予定の集光部材９が接合される。
【００３７】
本実施形態によれば、素子搭載基板５の上面は、枠体１０の延在部１０ｂが当接して設けられ、素子搭載基板５の下面は、導電性部材１１が当接して設けられているので、光電変換装置２は、光電変換素子７の周辺の熱を枠体１０及び導電性部材１１を介して光電変換装置２の外部に効率よく放熱することができ、素子搭載基板５及び光電変換素子７の温度上昇を抑制することができる。結果として、光電変換素子７の変換効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、枠体１０の延在部１０ｂ及び導電性部材１１が、素子搭載基板５の上面及び下面に当接して設けられ、導電性部材１１が、平面透視して枠体１０の延在部１０ｂと素子搭載基板５の上面とが接合される領域と重なる領域に設けられているので、素子搭載基板５の反りを抑制することができる。つまり、枠体１０の延在部１０ｂが素子搭載基板５よりも熱膨張係数が大きく、かつ、導電性部材１１が素子搭載基板５よりも熱膨張係数が大きいので、素子搭載基板５に接合された枠体１０の延在部１０ｂによる素子搭載基板５の上方に向かって変形する熱変形を、素子搭載基板５に接合された導電性部材１１によって、素子搭載基板５の下方に向かって変形させることで、素子搭載基板５の応力の均衡が崩れるのを抑制することができ、ひいては、素子搭載基板５の反りを小さくすることができる。したがって、光電変換装置２は、素子搭載基板５の熱変形が抑制されることで、光電変換素子７の受光面８の反りが抑制され、光電変換素子７に対する集光部材９の位置ずれを低減することができ、集光効率を向上することができる。
【００３９】
また、枠体１０の延在部１０ｂ及び導電性部材１１の熱膨張係数が同一な場合は、素子搭載基板５の反りを抑制するという点で、延在部１０ｂと導電性部材１１の厚みを同一に、かつ、素子搭載基板５に接合されている延在部１０ｂと導電性部材１１の領域を同一に設定することが好ましい。光電変換素子７の受光面８の反りを抑制することができ、集光効率を向上することができる。
【００４０】
また、枠体１０の延在部１０ｂ及び導電性部材１１の熱膨張係数が異なる場合は、素子搭載基板５の反りを抑制するという点で、熱膨張係数の大きい方の厚みを、熱膨張係数の小さい方の厚みよりも薄くし、素子搭載基板５に対する応力が均衡となるように素子搭載基板５に延在部１０ｂ及び導電性部材１１を接合することによって素子搭載基板５の反りを抑制することができる。
【００４１】
また、光電変換装置２は、光電変換素子７の周辺部の熱を素子搭載基板５の内部に設けられたビア部の導電層６を経由して効率よく導電性部材１１に熱伝導し外部に放熱することができる。
【００４２】
＜光電変換装置及び光電変換モジュールの製造方法＞
ここで、図１に示す光電変換モジュール１及び図２に示す光電変換装置２の製造方法を説明する。
【００４３】
まず、素子搭載基板５を準備する。素子搭載基板５は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加し、混合して得られた混合物によってグリーンシートを成型する。また、金属ペーストは、タングステン又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加し、混合して作製する。また、素子搭載基板５は、図３に示すように、例えば、第１の素子搭載基板５ａ及び第２の素子搭載基板５ｂと２分割にして作製する。
【００４４】
グリーンシートの状態の素子搭載基板５ａは、光電変換素子７が搭載される領域に、例えば、スクリーン印刷法を用い、金属ペーストを印刷して、導電層６となるメタライズ層を形成する。同様にして、グリーンシートの状態の素子搭載基板５ａは、枠体１０と接合される領域に、メタライズ層を形成する。また、素子搭載基板５ｂと電気的な接続をするためのビア部に、例えば、スクリーン印刷法を用い、金属ペーストを充填して、導電層６となるメタライズ層を形成する。
【００４５】
また、グリーンシートの状態の素子搭載基板５ｂは、素子搭載基板５ａと電気的な接続をするために導電層６となるメタライズ層を、例えば、スクリーン印刷法を用い、金属ペーストを印刷して形成する。また、熱伝導性部材１１ａ及び熱伝導性部材１１ｂと当接する領域に、例えば、スクリーン印刷法を用い、金属ペーストを印刷して、導電層６となるメタライズ層を形成する。また、素子搭載基板５ｂの上面及び下面に形成されるメタライズ層と電気的な接続をするためにビア部に、例えば、スクリーン印刷法を用い、金属ペーストを充填して、導電層６となるメタライズ層を形成する。
【００４６】
さらに、焼結体の素子搭載基板５は、グリーンシート状態の素子搭載基板５ｂ上に、グリーンシート状態の素子搭載基板５ａを積層して、約１６００℃の温度で同時に焼成することにより、焼成後に、素子搭載基板５ａ及び素子搭載基板５ｂを一体化して作製する。
【００４７】
次に、枠体１０は、アルミニウムからなる金属板を素子搭載基板５の上方に延在する傾斜部１０ａ及び素子搭載基板５に接合する延在部１０ｂを有するように成型することで作製する。また、素子搭載基板の上方に延在する傾斜部１０ａ及び素子搭載基板５に接合する延在部１０ｂを有している金型にアルミニウムからなる金属材料を入れて金型成型することで作製してもよい。
【００４８】
そして、枠体１０は、例えば、Ａｕ−Ｃｕロウ材、半田、ガラス又は樹脂等を介して、素子搭載基板５の上面に形成されたメタライズ層と接合する。
【００４９】
また、第１の導電性部材１１ａ及び第２の導電性部材１１ｂは、例えば、Ａｕ−Ｃｕロウ材、半田、ガラス又は樹脂等を介して、素子搭載基板５に形成されたメタライズ層と接合する。
【００５０】
また、素子搭載基板５は、素子搭載基板５に露出しているメタライズ層に、電解メッキ又は無電解メッキ等のメッキ形成方法によって、ニッケルメッキ層を形成する。更に、ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成する。これによって、素子搭載基板５、枠体１０及び導電性部材１１で構成され、光電変換素子７及び集光部材９が未搭載の状態である光電変換素子収納用パッケージを作製する。
【００５１】
次に、素子搭載基板５は、枠体１０で取り囲まれる領域であって、素子搭載基板５の一主面上に形成された金メッキ層からなる導電層６上に、例えば、Ａｕ−Ｓｎ半田によって光電変換素子７を搭載し、光電変換素子７の下面電極と導電層６を電気的に接続する。また、光電変換素子７は、光電変換素子７の上面電極に対して、導電性ワイヤを介して、光電変換素子７の上面電極とビア部の金メッキ層からなる導電層６とを電気的に接続する。
【００５２】
集光部材９は、モールド成形技術によって作製する。具体的には、集光部材９の金型内に、ホウ珪酸ガラスを投入し、加熱、プレスして成形する。さらに、当該成形品を冷却して金型から成形品を取り出すことで、集光部材９を作製する。そして、集光部材９の側面の全周にわたって、例えば、蒸着法によって、クロムの金属層を形成する。
【００５３】
そして、集光部材９は、半田等を介して、枠体１０に接合する。なお、集光部材９は、集光部材９を枠体１０に接合した後、枠体１０を素子搭載基板５に接合してもよい。このようにして、光電変換装置２を作製する。
【００５４】
ここで、光電変換モジュール１の作製方法について説明する。複数個の光電変換装置２と、外部基板４を準備する。光電変換装置２は、外部基板４に絶縁層を介して固定される。なお、絶縁層としては、例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の熱伝導性の優れた樹脂、或いは、アルミナ又は窒化アルミニウム等のセラミック材料からなる。また、絶縁層は、光電変換装置２の導電性部材１１からの伝導する熱を放散する機能を備えている。
【００５５】
ここでは、二つの光電変換装置２の接続方法について説明する。
【００５６】
まず、図１１に示すように、一方の光電変換素子２と他方の光電変換装置２とが隣り合うように、例えば、絶縁層を介して、両者を外部基板４上に固定する。そして、配置した二つの光電変換装置２の素子搭載基板５に当接された導電性部材１１をそれぞれ延在して、互いに電気的に接続する。導電性部材１１を延在して、隣り合う光電変換装置２を互いに電気的に接続することができるので、光電変換モジュールを小型化することができる。また、導電性部材１１を延在して、互いの導電性部材１１を導電性ワイヤ等の接続部材を介して電気的に接続してもよい。同様にして、複数の光電変換装置２を外部基板４に配置して固定し、電気的に接続する。そして、外部基板４に配置した複数の光電変換装置２上に受光部材３を設けることで、光電変換モジュール１を作製することができる。
【００５７】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る光電変換装置のうち、本実施形態に係る光電変換装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００５８】
＜変形例１＞
本実施形態の変形例１に係る光電変換装置２では、本実施形態に係る光電変換装置２と比較して、枠体１０の延在部１０ｂの厚みが変更されたものになっている。
【００５９】
本実施形態によれば、枠体１０の延在部１０ｂは、図４に示すように、素子搭載基板５の素子搭載基板５の中央領域から周辺領域の全方位に向かって延在している。光電変換装置２は、枠体１０が素子搭載基板５との接合領域が広く設定されているので、光電変換素子７の周辺の熱を効率よく外部に放熱することができ、素子搭載基板５及び光電変換素子７の温度上昇を抑制することができる。結果として、光電変換装置２は、光電変換素子７の変換効率の低下を抑制することができる。
【００６０】
また、枠体１０の延在部１０ｂと素子搭載基板５とが接合している領域が広く設定され、図５に示すように、延在部１０ｂよりも導電性部材１１の厚みが厚く設定されているので、素子搭載基板５に対する応力が均衡となり、素子搭載基板５の反りを抑制することができる。導電性部材１１の厚み及び素子搭載基板５との接合する領域を調整することによって、素子搭載基板５の反りを抑制することができる。なお、延在部１０ｂ及び導電性部材１１のそれぞれの厚みは、延在部１０ｂよりも導電性部材１１の厚みが厚くなるように、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲でそれぞれに設定される。
【００６１】
また、素子搭載基板５に対する効力が均衡となるように、枠体１０の延在部１０ｂ又は導電性部材１１の厚み、又は、枠体１０の延在部１０ｂ又は導電性部材１１と素子搭載基板５と接合する領域を調整することによって、素子搭載基板５の反りを抑制することができる。
【００６２】
＜変形例２＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、枠体１０は、枠体１０の傾斜部１０ａ及び延在部１０ｂで構成されているが、これに限らない。図６に示すように、断面視したときに、枠体１０が、枠体１０の傾斜部１０ａと延在部１０ｂの間に光電変換素子７を取り囲むように光電変換素子７よりも高い位置で光電変換素子７の外方に向かって屈曲するとともに光電変換素子７に近接して設けられる屈曲部１０ｃを有する構成としてもよい。光電変換素子７の周辺の熱によって、素子搭載基板５と枠体１０の接合応力が高まってとしても、屈曲部１０ｃを有しているので、枠体１０の屈曲部１０ｃが撓むことによって、素子搭載基板５と枠体１０の延在部１０ｂの接合性の低下を抑制することができる。また、接合性の低下によって生じる枠体１０の変形による光電変換素子７への集光効率の低下を抑制することができる。
【００６３】
また、素子搭載基板５と延在部１０ｂとの接合応力が高まり、素子搭載基板５が反ったとしても、枠体１０の屈曲部１０ｃが撓むことによって、枠体１０の傾斜部１０ａの変形を抑制することができる。結果として、枠体１０の傾斜部１０ａの変形による光電変換素子７への集光効率の低下を抑制することができる。
【００６４】
また、光電変換装置２は、屈曲部１０ｃを有しているので、屈曲部１０ｃを経由して、光電変換素子７の周辺の熱を枠体１０へ熱伝導し効率よく外部に放熱することができる。
【００６５】
＜変形例３＞
また、図７のように、集光部材９から光電変換素子７へ光が入射する光入射部４０の領域の形状を光電変換素子７の受光面８の領域の形状と合わせる構成としてもよい。すなわち、平面透視したときに、光入射部４０の形状が、光電変換素子７の受光面８の形状に合わせて形成される。光入射部４０の形状が、光電変換素子７の受光面８の形状に合わせて形成されることによって、集光部材９から光入射部４０を通過して、光電変換素子７の受光面８へ照射される照射光の集光性を向上させることができる。例えば、光電変換素子７の受光面８が円形状で有れば、光入射部４０の形状は、円形状として一致させることが好ましく、また、光電変換素子７の受光面７が矩形状で有れば、光入射部４０の形状は、矩形状として一致させることが好ましい。
【００６６】
また、光電変換装置２は、光電変換素子７と枠体１０の屈曲部１０ｃとが接近して設けられており、屈曲部１０ｃを経由して、光電変換素子７の周辺の熱を枠体１０へ熱伝導して効率よく外部に放熱することができる。
【００６７】
また、光電変換素子７と導電層６とを電気的に接続している導電性ワイヤが、光電変換素子７の受光面８の外周に形成されている場合には、光電変換素子７への入射光が導電性ワイヤ部での光反射による光の損失を抑制することができ、集光効率を向上することができる。
【００６８】
＜変形例４＞
また、図８のように、素子搭載基板５に設けられた凹部３０の内部に光電変換素子７を搭載する構成としてもよい。光電変換素子７が素子搭載基板５の凹部３０に光電変換素子７が設けられているので、光電変換素子７は導電性部材１１との距離が短くなり、熱導電性部材１１への熱伝導性を向上することができ、枠体１０に伝導する熱量を低減することができる。結果として、光電変換素子７の周辺の熱が、枠体１０及び導電性部材１１に効率よく熱伝導し外部に放熱することができ、素子搭載基板５の温度上昇を抑制にすることができる。
【００６９】
また、この構成とすることにより、枠体１０が、屈曲部１０ｃを有する形状を不要とする構成とすることができるので、枠体１０の構造が簡素化され、製造プロセスを削減することができる。
【００７０】
＜変形例５＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、集光部材９が平板形状で構成されているが、これに限らない。図９に示すように、集光部材９が、角錐台形状を有し、光電変換素子９に近接する構成としてもよい。集光部材９が、光電変換素子９に近接して設けられるため、光電変換装置２は、集光部材９から光電変換素子７への集光効率を向上することができる。また、集光部材９の光電変換素子９と対向する下面部の領域が、平面透視したときに、光電変換素子７の受光面８の領域に合わせて形成されているので、集光部材９の下面部から光電変換素子７の受光面８へ照射される照射光の集光性を向上させることができる。
【００７１】
また、集光部材９は、断面視したときに、集光部材９の側面の傾斜角度を枠体１０の傾斜部１０ａに合わせて形成されているので、集光部材９と枠体１０を滑らかに接合することができる。
【００７２】
また、集光部材９に入射された光は、集光部材９で反射を繰り返しながら集光部材９の上面部から下面部へ進み、集光部材９の下面部から光電変換素子７の受光面８に入射される。集光部材９からの漏れ光は、集光部材９に接合された枠体１０の傾斜部１０ａで反射されるので、光電変換装置２は集光効率の低下を抑制することができる。
【００７３】
また、集光部材９は、枠体１０の形状に合わせて、例えば、枠体１０が、平面透視したときに、矩形状で有れば、矩形状の角錐台形状に、円形状で有れば、円形状の円錐台形状で構成される。また、集光部材９は、集光部材９の側面部で枠体１０の傾斜部１０ａと接合されているが、枠体１０の傾斜部１０ａは、集光部材９の上面部まで延在して集光部材９と接合してもよい。
【００７４】
＜変形例６＞
また、図１０のように、集光部材９が、角錐台形状を有し、光電変換素子９に近接して設け、枠体１０の傾斜部１０ａの一部と接合する構成としてもよい。集光部材９が、枠体１０の傾斜部１０ａの一部と接合されているので、枠体１０から集光部材９に対する圧縮応力を緩和することができる。光電変換装置２は、枠体１０から集光部材９への圧縮応力が低減され、集光部材９の屈折率の変化による光電変換素子７の受光面８への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光性を向上することができる。
【００７５】
また、集光部材９は、枠体１０の傾斜部１０ａと空隙を介して、枠体１０の傾斜部１０ａの一部と接合されているので、枠体１０からの熱伝導が低減される。光電変換装置２は、枠体１０からの熱による集光部材９の位置すれを抑制することができ、集光性を向上することができる。
【００７６】
また、集光部材９からの漏れ光は、集光部材９に接合された枠体１０の傾斜部１０ａで反射されるので、光電変換装置２は集光効率の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  光電変換モジュール
２  光電変換装置
３  受光部材
３ａ  フレーム部材
３ｂ  レンズ部材
４  外部基板
５  素子搭載基板
５ａ  第１の素子搭載基板
５ｂ  第２の素子搭載基板
６  導電層
７  光電変換素子
８  受光面
９  集光部材
１０  枠体
１０ａ  傾斜部
１０ｂ  延在部
１０ｃ  屈曲部
１１  導電性部材
１１ａ  第１の導電性部材
１１ｂ  第２の導電性部材
２０  空間
３０  凹部
４０  光入射部
【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】
2011151276.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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