柔性印刷电路、聚光器光伏模块和使用其的聚光器光伏面板

摘要

本发明提供一种柔性印刷电路，包括：膜状的绝缘基材，所述膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图案，其中关于绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量是0％。因此，可以获得具有即使在高湿度环境中也可以抑制耐压性能降低的绝缘基材的柔性印刷电路。

说明书

技术领域

本发明涉及用于例如聚光器光伏模块中的柔性印刷电路，该聚光器光伏模块是聚光器光伏面板的部件。

背景技术

用作针对聚光器光伏(CPV)的光学系统基础单元的单元，通过将由菲涅耳透镜组成的聚光部汇聚的光形成的光点引导到小的电池而产生电力。作为电池，具有高发电效率的太阳能电池被使用。利用这种配置，大的光能量可以被聚集到小的电池上，并且因此，可以以高的效率发电。大量的这种单元以矩阵形状被布置从而形成聚光器光伏模块，并且进一步，大量的模块以矩阵形状被布置从而形成聚光器光伏面板。这种聚光器光伏面板由驱动装置造成执行跟踪操作使得聚光器光伏面板总是面对太阳，由此可以实现在白天期间的高效率发电。

在一个模块中，电池被设置为一对一地对应于大量的菲涅耳透镜。此外，每个电池被安装到电路板。将全部的电池安装在一个大的基板上需要非常大的基板，并且导致了制造的困难以及大的成本。同时，通过仅布置必要数量的基板，所述基板由树脂等制成并且具有允许其被简单制造的尺寸，并且通过在每个基板上安装多个电池，可以实现这样的配置，其中电池和同样数量的菲涅耳透镜作为整体以矩阵形状被布置。

此外，从降低成本和改进散热性能的观点，配置也是可以想象的：其中，安装有电池的条膜状的(带形的)柔性印刷电路而非由树脂等制成的基板在模块的壳体的底表面上铺满，使得电池被设置在各聚光位置(例如：见专利文献1，[0026]段)。

通常使用聚酰亚胺膜(例如：见专利文献2至4)作为用于柔性印刷电路的绝缘基材。为了更容易地解决这种聚酰亚胺膜通过其滑动性的规定，聚酰亚胺膜具有附加在其上的填料诸如磷酸钙。附加的量从保证滑动性的观点选择。

引用列表

[专利文献]

专利文献1：日本公开专利申请No.2013-161867

专利文献2：日本公开专利申请No.H6-220195

专利文献3：日本公开专利申请No.H5-25295

专利文献4：日本公开专利申请No.2006-83206

发明内容

[技术问题]

当柔性印刷电路在弱电流设备诸如移动电话中使用时，例如，柔性印刷电路本身中的高耐压性能是不需要的。

然而，当柔性印刷电路在聚光器光伏模块中使用时，存在由于电池的串联连接因而施加几百至1000伏特的电压的情况。在这种系统电压(工作电压)的情况中，需要的耐压值更高，并且例如是系统电压的两倍+1000V。因此，如果系统电压是1000V，耐压值变为3000V。

此外，在聚光器光伏模块的情况中，因为聚光器光伏模块在温度和湿度有很大程度上的改变的户外使用，所以存在由于结露或雨水进入使得模块内部的湿度变为100％或者几乎高到接近100％的情况。在这种状态中，存在柔性印刷电路中的绝缘基材的绝缘性能降低并且柔性印刷电路不能耐高电压的情况。

鉴于上述传统的问题，本发明的目的是提供具有绝缘基材的柔性印刷电路以及提供聚光器光伏模块和使用该聚光器光伏模块的聚光器光伏面板，所述绝缘基材即使在高湿度环境中也会抑制耐压性能的降低。

[问题的解决方案]

本发明是一种柔性印刷电路，包括：膜状的绝缘基材，所述膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，其中，关于绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量是0％。

此外，本发明是柔性印刷电路，包括：膜状的绝缘基材，所述膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，其中，关于绝缘基材，其厚度在10μm至50μm的范围内，绝缘基材的主要成分是聚酰亚胺，并且其填料含量不大于0.2％。

此外，本发明是聚光器光伏模块，包括：壳体，所述壳体具有平面的底表面；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路被布置在底表面上的多个行中；聚光部，所述聚光部被安装到壳体并且由排列的多个透镜元件形成，每个透镜元件被配置成聚集太阳光；和电池，所述电池被安装到柔性印刷电路以便对应于各透镜元件的聚光位置，每个电池被配置成接收聚集的光以便发电，其中，柔性印刷电路包括：条膜状的绝缘基材，所述条膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；以及电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，并且关于绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量是0％。

此外，本发明是聚光器光伏模块，包括：壳体，所述壳体具有平面的底表面；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路被布置在底表面上的多个行中；聚光部，所述聚光部被安装到壳体并且由排列的多个透镜元件形成，每个透镜元件被配置成聚集太阳光；和电池，所述电池被安装到柔性印刷电路以便对应于各透镜元件的聚光位置，每个电池被配置成接收聚集的光以便发电，其中，柔性印刷电路包括：条膜状的绝缘基材，所述条膜状的绝缘基材具有柔性且具有至少2000V的耐压值；以及电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，并且关于绝缘基材，其厚度在10μm至50μm的范围内，其主要成分是聚酰亚胺，并且其填料含量不大于0.2％。

[发明的有利效果]

利用本发明的柔性印刷电路及聚光器光伏模块和使用该聚光器光伏模块的聚光器光伏面板，即使在高湿度环境中也可以抑制绝缘基材的耐压性能的降低。

附图说明

图1是示出聚光器光伏设备的一个示例的透视图。

图2是示出聚光器光伏模块的一个示例的放大视图的透视图(部分剖切)。

图3是与图2所示的柔性印刷电路的纵向方向正交的横截面视图，并且是电池附近的横截面视图。

图4是示出耐压性能测试的配置的示意图。

图5是指示关于三种状态中的四种样本的保持时间[秒]的条形图，在保持时间[秒]期间，一定的耐压性能可以相对于施加的3600V的电压被保持。

图6是指示关于三种状态中的四种样本的保持时间[秒]的条形图，在保持时间[秒]期间，当施加的电压上升至4200V时，一定的耐压性能可以被保持。

图7是示出如何进行滑动性测试的示意图。

图8是示出滑动性测试的结果的条形图。

具体实施方式

[实施例的概述]

本发明的实施例的概述至少包括下面的内容。

(1)柔性印刷电路，包括：膜状的绝缘基材，所述膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，其中，关于绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量是0％。

在如上配置的柔性印刷电路中，由于绝缘基材不包括任何填料，吸湿性可以被抑制在低水平。因此，耐压性能可以被保持在高水平。

(2)柔性印刷电路，包括：膜状的绝缘基材，所述膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图形，其中，关于绝缘基材，其厚度在10μm至50μm的范围内，其主要成分是聚酰亚胺，并且其填料含量不大于0.2％。

当填料含量超过0.2％时，需要的耐压值越高，由于水分吸收造成的耐压性能的降低变得越显著。然而，利用如上配置的柔性印刷电路，吸湿性可以通过使填料含量不大于0.2％从而被抑制在低水平。因此，耐压性能可以被保持在高水平。

(3)聚光器光伏模块，包括：壳体，所述壳体具有平面的底表面；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路被布置在底表面上的多个行中；聚光部，所述聚光部被安装到壳体并且由排列的多个透镜元件形成，每个透镜元件被配置成聚集太阳光；和电池，所述电池被安装到柔性印刷电路以便对应于各透镜元件的聚光位置，每个电池被配置成接收聚集的光以便发电，其中，柔性印刷电路包括：条膜状的绝缘基材，所述条膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；以及电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图案，并且关于绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量是0％。

对于如上配置的聚光器光伏模块中的柔性印刷电路，因为绝缘基材不包含任何填料，所以吸湿性可以被抑制在低水平。因此，即使当聚光器光伏模块内部的状态由于结露等变为高湿度状态时，柔性印刷电路的耐压性能也可以被保持在高水平。

(4)聚光器光伏模块，包括：壳体，所述壳体具有平面的底表面；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路被布置在底表面上的多个行中；聚光部，所述聚光部被安装到壳体并且由排列的多个透镜元件形成，每个透镜元件被配置成聚集太阳光；和电池，所述电池被安装到柔性印刷电路以便对应于各透镜元件的聚光位置，每个电池被配置成接收聚集的光从而产生电力，其中，柔性印刷电路包括：条膜状的绝缘基材，所述条膜状的绝缘基材具有柔性并且具有至少2000V的耐压值；和电导体层，所述电导体层形成在绝缘基材上并且形成电路图案，并且关于绝缘基材，其厚度在10μm至50μm的范围内，其主要成分是聚酰亚胺并且其填料含量不大于0.2％。

当填料含量超过0.2％时，需要的耐压值越高，由于水分吸收造成的耐压性能的降低变得越显著。然而，利用如上配置的聚光器光伏模块中的柔性印刷电路，吸湿性可以通过使填料含量不大于0.2％从而被抑制在低水平。因此，即使当聚光器光伏模块内部的状态由于结露等变为高湿度状态时，柔性印刷电路的耐压性能可以被保持在高水平。

(5)此外，根据上述的(3)或(4)，聚光器光伏面板可以通过布置多个聚光器光伏模块而形成。

利用这种聚光器光伏面板，即使当每个聚光器光伏模块内部的状态由于结露等变为高湿度状态时，柔性印刷电路的耐压性能也可以被保持在高水平。

[实施例的细节]

<<聚光器光伏面板和聚光器光伏设备>>

首先，将描述聚光器光伏设备的配置。

图1是示出聚光器光伏设备的一个示例的透视图。在图1中，聚光器光伏设备100包括聚光器光伏面板1；和包括柱3a和基底3b的基座3，柱3a在聚光器光伏面板的1的后表面侧上支持聚光器光伏面板1。聚光器光伏面板1通过水平地和竖直地组装大量的聚光器光伏模块1M形成。在这个示例中，除了中心部之外，62(长度上的7×宽度上的9-1)个聚光器光伏模块1M水平地和竖直地组装。当一个聚光器光伏模块1M具有例如大约100W的额定输出时，整个聚光器光伏面板1具有大约6kW的额定输出。

驱动装置(未示出)被设置在聚光器光伏面板1的后表面侧上。通过使得这个驱动装置操作，可以在方位角和仰角两个轴上驱动聚光器光伏面板1。相应地，聚光器光伏面板1被驱动以便在方位角和仰角两者上总是面对太阳的方向。在聚光器光伏面板1中的位置(这个示例中在中心部处)或者在面板1的附近，设置有跟踪传感器4和日温计5。基于跟踪传感器4执行跟踪太阳的操作，并且太阳的位置处时间及安装位置的经度和纬度计算。

<<聚光器光伏模块>>

图2是示出聚光器光伏模块(下文中，也称为模块)1M的一个示例的放大视图的透视图(部分切剖)(然而，后面描述的屏蔽板未示出)。在图2中，模块1M，作为主要部件，包括：壳体11，所述壳体11形成桶形状并且具有平的底表面11a；柔性印刷电路12，所述柔性印刷电路12被设置使得与底表面11a接触并且在多个行中；和聚光部13，所述聚光部13像一个盖子一样安装到壳体11的法兰部11b。壳体11由金属制成。

柔性印刷电路12通过在条膜状的绝缘基材上设置形成电路图案的电导体层而获得。在这个的顶部，安装有电池21和其它电子部件。作为每个电池21，具有耐热性和高发电效率的太阳能电池被使用。

聚光部13是菲涅耳透镜阵列并且通过以矩阵形状布置聚集太阳光的多个菲涅耳透镜13f(例如：长度上的16×宽度上的12，总共192个)形成。这种聚光部13可以通过例如在用作基材的玻璃板的后表面(内部)上形成硅树脂膜而形成。每个菲涅耳透镜13f都形成在这个树脂膜上。菲涅耳透镜13f的总数量和布置与电池21的总数量和布置是一样的，并且菲涅耳透镜13f和电池21是彼此一一对应的使得它们的光轴彼此对齐。用于取出模块1M的输出的连接器14被设置在壳体11的外表面上。

<<柔性印刷电路的配置>>

图3是与图2所示的柔性印刷电路12的纵向方向正交的横截面视图，并且是电池21附近的横截面视图。应当注意的是示出的厚度尺寸仅仅是示例。此外，这个视图也用于示意性表示横截面结构，并且不必要与实际尺寸成比例。

在图3中，柔性印刷电路12包括：绝缘基材121(厚度25μm)，所述绝缘基材121由聚酰亚胺制成；电导体层122(厚度35μm)，所述电导体层122被设置在绝缘基材121的顶部上，由铜制成，并且形成电路图案；焊接部123，所述焊接部123将与引线框18封装在一起的电池21经由引线框18连接到电导体层122；粘合剂层124(最大厚度60μm)；和覆盖层125(厚度25μm)，所述覆盖层125由聚酰亚胺制成。绝缘基材121具有柔性并且具有条膜状(在纵向方向上延伸的带状)。柔性印刷电路12也作为一个整体具有大约110μmm的厚度，具由条膜状，并且具有柔性。

由铝合金制成的加强部16(厚度800μm)经由粘合剂层15(厚度25μm)被安装到绝缘基材121的下表面，加强部16允许柔性印刷电路12具有特定的刚度，因此便于柔性印刷电路12的安装期间的处理。此外，加强部16也有助于将来自柔性印刷电路12的热量散发到壳体11的底表面11a。加强部16利用具有导电性(也具有良好的导热性)的双面胶带17(厚度35μm)被固定到底表面11a(厚度1000μm＝1mm)。

电池21与用于取出输出的引线框18封装到一起。引线框18经由焊接部123电连接并且机械连接到电导体层122。电池21的顶部和边缘和引线框18的边缘被透明的硅树脂层19覆盖。

壳体11的底表面11a的电势被保持在地电势。因此，经由导电的双面胶带17安装到底表面11a的加强部16的电势也是地电势。通过太阳能光伏发电产生的直流电压被施加到电导体层122。相应地，由于电导体层122和加强部16之间的电势差V_dc导致流动的电流I_dc需要通过绝缘基材121和粘合剂层15被抑制到小于可允许水平的预定值I_L(I_dc<I_L)。如图3中的箭头所指示，例如，泄漏电流包括：泄漏电流L1，所述泄漏电流L1穿过绝缘基材121和粘合剂层15；泄漏电流L2，所述泄漏电流L2由粘合剂层15中的局部降低耐压值的空隙(未示出)导致；和泄漏电流L3，所述泄漏电流L3从抵靠绝缘的外表面上的引线框18流出。

<<用于绝缘基材的填料和耐压性能以及滑动性之间的关系>>

本发明人通过改变包含在其主要成分是聚酰亚胺的绝缘基材121中的填料的成分，检查耐压性能和滑动性发生什么改变。在下文中，将详细地描述检查的结果。使用焦磷酸钙作为填料。

除焦磷酸钙之外的磷酸钙、碳酸钙和二氧化硅作为填料也是合适的。然而，这里，作为代表，检查填料是焦磷酸钙的情况。

这种在检查中使用的绝缘基材121在表1中示出。这里，关于绝缘基材121的厚度，标称值是25μm，并且测量的值也接近25μm。

[表1]

绝缘基材121的厚度在10μm至50μm(不小于10μm以及不大于50μm)的范围内是优选的。当厚度小于10μm时，确保必需的耐压值将变得困难。当厚度超过50μm时，确保必要的导热性将变得困难(散热性能)。绝缘基材121的10μm至50μm的厚度是为了实现必要的耐压值和必要的导热性两者的优选的范围。

关于耐压的概念根据IEC标准(62108，62688)为如下。

A级情况中的耐压性能可以耐(系统电压×4)+2000V两分钟。

B级情况中的耐压性能可以耐(系统电压×2)+1000V两分钟。

系统电压通常是500到1000V，并且其目标可以是例如500V、600V或1000V。

当系统电压是1000V时，A级的耐压值是6000V，并且B级的耐压值是3000V。

当系统电压是600V时，A级的耐压值是4400V，并且B级的耐压值是2200V。

当系统电压是500V时，A级的耐压值是4000V，并且B级的耐压值是2000V。

因此，要用在聚光器光伏模块中的用于柔性印刷电路的绝缘基材需要具有能够耐至少2000V，优选的3000V或者更高的绝缘性能。当系统电压是1000V时，B级的耐压是3000V。

图4是示出耐压性能测试的配置的示意图。测试条件如下。绝缘基材121s用作样本(在下文中，简称为样本)介于每个具有20mm的直径的圆盘电极P和圆盘电极N之间，并且随后，施加直流电压。施加的电压是3600V，并且升压条件为500V/秒。施加3600V期间的时间段最多300秒。样本在三种状态下制备，其中：

(a)样本在通常状态(不浸泡在水中)；

(b)样本在23℃的纯水中浸泡10个小时后立刻取出；以及

(c)样本在23℃的纯水中浸泡24个小时后立刻取出。

样本本身制备为四种：

(1)传统制品(填料含量2％)；

(2)具有填料含量0.2％的制品；

(3)具有填料含量0.1％的制品；以及

(4)不含有任何填料(填料含量0％)的无填料的制品

应该注意上述含量以质量％表示。

图5是指示关于上面定义的三种状态(a)、(b)和(c)中的四种样本的，直到在施加的3600V电压下，检测到泄漏电流I_dc(≥I_L)不小于预定值I_L为止的时间段，即：保持时间[秒]的条形图，在该保持时间期间可以保持一定的耐压性能。在图5中，在“(a)通常状态”即：不浸泡在水中的情况中，所有样本到达300秒，然而，“在(b)10个小时”的情况中，对于传统制品样本(1)，保持时间显著的减少并且远离规范值(120秒)。对于其他样本(2)和(3)，保持时间轻微的减少但是还是满足规范值。对于无填料样本(4)，保持时间没有减少。

此外，在“(c)24个小时”的情况中。对于传统制品样本(1)，保持时间进一步减少，并且远离规范值(大约120秒)。此外对于其它样本(2)和(3)，保持时间进一步减少，但是仍然满足规范值。对于无填料样本(4)，没有观察到保持时间的减少。

当总结图5中所示的结果时，对于“(1)传统制品”，可以看出在浸泡在水中之后，相对于施加的3600V电压的耐压性能显著的降低并且不满足规范值。对于“(2)填料0.2％”和“(3)填料0.1％”，耐压性能根据浸泡在水中的时间段而降低，但是满足规范值，对于“(4)无填料”，即使在浸泡在水中之后，耐压性能也没有降低。

也就是说，在执行在水中浸泡的情况下的耐压性能方面，依次为“无填料”是最佳的，其次是“填料0.1％”，再其次是“填料0.2％”，并且“传统制品”是不适合的。

图6是指示关于上面定义的同样的三种状态(a)、(b)和(c)中如图5中的同样的四种样本的保持时间[秒]的条形图，在保持时间[秒]期间，当施加的电压上升至4200V时，保持一定的耐压性能。这可以被称作用于当施加故意提高的电压时，确认保持时间发生怎样的变化的检查。

这里，对于所有样本，当与“(a)通常状态”相比时，浸泡在水中后的保持时间表现出减少。然而，随着下降程度的集中，当浸泡24小时后的保持时间相对于通常状态的保持时间用比率[％]表示时，“(1)传统制品”呈现13％、“(2)填料0.2％”呈现56％、“(3)填料0.1％”呈现65％以及“(4)无填料”呈现89％。

也就是说，在在水中浸泡后的抑制耐压性能降低的观点中，依次为无填料是最佳的，其次是填料0.1％，然后是填料0.2％，并且“传统制品”是劣势的。

从上述结果，可以得出下述结论。

首先，目标是用于柔性印刷电路的绝缘基材，绝缘基材具有至少2000V的耐压值。作为这样的绝缘基材，如果使用主要成分是聚酰亚胺并且填料含量为0％(无填料)的绝缘基材，因为绝缘基材不包含填料，所以可以将吸湿性抑制在非常低的水平。因此，耐压性能可以被保持在高水平。此外，即使当聚光器光伏模块内部的状态由于结露等变为高湿度状态时，柔性印刷电路的耐压性能也可以被保持在高水平。

此外，即使当绝缘基材是“无填料”时，如果使用的是厚度在10μm至50μm的范围内的绝缘基材，其主要成分是聚酰亚胺，并且其填料含量不大于0.2％，则吸湿性可以被抑制在低水平。因此，耐压性能可以被保持在高水平。此外，即使当聚光器光伏模块的内部的状态由于结露等变为高湿度状态时，柔性印刷电路的耐压性能也可以被保持在高水平。应当注意，如果填料含量超过0.2％，如图6中"(2)填料0.2％"样本所示，耐压性能的下降将由于水分吸收而变得显著。图5中的"(2)填料0.2％"样本满足必要的耐压性能，但是当电压增加至4200V时不满足耐压性能，并且因此，可以被认为是优选的含量的上限值线。也就是说，可以认为0.2％是填料的上限值。

随后，图7是示出如何进行滑动性测试的示意图。样本通过在由聚酰亚胺(PI)制成的绝缘基材上形成铜箔而获得。在图7中，各材料由具有不同方向的剖面线代表。从两个样本，即聚酰亚胺绝缘基材在负荷(在64cm²＝80mm×80mm上的重量200g)下彼此互相接触的静止状态，施加用于在箭头方向上移动上样本的力F。这个力F与绝缘基材之间的表面接触处的摩擦力成比例。力F的值越大，滑动性越差，并且F的值越小，滑动性越好。

图8是示出滑动性测试的结果的条形图。竖直轴中的F的值1.8是通常的聚酰亚胺膜的值。从这个图中，可以看出“传统制品”、“填料0.2％”和“填料0.1％”具有相当于或者大于或者等于通常聚酰亚胺膜的滑动性，但是“无填料”不具有良好的滑动性。

当滑动性不好时，绝缘基材容易地彼此粘合，这展现了其难以处理的缺陷。然而，如果绝缘基材附着到加强部16(图3)，则这个缺陷没有那么麻烦。因此，为了需要不少于2000V的耐压性能的用途，即使滑动性在某种程度上有所牺牲，通过采用无填料绝缘基材或者通过抑制填料含量不大于0.2％从而确保耐压性能也是非常有意义的。

应当理解，此处考虑的实施例在所有方面是描述性的而不是限制性的。发明的范围通过所附的权利要求指示，并且在权利要求的含义和等效的范围内的所有改变由此被包含在其中。

参考符号列表

1 聚光器光伏面板

1M 聚光器光伏模块

3 基座

3a 柱

3b 基底

4 跟踪传感器

5 日温计

11 壳体

11a 底表面

11b 法兰部

12 柔性印刷电路

13 聚光部

13f 菲涅耳透镜

14 连接器

15 粘合剂层

16 加强部

17 双面胶带

18 引线框

19 硅树脂层

21 电池

100 聚光器光伏设备

121、121s 绝缘基材

122 电导体层

123 焊接部

124 粘合剂层

125 覆盖层