專利名稱：發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多個(gè)近似球狀的半導(dǎo)體器件組合而成的發(fā)光或受光用模塊及其制造方法。該發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊可適用于太陽能電池板、照明面板、顯示器、半導(dǎo)體光催化劑等各種用途。
背景技術(shù)：
以往，研究了一種用于太陽能電池及半導(dǎo)體光催化劑的技術(shù)，它是在p型或n型半導(dǎo)體構(gòu)成的小直徑球狀半導(dǎo)體元件的表面部分，通過擴(kuò)散層，形成pn結(jié)，再將多個(gè)這樣的球狀半導(dǎo)體元件與公用電極并聯(lián)。
在美國專利第3998659號(hào)公報(bào)中揭示了以下技術(shù)，將許多球狀半導(dǎo)體的擴(kuò)散層與公用薄膜狀電極(正極)連接，同時(shí)將許多球狀半導(dǎo)體的n型芯部分與公用薄膜狀電極(負(fù)極)連接構(gòu)成太陽能電池。
在美國專利4021323號(hào)公報(bào)中揭示了一種太陽能變換器(半導(dǎo)體模塊)，它是將p型球狀半導(dǎo)體元件與n型球狀半導(dǎo)體元件排成一排配置，將這些半導(dǎo)體與公用薄膜狀電極連接，同時(shí)使這些半導(dǎo)體元件的擴(kuò)散層與公用電解液接觸，照射太陽光使電解液產(chǎn)生電解。
在美國專利第4582588號(hào)公報(bào)及美國專利第5469020號(hào)公報(bào)所示的采用球狀單元的模塊中，由于各球狀單元也是通過與片狀公用電極連接進(jìn)行安裝的，因此適合于將多個(gè)球狀單元并聯(lián)，而不適合于將多個(gè)球狀單元串聯(lián)。
另外，本發(fā)明的發(fā)明人在WO98/15983及WO99/10935號(hào)國際公開公報(bào)中提出了一種半導(dǎo)體器件，它是在p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體構(gòu)成的球狀半導(dǎo)體元件形成了擴(kuò)散層、pn結(jié)及一對(duì)電極的粒狀發(fā)光或受光用半導(dǎo)體器件。還提出一種半導(dǎo)體模塊，它是將多個(gè)這樣的半導(dǎo)體器件串聯(lián)，或者將多個(gè)這樣的串聯(lián)體并聯(lián)，形成能夠適用于太陽能電池、供給水的電解等使用的光催化劑裝置、各種發(fā)光器件及彩色顯示器等的半導(dǎo)體模塊。
在該半導(dǎo)體模塊中，若由于某一個(gè)串聯(lián)體的某一個(gè)半導(dǎo)體器件因故障而處于開路狀態(tài)，則包含該半導(dǎo)體元件的串聯(lián)電路中沒有電流流過，該串聯(lián)中剩下的正常的半導(dǎo)體器件也處于功能停止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生半導(dǎo)體模塊的輸出降低的現(xiàn)象。
再有，對(duì)于前述公報(bào)中本發(fā)明者提出的形成正負(fù)電極的球狀半導(dǎo)體器件，由于它容易翻轉(zhuǎn)，因此使用很麻煩，難以決定形成正負(fù)電極的位置，或者在組裝時(shí)也難以識(shí)別正負(fù)電極。
因此，本申請(qǐng)的發(fā)明人曾研究了在球狀半導(dǎo)體元件形成一對(duì)平坦面，并在這些平坦面上形成電極的技術(shù)。但是已經(jīng)證明，不僅電極形成用的步驟數(shù)增多，而且識(shí)別正負(fù)電極依然不容易，對(duì)于采用多個(gè)球狀半導(dǎo)體器件來批量生產(chǎn)半導(dǎo)體模塊也不太有利。
本發(fā)明的目的在于提供一種即使在本發(fā)明的某個(gè)器件出了故障、也能將輸出電壓和電流的降低減小到最低限度的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊及其制造方法，提供一種容易識(shí)別粒狀半導(dǎo)體器件的一對(duì)電極的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊及其制造方法，以及提供一種通過透光構(gòu)件的反射作用而在與入射點(diǎn)和發(fā)光點(diǎn)相隔離的位置處也能引導(dǎo)光線的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊及其制造方法。
發(fā)明的揭示本發(fā)明的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊具備以導(dǎo)電方向一致的多行多列配置的多個(gè)近似球狀的具有發(fā)光或受光功能的半導(dǎo)體器件，以及將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件串聯(lián)、同時(shí)又將各行的多個(gè)半導(dǎo)體器件并聯(lián)的導(dǎo)電連接構(gòu)件。
上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極。
本發(fā)明的另一發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊具備帶有發(fā)光或受光功能的多個(gè)近似球狀的半導(dǎo)體器件，以及將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件串聯(lián)、同時(shí)又將同一平面上排成環(huán)狀的多個(gè)半導(dǎo)體器件并聯(lián)的導(dǎo)電連接構(gòu)件；上述半導(dǎo)體器件以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)多列區(qū)分形成環(huán)狀多列配置。
上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極(權(quán)利要求5)。
本發(fā)明的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊的制造方法具備以下3個(gè)步驟，制作多個(gè)具有發(fā)光或受光功能的近似球狀的半導(dǎo)體器件的第1步驟，將多個(gè)半導(dǎo)體器件配置成多行多列的矩陣形、并使這些半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電方向與列方向一致、通過多條連接引線將各列的半導(dǎo)體器件串聯(lián)的同時(shí)又將多行半導(dǎo)體器件并聯(lián)的第2步驟，將包含上述多個(gè)半導(dǎo)體器件和多條連接引線的組裝體用透明的合成樹脂制透光構(gòu)件封裝的第3步驟；第1步驟中，上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極。
本發(fā)明的另一發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊的制造方法具備以下4個(gè)步驟，制作多個(gè)未形成電極的半導(dǎo)體器件的第1步驟，將多個(gè)未形成電極的半導(dǎo)體器件配置成多行多列的矩陣形、并使這些未形成電極的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電方向與列方向一致、通過在各未形成電極的半導(dǎo)體器件的平坦面和與此平坦面相反側(cè)的頂部涂布的導(dǎo)電糊和多條連接引線、將各列未形成電極的半導(dǎo)體器件串聯(lián)并將各行未形成電極的半導(dǎo)體器件并聯(lián)形成組裝體的第2步驟，對(duì)上述組裝體進(jìn)行規(guī)定的加熱處理、使涂布在各半導(dǎo)體器件上的導(dǎo)電糊硬化、形成與上述pn結(jié)的兩端通電連接的一對(duì)電極的第3步驟，以及將上述組裝體的大部分用透明的合成樹脂制透光構(gòu)件封裝的第4步驟；第1步驟中，上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)。
附圖的簡單說明圖1～圖38所示為本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1(a)及(b)為球狀半導(dǎo)體晶體及近似球狀的半導(dǎo)體晶體的剖面圖。圖2為形成了平坦面的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖3為形成了擴(kuò)散掩膜用薄膜的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖4為圖3的半導(dǎo)體元件、耐酸片狀物及耐酸蠟的剖面圖。圖5為剩下部分?jǐn)U散腌膜用薄膜的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖6為形成了擴(kuò)散層、pn結(jié)及防反射膜的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖7為在圖6的半導(dǎo)體元件上附著電極形成用鋁糊及銀糊的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖8為加熱處理圖7的半導(dǎo)體元件而形成的具有一對(duì)電極的半導(dǎo)體元件的剖面圖。
圖9為引線框架的平面圖。圖10為最下層的引線框架及糊狀物的剖面圖。圖11為中間的引線框架及糊狀物的剖面圖。圖12為將多個(gè)半導(dǎo)體器件與多個(gè)引線框架組合的組裝體的平面圖。圖13為前述組裝體的正面圖。圖14為形成透明合成樹脂制透光構(gòu)件后的3組半導(dǎo)體模塊和引線框架的平面圖。圖15為沿圖14的XV-XV線的剖面圖。圖16為半導(dǎo)體模塊的平面圖。圖17為半導(dǎo)體模的正面圖。圖18為半導(dǎo)體模塊的等效電路圖。
圖19為第2變形實(shí)施方式的形成透明合成樹脂制透光構(gòu)件后的1組半導(dǎo)體模塊及引線框架的平面圖。圖20為沿圖19的XX-XX線的剖面圖。圖21為第3變形實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的平面圖。圖22為沿圖21的XXII-XXII線的剖面圖。
圖23為第4變形實(shí)施方式的基片的平面圖。圖24為形成連接引線的基片的平面圖。圖25為安裝了半導(dǎo)體器件的基片的平面圖。圖26為將基片與半導(dǎo)體器件組裝在一起的組裝體的端面圖。圖27為基片、半導(dǎo)體器件與透光構(gòu)件等構(gòu)成的半導(dǎo)體模塊的端面圖。圖28為部分改變圖27的半導(dǎo)體模塊的半導(dǎo)體模塊的端面圖。圖29為與前述基片不同的其他基片的平面圖。圖30為圖29的基片的縱向剖面圖。
圖31為第5變形實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖32為在圖31的半導(dǎo)體元件上形成了硅成長層及pn結(jié)的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖33為在圖32的半導(dǎo)體元件上形成了防反射膜的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖34為在圖33的半導(dǎo)體元件上形成了正負(fù)電極的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖35為第6變形實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖36為在圖35的半導(dǎo)體元件上形成p型基板層的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖37為在圖36的半導(dǎo)體元件上形成n型發(fā)射極層的半導(dǎo)體元件的剖面圖。圖38為npn光電晶體管的剖面圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式下面根據(jù)


本發(fā)明的實(shí)施方式。
首先說明裝在半導(dǎo)體模塊內(nèi)的作為太陽能電池單元的半導(dǎo)體器件。
圖1-圖8所示為具有作為太陽能電池單元功能的受光用半導(dǎo)體器件10的制造方法。圖8為上述受光用半導(dǎo)體器件10的剖面圖。
如圖8所示，受光用半導(dǎo)體器件10具有除去了p型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體1a的一部分而形成了平坦面2的半導(dǎo)體元件1、n+型擴(kuò)散層3、通過該擴(kuò)散層3形成的近似球面狀的pn結(jié)4、由硅氧化膜形成的擴(kuò)散掩膜用薄膜5、一對(duì)電極6a及6b(正電極6a和負(fù)電極6b)和防反射膜7等。
半導(dǎo)體元件1是由電阻率為1Ωcm左右的p型硅單晶形成的，例如直徑1.5mm的圓球狀半導(dǎo)體晶體1a(參照?qǐng)D1(a))制成。但是，也可以采用圖1(b)所示的由硅單晶形成的直徑大致相同的近似球狀的半導(dǎo)體晶體1b來代替半導(dǎo)體晶體1a。
如圖2所示，在夾住半導(dǎo)體元件1的中心的相對(duì)的一對(duì)頂部中的一個(gè)頂部，形成直徑為0.7～0.9mm的平坦面2。將多個(gè)同種半導(dǎo)體元件1的高度統(tǒng)一為1.3～1.35mm左右的高度。這是為了后述的在半導(dǎo)體模塊20中容易裝配。
n+型擴(kuò)散層3在除了平坦面2以外的大部分半導(dǎo)體元件1的表層部分形成，在平坦面2及其外周附近形成擴(kuò)散掩膜用薄膜5(例如厚度為0.6～0.7μm)。在平坦面2及其外周附近不形成擴(kuò)散層3。該擴(kuò)散層3是擴(kuò)散作為n型摻雜雜質(zhì)的磷而形成的厚度為0.4～0.5μm的n+型擴(kuò)散層。在半導(dǎo)體元件1上，通過該擴(kuò)散層3形成近似球面狀的pn結(jié)4(準(zhǔn)確來說是pn+結(jié))。在半導(dǎo)體元件1的平坦面2上，貫穿擴(kuò)散掩膜用薄膜5，形成與半導(dǎo)體元件1的p型硅單晶通電連接的正電極6a。在半導(dǎo)體元件1中，在夾住其中心與正電極6a相反側(cè)的頂部，貫穿防反射膜7，形成與n型擴(kuò)散層3通電連接的負(fù)電極6b。另外，所述正電極6b是使鋁糊附著燒結(jié)而成，負(fù)電極6b是使銀糊附著燒結(jié)而成。防反射膜7是由含磷的硅氧化膜(例如厚度為0.6～0.7μm)形成，使得形成的該防反射膜7覆蓋擴(kuò)散掩膜用薄膜5以外的半導(dǎo)體元件1的整個(gè)表面，與擴(kuò)散掩膜薄膜5共同作用，覆蓋半導(dǎo)體元件1的幾乎整個(gè)表面。另外，根據(jù)下面說明的半導(dǎo)體器件10的制造方法的敘述，將更加清楚半導(dǎo)體器件10的結(jié)構(gòu)。
在該半導(dǎo)體器件10中，近似球面狀的pn結(jié)4具有光電變換功能，受到太陽光照射后進(jìn)行光電變換，在正電極6a與負(fù)電極6b之間最大產(chǎn)生約0.6伏的電動(dòng)勢。在該半導(dǎo)體器件10中，由于具有近似球面狀的pn結(jié)4，在平坦面2形成正電極6a，在正電極6a的相反側(cè)的位置形成與擴(kuò)散層4的中心對(duì)應(yīng)的位置連接的負(fù)電極6b，因此除了連接兩電極6a與6b的方向之外，對(duì)于從所有方向入射的光，也都具有同樣的光靈敏度。
由于形成平坦面2，在平坦面2形成正電極6a，在與平坦面2的相反側(cè)的頂部形成負(fù)電極6b，因此半導(dǎo)體器件10難以翻轉(zhuǎn)，在用真空夾吸附時(shí)，能夠吸附平坦面2，容易使多個(gè)半導(dǎo)體元件1的方向?qū)R排列，使用方便。另外，用傳感器或通過目視也能夠容易判斷正電極6a及負(fù)電極6b，在將多個(gè)半導(dǎo)體器件10裝配成半導(dǎo)體模塊時(shí)，能夠提高作業(yè)效率。再有，為了形成負(fù)電極6b，由于不需要形成平坦面，因此能夠減少電極形成的步驟，在減少半導(dǎo)體元件1的制造費(fèi)用上也是有利的。
下面參照?qǐng)D1～圖8說明制造前述半導(dǎo)體器件10的方法。首先，如圖1(a)所示，制造許多直徑1.5mm、由電阻率1Ωm左右的p型硅單形成的球狀或近似球狀的半導(dǎo)體晶體1a。這樣的球狀半導(dǎo)體晶體1a可以利用本發(fā)明人已經(jīng)在日本專利公開公報(bào)平10-33969號(hào)或國際公開公報(bào)WO98/15983號(hào)公報(bào)中提出的方法制造。在該方法中，采用落下管，使作為原料的硅粒在落下管的上端側(cè)內(nèi)部以懸浮狀態(tài)熔融之后，一面使其自由落體，一面利用表面張力的作用使其保持圓球狀并凝固，這樣制成近似圓球狀的硅單晶球體。另外，在制造前述半導(dǎo)體晶體1a時(shí)，常常由于凝固時(shí)收縮等主要原因，在半導(dǎo)體晶體1a上產(chǎn)生微小的凸起和凹下的部分。另外，也可以不采用前述的落下管的無重力方式，而是利用機(jī)械化學(xué)研磨方式制造球狀或近似球狀的半導(dǎo)體晶體。
這里，也可以采用具有圖1(b)所示凸起部分1c的多個(gè)半導(dǎo)體晶體1b來代替前述多個(gè)半導(dǎo)體晶體1a。這樣的半導(dǎo)體晶體1b雖具有與半導(dǎo)體晶體1a相同的直徑及電阻率，但在制造該半導(dǎo)體晶體1b時(shí)，一面將硅粉末燃燒形成微細(xì)粉末，一面與高速流動(dòng)的單硅烷/氫的混合氣體一起送入流化床反應(yīng)爐內(nèi)，加熱至600～700℃，將單硅烷分解，通過這樣能夠制成大量近似球體的硅單晶半導(dǎo)體晶體1b。
然后，如圖2所示，將半導(dǎo)體晶體1a(或半導(dǎo)體晶體1b)的表面的一部分利用機(jī)械化學(xué)研磨法進(jìn)行平面加工，形成直徑0.7～0.9mm左右的平坦面2，制成圖2所示的半導(dǎo)體元件1。這時(shí)，在半導(dǎo)體晶體1b那樣表面有凸起部分1c時(shí)，除去該凸起部分1c后形成平坦面2。在半導(dǎo)體晶體1a的表面上具有外部形狀雜亂的凸起或凹下部分時(shí)，除去該凸起或凹下部分后形成平坦面2，成為高H為1.3～1.35mm的半導(dǎo)體元件1。在形成前述平坦面2時(shí)，是將多個(gè)半導(dǎo)體晶體1a(或半導(dǎo)體晶體1b)用蠟或合成樹脂固定在玻璃板上，在這樣的狀態(tài)下進(jìn)行研磨加工。而且，是對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體晶體1a進(jìn)行研磨加工，使得多個(gè)半導(dǎo)體元件1的高度H達(dá)到例如1.3～1.35mm左右的相等的高度。
通過形成前述平坦面2，由于能夠除去半導(dǎo)體晶體1a及1b的表面使質(zhì)量不穩(wěn)定的部分，除此之外還能夠使多個(gè)半導(dǎo)體元件1的高度H一致，因此有利于后述的半導(dǎo)體模塊20的制造。
然后，如圖3所示，利用加熱氧化法，在半導(dǎo)體元件1的整個(gè)表面形成由硅氧化膜構(gòu)成的擴(kuò)散掩膜用薄膜5(例如膜厚為0.6～0.7μm)。
然后，如圖4所示，在耐酸片8上覆蓋耐酸蠟9，加熱使蠟處于熔融狀態(tài)下，將多個(gè)半導(dǎo)體元件1的平坦面2與耐酸片8貼緊，以這樣的狀態(tài)使其接觸并粘結(jié)固定。然后，將前述耐酸片8、蠟9及多個(gè)半導(dǎo)體元件1浸入氫氟酸(HF)與氟化銨(NH4F)混合而成的腐蝕液，利用腐蝕除去未被耐酸蠟9覆蓋的擴(kuò)散掩膜用薄膜5，然后溶解除去蠟9，能夠得到圖5所示的半導(dǎo)體元件1。在該半導(dǎo)體元件1上，僅僅在半導(dǎo)體元件1的平坦面2及其外周附近殘留擴(kuò)散掩膜用薄膜5。
然后，如圖6所示，在用擴(kuò)散掩膜用薄膜5遮住平坦面2及其外周附近的狀態(tài)下，利用眾所周知的方法，在半導(dǎo)體元件1的表面擴(kuò)散作為n型摻雜雜質(zhì)的磷(P)，形成n+型擴(kuò)散層3(深度為0.4～0.5μm)，形成距離半導(dǎo)體元件1的表面深度為0.4～0.5μm左右的近似球面狀的pn結(jié)4。
在擴(kuò)散磷時(shí)，pn結(jié)4的端部邊緣向擴(kuò)散掩膜用薄膜5的下面擴(kuò)散，保護(hù)伸入的表面，在未殘留擴(kuò)散掩膜用薄膜5的表面，由于形成含磷的氧化硅薄膜(例如膜厚為0.4μm左右)，因此將該硅氧化膜照原樣保護(hù)下來作為防反射膜7。因此，能夠省略形成防反射膜7的步驟，這一點(diǎn)是有利的。另外，也可以在前述硅氧化膜的表面，利用CVD法淀積二氧化硅，通過這樣將防反射膜的厚度調(diào)整為最佳值。這樣一來形成的狀態(tài)是，半導(dǎo)體元件1的平坦面2及其外周附近用SiO2形成的擴(kuò)散掩膜用薄膜5覆蓋，而剩下的表面部分用含磷的SiO2形成的防反射膜7覆蓋。這樣，由于形成了防反射膜7，因此能夠抑制光的反射，提高光的輸入量。
然后，如圖7所示，在平坦面2的擴(kuò)散掩膜用薄膜5的表面涂布鋁糊6A(例如直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)，同時(shí)在夾住半導(dǎo)體元件1的中心并與平坦面2相對(duì)的相反側(cè)頂部涂布銀糊6B(例如直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)，加熱至約150℃使其干燥。然后，如前所述，將設(shè)置了鋁糊6A及銀糊6B的多個(gè)半導(dǎo)體元件1放在電爐內(nèi)的氮?dú)鈿夥罩?，以約800～850℃的溫度加熱燒結(jié)約30分鐘。于是，如圖8所示，鋁糊6A形成貫穿擴(kuò)散掩膜用薄膜5、與p型硅單晶以低電阻接觸的正電極6a，銀糊6B形成貫穿防反射膜7、與擴(kuò)散層3以低電阻接觸的負(fù)電極6b，正電極6a與負(fù)電極6b位于夾住半導(dǎo)體元件1的中心并近似對(duì)稱的位置。這樣一來，制得了適合作為太陽能電池單元(受光用器件)的球狀近似球狀的受光用半導(dǎo)體器件10。
在前述糊狀物涂布時(shí)，由于鋁糊6A只要涂布在平坦面2即可，因此不會(huì)搞錯(cuò)涂布位置，同時(shí)由于只要將銀糊6B涂布在與鋁糊6A的相反側(cè)的頂部即可，因此也不會(huì)搞錯(cuò)涂布位置。
該球面受光型半導(dǎo)體器件10，如國際公開公報(bào)WO98/15983號(hào)公報(bào)的圖20～圖27所示，可以單獨(dú)放入玻璃封裝或合成樹脂封裝內(nèi)，或者將多個(gè)串聯(lián)作為陣列，放入玻璃封裝或合成樹脂封裝內(nèi)，能夠與外部電路連接，用作幾乎沒有方向性(能夠接受來自所有方向的光)的受光器件。
另外，也可以將該半導(dǎo)體器件10配置成多行多列的矩陣列，將各列的多個(gè)半導(dǎo)體元件1串聯(lián)，同時(shí)將各行的多個(gè)半導(dǎo)體元件1并聯(lián)，將它們埋入透明的合成樹脂內(nèi)，形成有撓性的片狀受光用半導(dǎo)體模塊，也可以與此相同，形成圓筒片狀或圓柱狀的受光用半導(dǎo)體模塊。另外，作為將多個(gè)半導(dǎo)體元件1通電連接的結(jié)構(gòu)，也可以采用用導(dǎo)電性環(huán)氧樹脂等連接的結(jié)構(gòu)。
在上述電極形成時(shí)，是在擴(kuò)散掩膜用薄膜5的表面涂布鋁糊6A，同時(shí)在防反射膜7的表面涂布銀糊6B，然后通過加熱燒結(jié)，形成與p型半導(dǎo)體連接的正電極6a及與擴(kuò)散層3連接的負(fù)電極6b，因此能夠簡化電極形成用的步驟。而且，由于有效采用擴(kuò)散層3形成時(shí)所成的硅氧化膜作為防反射膜7，因此能夠進(jìn)一步減少制造半導(dǎo)體器件10的步驟數(shù)，降低制造費(fèi)用。
下面說明采用上述制成的作為太陽能電池單元的半導(dǎo)體器件10來制成的適合大量生產(chǎn)、廉價(jià)的樹脂澆注型受光用半導(dǎo)體模塊20(太陽能電池模塊)的結(jié)構(gòu)及制造方法。首先，參照?qǐng)D16及圖17說明其結(jié)構(gòu)。該受光用半導(dǎo)體模塊20實(shí)際上是以配置成多行多列的矩陣形的半導(dǎo)體器件為主體而構(gòu)成的，但為了使說明簡單起見，以采用例如5行5列共25個(gè)半導(dǎo)體器件10的受光用半導(dǎo)體模塊為例進(jìn)行說明。該受光用半導(dǎo)體模塊20具有25個(gè)半導(dǎo)體器件10、將25個(gè)半導(dǎo)體器件10進(jìn)行通電連接用的由6條連接引線21～26構(gòu)成的導(dǎo)電連接構(gòu)件27、透光構(gòu)件28、正極端29a及負(fù)極端29b。
25個(gè)粒狀半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)配置成5行5列，利用導(dǎo)電連接構(gòu)件27，將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件10串聯(lián)，同時(shí)將各行的多個(gè)半導(dǎo)體器件10并聯(lián)。導(dǎo)電連接構(gòu)件27由6條金屬制連接引線21～26構(gòu)成。6條連接引線21～26由與最下一行的半導(dǎo)體器件21的下面一側(cè)的正電極6a連接的連接引線21、裝在各行半導(dǎo)體器件10與其上面一側(cè)相鄰的一行半導(dǎo)體器件10之間的連接引線22～25、以及與最上一行的半導(dǎo)體器件10的上面一側(cè)的負(fù)電極6b連接的連接引線26構(gòu)成。各連接引線22～25與其下側(cè)的半導(dǎo)體器件10的負(fù)電極6b及其上側(cè)的半導(dǎo)體器件10的正電極6a連接。這樣一來，各列半導(dǎo)體器件10利用連接引線22～25串聯(lián)，各行半導(dǎo)體器件10利用連接引線21～26串聯(lián)。
25個(gè)半導(dǎo)體器件10及導(dǎo)電連接構(gòu)件27處于埋入丙烯酸樹脂或聚碳酸酯等透明合成樹脂構(gòu)成的透光構(gòu)件28內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行封裝，對(duì)于透光構(gòu)件28，形成對(duì)各列半導(dǎo)體器件10從兩側(cè)引入外來光的部分圓柱透鏡部分28a。該太陽能電池板的受光用半導(dǎo)體模塊20的等效電路如圖18所示。
在該受光用半導(dǎo)體模塊20中，由于采用埋入透明合成樹脂形成的透明構(gòu)件28內(nèi)的結(jié)構(gòu)，因此25個(gè)半導(dǎo)體器件10與連接引線21～26進(jìn)行了牢固的封裝，其強(qiáng)度及耐久性都很優(yōu)異。透光構(gòu)件28的部分圓柱透鏡部分28a是為了對(duì)各列半導(dǎo)體器件10高效引入外來光用的，與將半導(dǎo)體模塊20的面形成為平面的情況相比，具有很寬的方向性，采光性及聚光性優(yōu)異。而且，由于透光構(gòu)件28的光的折射率大于1.0，因此進(jìn)入透光構(gòu)件28的光在部分圓柱透鏡部分28a的表面重復(fù)反射，容易被半導(dǎo)體器件10吸收。特別是由于丙烯酸或聚碳酸酯等透明合成樹脂或玻璃等折射率大于空氣的折射率，因此從外部入射的光，在透光構(gòu)件28內(nèi)由于漫反射而擴(kuò)散，形成大范圍分散。由于裝在透光構(gòu)件28內(nèi)的半導(dǎo)體器件10能夠吸收所有方向的光，因此與以往的單側(cè)平面結(jié)構(gòu)的太陽能電池板相比，光利用效率高，能產(chǎn)生大的光電勢。
在該光導(dǎo)體模塊20中，由于有前述導(dǎo)電連接構(gòu)件27，因此即使在因某一個(gè)半導(dǎo)體器件10產(chǎn)生故障或天陰而引起功能降低或功能停止的情況下，也僅僅是這些半導(dǎo)體器件10引起光電勢降低或停止，而正常的半導(dǎo)體器件10的輸出通過處于并聯(lián)關(guān)系的其他半導(dǎo)體器件10而分流輸出，所以因一部分半導(dǎo)體器件10的故障或功能下降基本上不會(huì)產(chǎn)生不良影響，能夠形成可靠性及耐久性優(yōu)異的受光用半導(dǎo)體模塊20。而且，能夠通過簡單結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電連接構(gòu)件27，將多個(gè)半導(dǎo)體模塊20串聯(lián)及并聯(lián)。
下面參照?qǐng)D9～圖15說明制造上述受光用半導(dǎo)體模塊20(太陽能電池模塊)的方法。
首先，制成前述的多個(gè)半導(dǎo)體器件10，與此同時(shí)，制成如圖9所示的平板狀引線框架21A～26A，它是利用金屬模具將在鐵鎳合金(Fe56％、Ni42％)的薄板(厚度為0.3mm左右)表面鍍以厚度為3μm左右的銀或鎳而得的材料沖孔，制成具有4個(gè)開口部分30a及30b的引線框架。在引線框21A上，形成與4mm左右寬度的外框部分相互平行的0.5mm寬的3條連接引線21。其他的引線框架22A～26A也同樣。
然后，如圖9～圖13所示，在各引線框架21A～25A的連接引線21～25的上表面5個(gè)部位，涂布鋁糊32(直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)，在引線框架22A～26A的連接引線22～26的下表面5個(gè)部位，涂布銀糊33(直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)。然后，在引線框架21A的連接引線21的鋁糊31上放置半導(dǎo)體器件10，將正電極6a朝下。再在第1層的15個(gè)半導(dǎo)體器件10的上面放置引線框架22A，使15個(gè)負(fù)電極6b與連接引線22的銀糊33接觸。接下來與前述相同，依次放置引線框架23A～26A及半導(dǎo)體器件10，用這些引線框架21A～26A，將25個(gè)×3的半導(dǎo)體器件10配置成圖13所示的3組5行5列的矩陣狀，制成組裝體30。最后，在最上層的引線框架26A的上面放置規(guī)定的重物，在這樣的狀態(tài)下，放入加熱爐內(nèi)，以160～180℃的溫度加熱，使鋁糊32及銀糊33固化。
這樣形成的狀態(tài)是，通過6片引線框架21A～26A，各組(各模塊)的25個(gè)半導(dǎo)體器件10通電連接，3組共計(jì)75個(gè)半導(dǎo)體器件10有規(guī)則地放置在6片引線框架21A～26A的連接引線21～26之間，在各模塊的25個(gè)半導(dǎo)體器件10中，各列的半導(dǎo)體器件10利用連接引線21～26串聯(lián)，同時(shí)各行的半導(dǎo)體器件10利用連接引線21～26并聯(lián)。
然后，如圖14～圖15所示，將75個(gè)半導(dǎo)體器件10與6片引線框架21A～26A的組裝體30放入成形金屬模具(圖示省略)，用透明合成樹脂(例如丙烯酸樹脂或聚碳酸酯等)如圖所示澆注成形，在各透光構(gòu)件28內(nèi)埋入各組的5行5列半導(dǎo)體器件10及與其對(duì)應(yīng)的連接引線21～26，用透光構(gòu)件28進(jìn)行封裝。這樣，作為太陽能電池板的3組受光用半導(dǎo)體模塊20同時(shí)成形。在透光構(gòu)件28中，對(duì)各列半導(dǎo)體器件10形成將從兩側(cè)來的外來光集中的部分圓筒透鏡28a。另外，連接引線21～26的兩端部向透光構(gòu)件28的外部突出。
最后，將3組受光用半導(dǎo)體模塊20與6片引線框架21A～26A的外框切斷，得到圖16及圖17所示的受光用半導(dǎo)體模塊20。
(第1變形實(shí)施方式)在前述實(shí)施方式中，說明的是在各半導(dǎo)體器件10形成正電極6a及負(fù)電極6b之后進(jìn)行組裝體30的組裝的例子。也可以如下所述，在將組裝體30進(jìn)行組裝時(shí)形成正電極6a及負(fù)電極6b。
即，在各引線框架21A～25A的連接引線21～25的上表面5個(gè)部位，如圖10所示，涂布鋁糊(直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)，在該各鋁糊上，使未形成電極的半導(dǎo)體器件10的平坦面進(jìn)行面接觸，在該狀態(tài)下，將各引框架21A～25A及其上的15個(gè)半導(dǎo)體器件10在加熱爐內(nèi)以150℃加熱，使鋁糊固化，使半導(dǎo)體器件10與連接引線21～25固定。
然后，對(duì)固定在各引線框架21A～25A的15個(gè)半導(dǎo)體器件10的頂部(夾住半導(dǎo)體器件10的中心并與平坦面2相對(duì)的頂部)涂布銀糊(直徑為0.5mm，厚度為0.2～0.3mm)，以引線框架22A～26A的外形的兩邊為基準(zhǔn)在各引線框架21A～25A的15個(gè)半導(dǎo)體器件10的上面放置分別對(duì)應(yīng)的各引線框架22A～26A(在上表面?zhèn)裙潭ㄓ邪雽?dǎo)體器件10的引線框架21A～25A及未固定有半導(dǎo)體器件10的引線框架26A)。使連接引線22～26與銀糊接觸，組裝成圖13所示的組裝體30，將該組裝體30在加熱爐內(nèi)以150℃加熱，使銀糊固化，使半導(dǎo)體器件10與連接引線22～26固定。
然后，將組裝體30放在加熱爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥罩幸?00～850℃的溫度加熱約30分鐘。利用該加熱，使各半導(dǎo)體器件10的擴(kuò)散掩膜用薄膜因熱而破壞，鋁糊形成與p型硅半導(dǎo)體連接的狀態(tài)，鋁糊形成正電極6a。同時(shí)，各半導(dǎo)體器件10的防反射膜7因熱而破壞，銀糊以與n型擴(kuò)散層3連接的狀態(tài)形成負(fù)電極6b。這樣，完成圖13所示的組裝體30。利用該方法，由于能夠省略在各半導(dǎo)體器件10上形成正負(fù)電極6a及6b的步驟，能夠與組裝體30的組裝同時(shí)形成電極6a及6b，因此在降低半導(dǎo)體模塊20的制造費(fèi)用上是有利的。
(第2變形實(shí)施方式)(參照?qǐng)D19及圖20)在前述實(shí)施方式中，是將組裝體30放入成形金屬模具內(nèi)，注入透明合成樹脂，形成3組半導(dǎo)體模塊20，然后將各半導(dǎo)體模塊20與外框31切斷。但是，不一定必須如前所述形成3組半導(dǎo)體模塊，也可以如圖19及圖20所示，將25個(gè)×3的半導(dǎo)體器件10及連接引線21～26放入具有立方體形狀的成形腔的成形金屬模具內(nèi)，注入透明合成樹脂后固化，形成在近似立方體形狀的透光構(gòu)件28A內(nèi)三維配置75個(gè)半導(dǎo)體器件10的立方體形狀半導(dǎo)體模塊20A。另外，在該立方體形狀的半導(dǎo)體模塊20A的外表面，最好形成與前述部分圓柱透鏡28a相同的部分圓柱透鏡28a。在該半導(dǎo)體模塊20A中，為了說明簡化起見，是以將半導(dǎo)體器件10排列成5行5列矩陣狀的情況為例進(jìn)行說明的，但也有的情況是將半導(dǎo)體器件10排列成多行多列的矩陣狀，再將它形成立方體形狀的半導(dǎo)體模塊20A。
在該立方體形狀的半導(dǎo)體模塊20A中，由于在透光構(gòu)件28A內(nèi)三維排列多個(gè)半導(dǎo)體器件，因此接受來自三維的所有方向的光進(jìn)行光電變換。而且，由于該多個(gè)半導(dǎo)體器件10具有較大的受光表面積，因此與前述半導(dǎo)體模塊20相比，具有較大的受光能力。入射至透光構(gòu)件28A內(nèi)的一部分光直接到達(dá)半導(dǎo)體器件10，剩下的光經(jīng)過重復(fù)漫反射及散射后到達(dá)半導(dǎo)體器件10。因此，與以往的太陽能電池板相比，能夠更進(jìn)一步提高光利用率。另外，也可以將該立方體形狀的半導(dǎo)體模塊20A形成片狀，在透明的撓性透光構(gòu)件內(nèi)放置多層，實(shí)現(xiàn)裝入了半導(dǎo)體器件10的半導(dǎo)體模塊。
(第3變形實(shí)施方式)(參照?qǐng)D21及圖22)下面說明利用半導(dǎo)體器件10的具有受光功能的半導(dǎo)體模塊的變形實(shí)施方式。如圖21及圖22所示，該半導(dǎo)體模塊包括具有受光后進(jìn)行光電變換功能的80個(gè)(16個(gè)×5)半導(dǎo)體器件10、包含金屬制6個(gè)環(huán)形引線框架41～46的導(dǎo)電構(gòu)件50以及透光構(gòu)件。這里，半導(dǎo)體器件10是與半導(dǎo)體模塊20中的半導(dǎo)體器件10相同的器件。
環(huán)形引線框架41～46是分別將內(nèi)側(cè)連接引線41a～46a與外側(cè)連接引線41b～46b形成一體，外側(cè)連接引線41b～46b形成向半徑方向外側(cè)凸出的4個(gè)外部引線41c～46c。40個(gè)半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)分成8列，沿圓周方向相距等間隔與內(nèi)側(cè)連接引線41a～46a(寬度為0.8mm)連接，剩下的40個(gè)半導(dǎo)體器件10以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)分成8列，沿圓周方向相距等間隔與外側(cè)連接引線41b～46b(寬度為0.8mm)連接。
導(dǎo)電連接構(gòu)件50具有最下層的環(huán)形引線框架41，中間層的環(huán)形引線框架42～45、以及最上層的環(huán)形引線框架46。環(huán)形引線框架41～46與前述實(shí)施方式的引線框架(21～26)是相同的材料及相同的板厚。最下層的環(huán)形引線框架41的外部引線41c作為正極端47a，另外最上層的環(huán)形引線框架46的外部引線46c作為負(fù)極端47b。
與前述半導(dǎo)體模塊20相同，各環(huán)形引線框架41～45與其上側(cè)的半導(dǎo)體器件10的正電極6a利用鋁糊連接。同時(shí)各環(huán)形引線框架42～46與其下側(cè)的半導(dǎo)體器件10的負(fù)電極6b利用銀糊連接。這樣，導(dǎo)電連接構(gòu)件50將各列5個(gè)半導(dǎo)體器件10串聯(lián)，同時(shí)將各層的16個(gè)半導(dǎo)體器件10并聯(lián)。
將前述6片環(huán)形引線框架41～46與80個(gè)半導(dǎo)體器件10組裝形成的組裝體51埋入圓柱形透光構(gòu)件48。這里，外部引線41c～46c的外端部凸出在外部。透光構(gòu)件48由丙烯或聚碳酸酯等透明合成樹脂構(gòu)成。在透光構(gòu)件48的下端面及上端面的中間部分形成提高光線引入率用的圓錐形凹下部分48a及48b。在透光構(gòu)件48的下端外周部分及上端外周部分形成提高光線引入率用的部分圓錐形倒角49a及49b。
下面說明制造該半導(dǎo)體模塊40的方法。
首先，制備環(huán)形引線框架41～46及80個(gè)半導(dǎo)體器件10。然后，與制成半導(dǎo)體模塊20的情況基體相同，將環(huán)形引線框架41～46、80個(gè)半導(dǎo)體器件10、鋁糊及銀糊等進(jìn)行組裝，通過這樣完成組裝體51。
然后，將組裝體51放入加熱爐，在氮?dú)鈿夥罩幸?00～850℃的溫度加熱約30分鐘，使鋁糊及銀糊固化。然后，將組裝體60放入金屬模具內(nèi)，向金屬模具內(nèi)注入熔融狀態(tài)的透明合成樹脂(例如，丙烯酸樹脂或聚碳酸酯等)使其固化，得到半導(dǎo)體模塊40。
另外，在制造該半導(dǎo)體模塊40時(shí)，也可以與第1變形實(shí)施方式相同，在用未形成電極的半導(dǎo)體器件10組裝成組裝體51的同時(shí)或組裝之后形成正負(fù)電極6a及6b。
根據(jù)該半導(dǎo)體模塊40，由于其整個(gè)模塊形成圓柱形，因此即使外來光在從整個(gè)圓周360度的任何方向入射時(shí)，也確實(shí)能夠引入透光構(gòu)件48內(nèi)，從半導(dǎo)體模塊40的上方或下方來外來光也確實(shí)能夠引入透光構(gòu)件48內(nèi)。引入透光構(gòu)件48內(nèi)的光經(jīng)漫反射而擴(kuò)散并到達(dá)半導(dǎo)體器件10后進(jìn)行光電變換，在正極端47a與負(fù)極端47b之間產(chǎn)生約3.0伏左右的電動(dòng)勢。
(第4變形實(shí)施方式)(參照?qǐng)D23～圖29)下面對(duì)于受光用半導(dǎo)體模塊的變形實(shí)施方式綜合說明其制造方法及結(jié)構(gòu)。首先，制成圖23所示的基片60。該基片60是透明合成樹脂(例如，丙烯酸或聚碳酸酯)制的厚度為0.4～0.6mm、規(guī)定尺寸(例如，200mm×200mm)的平面形透明片狀體。為了安裝與前述圖8的半導(dǎo)體器件10相同的半導(dǎo)體器件10，形成例如1.5mm×1.5mm大小的正方形小孔61，排列成多行多列的矩陣狀，在小孔列與小孔列之間形成寬度為0.8～1.0mm的縱向框架62，在小孔行與小孔行之間形成寬度為0.4～0.6mm的連接引線形成部分63。該小孔61形成的大小及形狀最好為使得半導(dǎo)體器件10的正負(fù)電極6a與6b之間的中間赤道部分的多個(gè)點(diǎn)輕輕點(diǎn)接觸并嵌入。小孔的形狀不限定于正方形，可以采用各種形狀。
該基片60可以利用精密成形金屬模具通過注射成形等制成，或者也可以對(duì)片狀或薄膜狀的基片材料在加上規(guī)定的掩膜的狀態(tài)下，利用準(zhǔn)分子激光等激光束進(jìn)行打孔加工而制成，也可以用其他的方法制成。
然后，如圖24所示，對(duì)于多個(gè)連接引線形成部分63的至少一面及面向小孔61的部分，形成透明導(dǎo)電性合成樹脂或金屬制的導(dǎo)電膜64a(例如厚度為10～30μm)作為連接引線64。在基片60的列方向一端側(cè)與另一端側(cè)的外部導(dǎo)線連接部分65，形成導(dǎo)電性合成樹脂或金屬制的導(dǎo)電膜66a(例如厚度為10～30μm)，在面向小孔61的部分也形成導(dǎo)電膜66a作為連接引線66。另外，在形成金屬制的導(dǎo)電膜64a及66a時(shí)，也可以用鍍鎳膜形成。另外，在制成前述基片60之前或同時(shí)制成多個(gè)與圖8所示器件相同的半導(dǎo)體器件10。
然后，如圖25及圖26所示，將基片60設(shè)置在適當(dāng)?shù)乃脚_(tái)板上，處于約懸浮0.5mm左右的狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下將半導(dǎo)體器件10分別裝在多個(gè)小孔61的位置。在這種情況下，對(duì)半導(dǎo)體器件10的正電極6a及負(fù)電極6b涂布導(dǎo)電性粘結(jié)劑或?qū)щ娦院隣钗?鋁糊、銀糊或金糊等)，使全部半導(dǎo)體器件10的導(dǎo)電方向一致，而且正負(fù)電極6a及6b與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電膜64a及66a面接觸，在這樣的狀態(tài)下將半導(dǎo)體器件10安裝在小孔61中，使半導(dǎo)體器件10向基片60兩面的表面外近似相等地凸出。然后，根據(jù)需要，也可以對(duì)電極6a及6b處的導(dǎo)電性粘結(jié)劑或?qū)щ娦院隣钗镎丈浼す?，使其固化?br> 這樣，構(gòu)成了由多個(gè)連接引線64及66、以及將半導(dǎo)體器件10的電極6a及6b與連接引線連接的導(dǎo)電糊狀物等形成的導(dǎo)電連接構(gòu)件，利用該導(dǎo)電連接構(gòu)件形成的狀態(tài)是，將各列半導(dǎo)體器件10串聯(lián)，同時(shí)將各行半導(dǎo)體器件10并聯(lián)。
然后，如圖27所示，如前所述將基片60與多個(gè)半導(dǎo)體器件10組裝形成的組裝體67放入規(guī)定的成形金屬模具內(nèi)，注入熔融狀態(tài)的透明合成樹脂(例如，丙烯酸或聚碳酸酯等)成形，則成為基片60及多個(gè)半導(dǎo)體器件10埋入由合成樹脂形成的透光構(gòu)件68內(nèi)的狀態(tài)，得到近似透明的片狀或薄膜狀的半導(dǎo)體模塊70。另外，為了連接外部導(dǎo)線，基片60的兩端部的外部導(dǎo)線連接部分65的一部分形成從透光構(gòu)件68凸出的狀態(tài)。
該成形時(shí)附加的合成樹脂平均膜厚例如可以是0.5～1.0mm，但對(duì)它們的膜厚并無限定，其膜厚可以自由設(shè)定。供前述成形用的合成樹脂最好采用與基片60同類的合成樹脂，但也可以采用不同類的合成樹脂，通過合適當(dāng)選擇供該成形用的合成樹脂，也能夠形成具有撓性的半導(dǎo)體模塊70。另外，在對(duì)半導(dǎo)體器件10的正負(fù)電極6a及6b采用導(dǎo)電性糊狀物時(shí)，利用成形時(shí)注入的合成樹脂的熱量，也可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性糊狀物的固化。
在該半導(dǎo)體模塊70中，為了提高光引入性能(采光性能)，各列半導(dǎo)體器件10所對(duì)應(yīng)的外表面部分形成為部分圓筒面69，但這些部分圓筒面69也可以僅在單面一側(cè)形成，而另一面則形成為平坦面。另外，半導(dǎo)體模塊70的各半導(dǎo)體器件10所對(duì)應(yīng)的外表面部分也可以形成為部分球面，該部分球面也可以僅在單面一側(cè)形成，而另一面則形成為平坦面。
這里，如圖28所示，將2片組裝體67沿行方向及/或列方向錯(cuò)開半個(gè)間距互相接近平行配置，在該狀態(tài)下與前述相同放入成形金屬模具內(nèi)，用透明合成樹脂連為一體形成透光構(gòu)件68A，得到半導(dǎo)體模塊70A。另外，在半導(dǎo)體模塊70及70A中，也可以在與光入射方向的相反一側(cè)外表面形成鍍鎳膜等光反射膜。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊70及70A，除了能夠得到與前述半導(dǎo)體模塊20、20A及40相同的作用及效果，還能夠得到特有的作用及效果。在該半導(dǎo)體模塊70及70A中，由于在能夠廉價(jià)制成的基片60上形成連接引線64及66，安裝多個(gè)半導(dǎo)體器件10，利用注射成形等方法形成合成樹脂制的透光構(gòu)件68及68A，通過這樣制成薄片形狀，因此能夠形成片狀或薄膜狀的很輕的半導(dǎo)體模塊，能夠降低制造費(fèi)用，能夠利用多個(gè)半導(dǎo)體器件10產(chǎn)生大容量或高電壓的光電勢。
半導(dǎo)體模塊70及70A還可以制成2.0～3.0mm厚的模塊，還能夠?qū)崿F(xiàn)可貼在窗玻璃上的太陽能電池板(太陽能電池片)。另外，還能夠構(gòu)成撓性半導(dǎo)體模塊70及70A，能夠制成可裝在汽車車身表面的半導(dǎo)體模塊等可適用于各種用途的半導(dǎo)體模塊70及70A。
特別是在半導(dǎo)體模塊70A中，由于配置成矩陣狀的半導(dǎo)體器件以2層結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，因此入射至透光構(gòu)件68A內(nèi)的光容易被半導(dǎo)體器件10吸收，光利用效率提高。
下面根據(jù)圖29及圖30簡單說明部分改變?cè)撟冃螌?shí)施方式的例子。如圖29及圖30所示，在丙烯酸或聚碳酸酯等透明合成樹脂制的基片71(例如厚度為1.5～2.0mm)上形成多個(gè)近似半球形的小的凹下部分72，排列成多行多列的矩陣狀，在該基片71的反面可以形成鍍鎳膜等光反射膜73，也可以省略光反射膜73。另外，基片71也可以用柔軟的透明合成樹脂材料構(gòu)成。
形成的該小的凹下部分72能夠安裝半導(dǎo)體器件10的單側(cè)的一半，具有微小間隙或沒有間隙，形成與半導(dǎo)體器件10的平坦面2形狀相適應(yīng)的平坦部分72a。另外，在各小的凹下部分72的列方向兩端一側(cè)形成與正負(fù)電極6a及6b面接觸加以保持用的保持片74，使其向圖29的紙面向上一側(cè)凸出約0.4mm左右。在該基片71上形成與前述連接引線64及66相同結(jié)構(gòu)的多行連接引線，在各小的凹下部分72安裝半導(dǎo)體器件10，將正電極6a及負(fù)電極6b與對(duì)應(yīng)的連接引線連接，形成能夠?qū)щ娗夜潭ǖ臓顟B(tài)。這時(shí)，也可以這樣構(gòu)成，使其利用保持片74的保持力，保持住半導(dǎo)體器件10。另外，為了容易形成連接引線，也可以連續(xù)形成各行的保持片74。這樣形成為多行的連接引線與前述連接引線64及66相同，構(gòu)成將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件10串聯(lián)、同時(shí)將各行的半導(dǎo)體器件10并聯(lián)的導(dǎo)電連接構(gòu)件。
然后，將在基片71上安裝多個(gè)半導(dǎo)體器件10的組裝體75放入規(guī)定的金屬模具內(nèi)，注入透明的合成樹脂成形。供給該成形用的合成樹脂也可以用透明的柔軟的合成樹脂材料。這樣，多個(gè)半導(dǎo)體器10處于埋入由基片71及注入固化的合成樹脂76形成的透光構(gòu)件77內(nèi)的狀態(tài)，能夠得到片狀或薄膜狀的很輕的受光用半導(dǎo)體模塊70B(太陽能電池片、太陽能電池薄膜或太陽能電池板)。另外，在利用前述成形而形成的透光構(gòu)件76的外表面也可以形成與前述部分圓筒面69相同的部分圓筒面或部分球面。根據(jù)該半導(dǎo)體模塊70B，能夠得到與前述半導(dǎo)體模塊70及70A相同的作用及效果。
(第5變形實(shí)施方式)(參照?qǐng)D31～圖34)圖34為作為球面受光單元的半導(dǎo)體器件80的剖面圖。下面根據(jù)圖31～圖34說明制造該半導(dǎo)體器件80的制造方法及其結(jié)構(gòu)。
圖31所示的半導(dǎo)體元件81是與前述圖5所示的半導(dǎo)體元件1相同的元件，是在球狀p型硅單晶82上形成1個(gè)平坦面83，在硅單晶82的表面使薄膜的n+硅成長層85成長前，與前述實(shí)施方式相同，在平坦面83及其外周附近形成在薄膜單晶成長時(shí)遮蔽用的掩膜用薄膜84(硅氧化膜)。另外，根據(jù)需要，也可以在掩膜用薄膜84的外表面形成硅氮化膜(Si3N4)。
然后，如圖32所示，在露出在外部的p型硅單晶82的表面采用眾所周知的例如以二氯硅烷或單硅烷(SiH4)為原料氣體的熱壁型常壓化學(xué)氣相沉積法(CVD法)形成均勻膜厚(例如0.5～1.5μm)的n+成長層85(相當(dāng)于半導(dǎo)體薄膜淀積層)。這樣，在p型硅單晶82的表層部分形成球面狀的pn結(jié)86。然后，采用眾所周知的腐蝕方法，除去掩膜用薄膜84，再對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行輕度(例如厚度為0.1～0.2μm)腐蝕。然后，再覆蓋(形成)厚度為0.4～0.5μm的硅氧化膜，如圖33所示，形成近似球面狀的防反射膜87。
作為該防反射膜87，除了硅氧化膜以外，也可以采用氧化鈦、氮化硅、氧化鋁、氟化鎂等薄膜。
然后，與前述實(shí)施方式相同，在平坦面83的中間部分及夾住半導(dǎo)體元件81中心并與平坦面83相對(duì)的球面頂部形成正電極88a及負(fù)電極88b。該半導(dǎo)體器件80(球面受光單元)也具有與圖8的半導(dǎo)體器件10近似相同的光電變換功能，具有很寬的方向性。
(第6變形實(shí)施方式)(參照?qǐng)D35～圖38)圖38為具有近似球面狀的受光面的npn光電晶體管90(半導(dǎo)體器件)的剖面圖，下面根據(jù)圖35～圖38說明該npn光電晶體管90的制造方法及結(jié)構(gòu)。
圖35所示的半導(dǎo)體元件91在球狀n型硅單晶92(電阻率1～10Ωcm)的一個(gè)頂部形成平坦面93，在平坦面及其外周附近形成硼擴(kuò)散掩膜用薄膜94(硅氧化膜)。該半導(dǎo)體元件91采用n型硅單晶92來代替前述實(shí)施方式的圖5所示的p型硅單晶，由于僅僅這一點(diǎn)不同，因此可以與圖5的半導(dǎo)體元件1近似相同制成。
然后，在n型硅單晶92的表層部分利用眾所周知的熱擴(kuò)散方法，擴(kuò)散p型雜質(zhì)的硼(例如深度為0.3～0.5μm)形成p型基極層95。通過這樣，在與n型硅單晶92形成的n型集電極92a之間形成近似球面狀的集電結(jié)96。在擴(kuò)散硼時(shí)生成的薄的硅氧化膜97與除此以外的擴(kuò)散掩膜用薄膜94一起利用眾所周知的腐蝕方法一次除去。然后，如圖37所示，再在整個(gè)表面設(shè)置硅氧化膜98及98a。該硅氧化膜98用作為接下來在p型基極層95的表面上擴(kuò)散磷用的掩膜，因此保留平坦面93及其外周附近的硅氧化膜98a，利用眾所周知的光刻法除去。另外，該平坦面93可以用來對(duì)應(yīng)該遮蔽的部分進(jìn)行定位。
然后，利用眾所周知的熱擴(kuò)散方法，擴(kuò)散n型雜質(zhì)的磷(例如深度為0.1～0.2μm)，在p型基極層95的區(qū)域內(nèi)設(shè)置近似球面狀的n型發(fā)射極層99。通過這樣，如圖37所示，在與p型基極層95之間形成與集電結(jié)96保持一定間隔(0.1～0.4μm左右)的發(fā)射結(jié)100。利用擴(kuò)散磷時(shí)生成的薄的硅氧化膜作為防反射膜101。然后，與前述實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件1相同，采用銀糊及鋁糊，如圖38所示設(shè)置集電極102及發(fā)射極103。該電極102及103也可以與引線框架等外部導(dǎo)電構(gòu)件連接而形成。
該近似球狀的npn光電晶體管90(相當(dāng)于受光用半導(dǎo)體器件)的大部分球面為受光面，若在集電結(jié)為逆偏置的狀態(tài)下，來自外部的光在集電結(jié)96的附近被吸收，則產(chǎn)生光電流，在發(fā)射極103與集電極102之間流過被放大的外部電流。該光電晶體管90的特征是能夠用作光開關(guān)等，受光靈敏度高，光的方向性很寬。
下面說明部分改變前述實(shí)施方式的各種變形例。
1]作為構(gòu)成前述半導(dǎo)體元件81和91的半導(dǎo)體，也可以采用多晶硅，或者用其他半導(dǎo)體來代替硅，例如，Si與Ge的混晶半導(dǎo)體或多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，或者也可以采用GaAs、InP、GaP、GaN、InCuSe、SiC等任一種化合物半導(dǎo)體。另外也可以采用其他半導(dǎo)體。
2]形成半導(dǎo)體元件1的半導(dǎo)體晶體的直徑不一定限定為1.5mm，也可以為0.5～3.0mm左右。另外，形成半導(dǎo)體元件1的半導(dǎo)體晶體的導(dǎo)電型不一定限定為p型，也可以為n型，但在這種情況下要形成p型擴(kuò)散層。
3]可以采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)等其他半導(dǎo)體薄膜生成法形成前述擴(kuò)散層3及pn結(jié)4。
4]作為防反射膜7，也可以用氧化鈦膜或氮化硅膜等其他絕緣膜構(gòu)成來代替硅氧化膜。
5]電極6a及6b的任何一個(gè)電極或兩個(gè)電極，可以采用金、銀、銅、鋁、銻、銻與金的合金、鎵、鎵與銀的合金、鎵與金的合金等任一種電極材料或它們的糊狀物形成。
6]可以在半導(dǎo)體模塊的兩面裝有強(qiáng)化玻璃，在該強(qiáng)化玻璃之間填入透明的乙烯-乙酸乙烯(EVA)樹脂等，用框架封住端部，采用這樣的結(jié)構(gòu)來代替半導(dǎo)體模塊20及20A的透光構(gòu)件。
7]半導(dǎo)體模塊20、20A及40中安裝的半導(dǎo)體器件的數(shù)量、配置及形態(tài)，不一定限定于前述實(shí)施方式，可以自由設(shè)定。例如，也可以在透明的合成樹脂制薄片(例如厚度為0.3mm)安裝多個(gè)半導(dǎo)體器件，排列成多行多列，利用導(dǎo)電連接構(gòu)件，將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件串聯(lián)，同時(shí)將各行的半導(dǎo)體器件并聯(lián)，然后在前述薄片的兩面形成透光構(gòu)件膜，得到具有撓性的片狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊。而且，在該片狀半導(dǎo)體模塊中也可以配置多層半導(dǎo)體器件10。
8]所述半導(dǎo)體模塊是以具有受光功能的半導(dǎo)體模塊為例進(jìn)行說明的，但本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊也同樣可以適用于具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體模塊。但是，這種情況下，作為半導(dǎo)體器件必須采用具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體器件(球狀半導(dǎo)體器件、圓柱狀半導(dǎo)體器件或粒狀半導(dǎo)體器件)。
作為這樣的具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體器件，可以采用例如WO98/15983號(hào)公報(bào)或WO99/10935號(hào)公報(bào)中本發(fā)明的發(fā)明者提出的各種球狀發(fā)光二極管，或者也可以采用其他各種結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。這樣的具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體模塊可以適用于面發(fā)光型的照明裝置、單色或彩色顯示器或各種顯示裝置等。
9]其他，若是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，對(duì)前述實(shí)施方式進(jìn)行其他各種變化。本發(fā)明不限定于前述實(shí)施方式所揭示的情況。
權(quán)利要求
1.發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備以導(dǎo)電方向一致的多行多列配置的多個(gè)近似球狀的具有發(fā)光或受光功能的半導(dǎo)體器件，以及將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件串聯(lián)、同時(shí)又將各行的多個(gè)半導(dǎo)體器件并聯(lián)的導(dǎo)電連接構(gòu)件；上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述導(dǎo)電連接構(gòu)件具有多個(gè)金屬制薄板狀的引線框架。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，設(shè)有覆蓋上述全部半導(dǎo)體器件使它們處于埋入狀態(tài)的透光構(gòu)件。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述透光構(gòu)件具有位于各列的半導(dǎo)體器件的至少一側(cè)的部分圓柱形透鏡部。
5.發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備帶有發(fā)光或受光功能的多個(gè)近似球狀的半導(dǎo)體器件，以及將各列的多個(gè)半導(dǎo)體器件串聯(lián)、同時(shí)又將同一平面上排成環(huán)狀的多個(gè)半導(dǎo)體器件并聯(lián)的導(dǎo)電連接構(gòu)件；上述半導(dǎo)體器件以導(dǎo)電方向一致的狀態(tài)多列區(qū)分形成環(huán)狀多列配置，上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極。
6.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述半導(dǎo)體器件為發(fā)光器件。
7.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述半導(dǎo)體器件為太陽能電池單元。
8.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述半導(dǎo)體器件為光電二極管。
9.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，上述半導(dǎo)體器件為光電晶體管。
10.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，在上述半導(dǎo)體器件的擴(kuò)散層的近似球面狀的表面形成了透明的絕緣性防反射膜。
11.如權(quán)利要求1或5所述的發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊，其特征還在于，構(gòu)成上述半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體結(jié)晶的p型或n型半導(dǎo)體為選自砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、硒化銦銅(InCuSe)、碳化硅(SiC)的化合物半導(dǎo)體。
12.發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在于，具備以下3個(gè)步驟，制作多個(gè)具有發(fā)光或受光功能的近似球狀的半導(dǎo)體器件的第1步驟，將多個(gè)半導(dǎo)體器件配置成多行多列的矩陣形、并使這些半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電方向與列方向一致、通過多條連接引線將各列的半導(dǎo)體器件串聯(lián)的同時(shí)又將多行半導(dǎo)體器件并聯(lián)的第2步驟，將包含上述多個(gè)半導(dǎo)體器件和多條連接引線的組裝體用透明的合成樹脂制透光構(gòu)件封裝的第3步驟；第1步驟中，上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)，以及相對(duì)設(shè)置在所述平坦面及與該平坦面相反側(cè)的頂部、夾住所述半導(dǎo)體元件的中心、并與所述pn結(jié)的兩端連接的第1及第2電極。
13.發(fā)光或受光用半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在于，具備以下4個(gè)步驟，制作多個(gè)未形成電極的半導(dǎo)體器件的第1步驟，將多個(gè)未形成電極的半導(dǎo)體器件配置成多行多列的矩陣形、并使這些未形成電極的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電方向與列方向一致、通過在各未形成電極的半導(dǎo)體器件的平坦面和與此平坦面相反側(cè)的頂部涂布的導(dǎo)電糊和多條連接引線、將各列未形成電極的半導(dǎo)體器件串聯(lián)并將各行未形成電極的半導(dǎo)體器件并聯(lián)形成組裝體的第2步驟，對(duì)上述組裝體進(jìn)行規(guī)定的加熱處理、使涂布在各半導(dǎo)體器件上的導(dǎo)電糊硬化、形成與上述pn結(jié)的兩端通電連接的一對(duì)電極的第3步驟，以及將上述組裝體的大部分用透明的合成樹脂制透光構(gòu)件封裝的第4步驟；第1步驟中，上述各半導(dǎo)體器件具有除去p型或n型半導(dǎo)體形成的近似球狀的半導(dǎo)體晶體的一部分而形成了平坦面的半導(dǎo)體元件，在除了所述平坦面以外的半導(dǎo)體元件表層部分形成的擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層及通過該擴(kuò)散層或半導(dǎo)體薄膜淀積層形成的近似球面狀的pn結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊(20)是將25個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換功能的半導(dǎo)體器件(10)，通過由6條連接引線(21～26)所構(gòu)成的導(dǎo)電構(gòu)件配置成5行5列的矩陣形，多列半導(dǎo)體器件(10)串聯(lián)連接，且各行半導(dǎo)體器件(10)并聯(lián)連接。它還設(shè)有埋入在透明的合成樹脂制透光構(gòu)件(28)內(nèi)、并向外突出的正極端子和負(fù)極端子。半導(dǎo)體器件(10)在球狀的p型半導(dǎo)體結(jié)晶的表面部分有擴(kuò)散層、pn結(jié)和一個(gè)平坦面，設(shè)置在平坦面上形成的與p型半導(dǎo)體結(jié)晶相連接的正極6a，以及隔著中心與正極6a相對(duì)的負(fù)極6b。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK1470079SQ01817358
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月13日
發(fā)明者中田仗祐, 中田仗 申請(qǐng)人:中田仗祐, 中田仗