一种光伏旁路二极管模块的研究

王敏 陈亮

（扬州虹扬科技发展有限公司 江苏 扬州 225115）

引言

目前市场光伏电池板接线盒大部分均采用三颗二极管串联焊接于导电片上，工序复杂，操作难度大及成本也高，同时市场上光伏组件在持续升级更新，主要趋势为组件尺寸从125mm→156mm→165mm→182mm→210mm，申报电流能力已从原有的10A提升至30A，传统的旁路二极管在结构性能上已无法满足，在新的设计中旁路二极管采用模块结构设计，将导电片、芯片、连接片集成于模块结构中，在此基础上可以做到一次性组装，操作简单，成本下降，内部放置芯片的尺寸不在受传统结构限制，结构外型可以做最优化设计使其散热能力增加，应用范围更广，从而保证了市场需求。

1 产品结构设计

本文中所提到的光伏旁路二极管模块涉及到芯片、导电片和连接片相互之间组装及设计，具体要求如下所述：

框架结构设计，连接筋两端的连接铜片末端连接有压接口，压接口下方设置有两条凸起的高度为0.2mm的连筋，在铆接线缆时起到加固作用。压接口两侧设置向下倾斜的斜边，可缩减接线盒成本，使线盒尺寸最小最优。连接铜片上设置有储锡槽，在组装前可以用锡块定位，减少锡丝储锡工序，便于客户后道组装，框架焊接区域对应区域面积采用2:1结构设计，使芯片焊接区域散热能力提升，达到科学合理分配。

连接片结构设计，采用KFC Y2材质，其维氏硬度控制在110～135HV，从而最大程度降低焊接后热应力导致芯片破裂，连接片其中一端采用圆形凸点设计结构，其斜面角度为120°，使焊锡爬锡能力最好，避免焊锡融化后压迫晶粒氧化层，另一端采用平面焊接，使接触面积最大化，从而提升其通电流能力，连接片结构设计采用条带结构，装填时可通过模具裁切，再吸嘴吸取连接片组装，可提升焊接摆放精度，解决跳线偏位问题。

封装结构，产品封装后本体可成为左、中、右三款分离式旁路二极管模块，其中左和右设计有电缆铆接口，方便电缆铆接。此模块结构安装在组装在电池板后侧，采用三分体结构，其连接方式采用串联连接，此方案可是散热均匀分布，相互间不影响，从而更有效的利用其特性。

2 产品工艺流程

产品焊接流程采用热熔画锡工艺焊接，其轨道内含有1:10氢氮混合气，氢气的主要功能为还原框架表面氧化层，使框架在高温过程中使框架表面保持干净，无污染。氮气的主要作用为保护框架及晶粒在高温过程中不会产生氧化，导致产品品质降低，此工艺优点为材料进轨道后可在轨道内最大停留时间在3分钟，框架表面及晶粒不发生氧化，另此工艺优点为框架表面无氧化层，焊接过程中可以采用无助焊剂焊料焊接，焊接后焊接气孔率孔控制在5%以内。连接片装填采用条带是连接片，模具冲切后通过吸嘴吸取组装至晶粒表面，封装采用球形环氧树脂，线膨胀系数a1=16*10-6℃，单颗颗粒直径控制在75um以内，主要作用为提升产品流动性及降低封装后对芯片的内应力影响。

产品电镀，表面为镀锡，方便后道工艺组装，产品储锡，此工艺采用锡块焊接，先增低温焊锡膏在储锡槽内，通过筛盘筛取的方式将焊片装填至储锡槽内，焊锡膏选择为低温锡膏，温度低于焊锡熔点，避免表面焊锡二次重融。产品TMTT测试参数测试如下：

取正向电流IF=30A，正向压降VF控制≤0.51V；

反向电流IR=500uA，反向崩溃电压VB≥45V；

反向电压VR=45V，反向漏电流IR≤100uA。

以上参数监控产品工艺情况，提高产品的焊接品质。

3 结束语

本文通过对产品封装结构调整，内部结构优化及原材料使用，将多个芯片的焊接整合成模块的集成工艺，采用连体式框架结构进行焊接，操作简单，这样便于加工，封装后切掉连筋可成为独立的分体式旁路二极管模块，可以解决现有技术中三颗二极管串联两侧二极管因热能积累导致中间二极管过热失效问题，提高了品质。