一種光伏旁路二極管模塊的研究

王敏 陳亮

（揚州虹揚科技發展有限公司 江蘇 揚州 225115）

引言

目前市場光伏電池板接線盒大部分均采用三顆二極管串聯焊接于導電片上，工序復雜，操作難度大及成本也高，同時市場上光伏組件在持續升級更新，主要趨勢為組件尺寸從125mm→156mm→165mm→182mm→210mm，申報電流能力已從原有的10A提升至30A，傳統的旁路二極管在結構性能上已無法滿足，在新的設計中旁路二極管采用模塊結構設計，將導電片、芯片、連接片集成于模塊結構中，在此基礎上可以做到一次性組裝，操作簡單，成本下降，內部放置芯片的尺寸不在受傳統結構限制，結構外型可以做最優化設計使其散熱能力增加，應用范圍更廣，從而保證了市場需求。

1 產品結構設計

本文中所提到的光伏旁路二極管模塊涉及到芯片、導電片和連接片相互之間組裝及設計，具體要求如下所述：

框架結構設計，連接筋兩端的連接銅片末端連接有壓接口，壓接口下方設置有兩條凸起的高度為0.2mm的連筋，在鉚接線纜時起到加固作用。壓接口兩側設置向下傾斜的斜邊，可縮減接線盒成本，使線盒尺寸最小最優。連接銅片上設置有儲錫槽，在組裝前可以用錫塊定位，減少錫絲儲錫工序，便于客戶后道組裝，框架焊接區域對應區域面積采用2:1結構設計，使芯片焊接區域散熱能力提升，達到科學合理分配。

連接片結構設計，采用KFC Y2材質，其維氏硬度控制在110～135HV，從而最大程度降低焊接后熱應力導致芯片破裂，連接片其中一端采用圓形凸點設計結構，其斜面角度為120°，使焊錫爬錫能力最好，避免焊錫融化后壓迫晶粒氧化層，另一端采用平面焊接，使接觸面積最大化，從而提升其通電流能力，連接片結構設計采用條帶結構，裝填時可通過模具裁切，再吸嘴吸取連接片組裝，可提升焊接擺放精度，解決跳線偏位問題。

封裝結構，產品封裝后本體可成為左、中、右三款分離式旁路二極管模塊，其中左和右設計有電纜鉚接口，方便電纜鉚接。此模塊結構安裝在組裝在電池板后側，采用三分體結構，其連接方式采用串聯連接，此方案可是散熱均勻分布，相互間不影響，從而更有效的利用其特性。

2 產品工藝流程

產品焊接流程采用熱熔畫錫工藝焊接，其軌道內含有1:10氫氮混合氣，氫氣的主要功能為還原框架表面氧化層，使框架在高溫過程中使框架表面保持干凈，無污染。氮氣的主要作用為保護框架及晶粒在高溫過程中不會產生氧化，導致產品品質降低，此工藝優點為材料進軌道后可在軌道內最大停留時間在3分鐘，框架表面及晶粒不發生氧化，另此工藝優點為框架表面無氧化層，焊接過程中可以采用無助焊劑焊料焊接，焊接后焊接氣孔率孔控制在5%以內。連接片裝填采用條帶是連接片，模具沖切后通過吸嘴吸取組裝至晶粒表面，封裝采用球形環氧樹脂，線膨脹系數a1=16*10-6℃，單顆顆粒直徑控制在75um以內，主要作用為提升產品流動性及降低封裝后對芯片的內應力影響。

產品電鍍，表面為鍍錫，方便后道工藝組裝，產品儲錫，此工藝采用錫塊焊接，先增低溫焊錫膏在儲錫槽內，通過篩盤篩取的方式將焊片裝填至儲錫槽內，焊錫膏選擇為低溫錫膏，溫度低于焊錫熔點，避免表面焊錫二次重融。產品TMTT測試參數測試如下：

取正向電流IF=30A，正向壓降VF控制≤0.51V；

反向電流IR=500uA，反向崩潰電壓VB≥45V；

反向電壓VR=45V，反向漏電流IR≤100uA。

以上參數監控產品工藝情況，提高產品的焊接品質。

3 結束語

本文通過對產品封裝結構調整，內部結構優化及原材料使用，將多個芯片的焊接整合成模塊的集成工藝，采用連體式框架結構進行焊接，操作簡單，這樣便于加工，封裝后切掉連筋可成為獨立的分體式旁路二極管模塊，可以解決現有技術中三顆二極管串聯兩側二極管因熱能積累導致中間二極管過熱失效問題，提高了品質。