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TWI725975B - 用於接合金屬片至基板的系統及方法 - Google Patents

用於接合金屬片至基板的系統及方法 Download PDF

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TWI725975B
TWI725975B TW105120087A TW105120087A TWI725975B TW I725975 B TWI725975 B TW I725975B TW 105120087 A TW105120087 A TW 105120087A TW 105120087 A TW105120087 A TW 105120087A TW I725975 B TWI725975 B TW I725975B
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roller
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back plate
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理察 希沃
湯馬斯 帕斯
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美商太陽電子公司
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Abstract

一種具有高溫彈性元件的熱壓接合工具、及一種使用熱壓接合工具接合金屬片至基板的方法被描述。在一示例中，用於接合金屬片至基板之系統包括用以支撐基板的平台以及位於平台上方的彈性滾軸。彈性滾軸包括高溫材料。系統更包括位於彈性滾軸上方的加熱背板。當彈性滾軸滾動橫跨設置在基板上方的金屬片時，加熱背板被配置以施加壓力及熱到彈性滾軸。

Description

用於接合金屬片至基板的系統及方法
本揭露的實施例是關於再生能量的領域，特別是有關於一種用於接合金屬片至基板的系統及方法。
光伏電池通常被稱為太陽能電池，大眾所熟知的太陽能電池是為用以將太陽能輻射直接轉換成電能的裝置。一般而言，太陽能電池是在半導體晶圓或基板上利用半導體製程技術製造而成，以在靠近基板的表面形成p-n接面。太陽輻射撞擊(impinging)於基板的表面上並進入基板中，使基板產生電子與電洞對在基板的塊材中。電子及電洞對遷移至基板中的P型及N型摻雜區，從而在摻雜區之間產生電位差。這些摻雜區與在太陽能電池上的導電區耦接，以自電池導通電流到與其耦接的外部電路。
效能為太陽能電池的重要特性，其與太陽能電池的性能直接相關。相似地，太陽能電池的生產效率是與太陽能電池的成本效益直接相關。因此，普遍期望用於增加太陽能電池效能的技術或用於增加太陽能電池製作效率的技術。本揭露的部分實施例係藉由提供用於製造太陽能電池結構的創新製程，以增加製造太陽能電池的效率。本揭露的部 分實施例係藉由提供創新的太陽能電池結構，從而增加太陽能電池的效能。
基於上述目的，本發明係提供一種用於接合金屬片至基板的系統，其系統包含平台、彈性滾軸以及加熱背板。平台係支撐基板。 彈性滾軸係位於平台上方；彈性滾軸係包含高溫材料。加熱背板係位於彈性滾軸上方。當彈性滾軸滾動橫跨設置在基板上方的金屬片時，加熱背板被配置以施加壓力及熱到彈性滾軸。
較佳地，加熱背板可基本上垂直於彈性滾軸自行樞轉約一直線。
較佳地，彈性滾軸可包含一空心金屬滾軸。
較佳地，空心金屬滾軸可包含一薄壁不銹鋼滾軸。
較佳地，彈性滾軸可具有介於4mm至25mm範圍內的外徑及0.1mm至2mm的壁厚。
較佳地，彈性滾軸可包含一金屬管；金屬管可配置以含有惰性氣體於金屬管內部。
較佳地，惰性氣體可包含氬氣或氦氣。
較佳地，加熱背板可包含一或多個加熱元件；加熱元件可配置以加熱加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
基於上述目的，本發明提供一種接合金屬片至基板的方法，其方法包含下列步驟：定位金屬片在基板上；滾動彈性滾軸橫跨金 屬片，彈性滾軸包含一高溫材料；當彈性滾軸滾動橫跨金屬片時，以位於彈性滾軸上方的一加熱背板施加壓力且加熱到彈性滾軸。
較佳地，施加壓力可進一步包含以一樞轉加熱背板施加壓力；樞轉加熱背板基本上垂直於彈性滾軸自行樞轉約一直線。
較佳地，滾動彈性滾軸橫跨金屬片可包含滾動一空心金屬滾軸橫跨金屬片。
較佳地，滾動空心金屬滾軸橫跨金屬片可包含滾動一薄壁不銹鋼滾軸橫跨金屬片。
較佳地，滾動彈性滾軸橫跨金屬片可包含滾動填充有一惰性氣體之一金屬管橫跨金屬片。
較佳地，所述方法可進一步包含加熱該加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
基於上述目的，本發明提供一種用於接合金屬片至基板的系統，其系統包含平台、彈性滾軸以及樞轉背板。平台係支撐基板。彈性滾軸係位於平台上方。樞轉背板係位於彈性滾軸上方。當彈性滾軸滾動橫跨設置在基板上方的金屬片時，樞轉背板被配置以施加壓力到彈性滾軸及基本上垂直於彈性滾軸樞轉約一直線。
較佳地，彈性滾軸可包含高溫材料；樞轉背板可包含一或多個加熱元件；加熱元件可配置以加熱加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
較佳地，彈性滾軸可包含空心金屬滾軸。
較佳地，空心金屬滾軸可包含一薄壁不銹鋼滾軸。
較佳地，彈性滾軸可包含金屬管；金屬管可配置以含有惰性氣體於金屬管內部。
102、302、302A、302B、502:平台
104、304、304A、304B、463A、463B、504:基板
106、306、506:金屬片
108、308、508:彈性滾軸
110、310、510:背板
112:軸
114、333:上部框架
118:壓力感測器
120:讀數
122:滑動台
124:升降曲柄
125:壁厚
126:升降凸輪
127:外徑
128、335、549:滑軌
130:升降導軌
200:流程圖
202、204、206:步驟
311、511:箔卷
312:滑動軸
313、545:滾軸
315、547:箔夾具
317:基板夾具
319:箔邊緣夾具
321、411:箔
322:下部
323:雷射
325:上板
327:熱屏蔽
331:直線軸承
337:滾軸保持滑道
461:位置
522:滑動台
541:非黏性塗層塗佈器
543:加熱元件
551:黏性滾軸
553:卸載臂
561:箔切割器
600:數據處理系統
602:處理器
604:主記憶體
606:靜態記憶體
608:網路介面裝置
610:視頻顯示單元
612:文字數字輸入設備
614:游標控制設備
616:訊號產生裝置
618:輔助記憶體
620:網路
622:軟體
626:處理邏輯
630:匯流排
631:機器可存取儲存媒體
圖1A係繪示根據本揭露的實施例的用於接合金屬片到基板的系統的剖視圖。
圖1B係繪示根據本揭露的實施例的彈性滾軸例如圖1的彈性滾軸108的等角視圖。
圖2係根據本揭露的實施例的接合金屬片到基板的方法所列出的操作的流程圖。
圖3A和3B係繪示根據本揭露的實施例，在圖2的方法中以不同的觀點，使用連續的箔卷接合金屬片到基板的系統的剖視圖。
圖4A和4B係繪示根據本揭露的實施例的圖3A和3B的系統的俯視圖。
圖5A、5B、5C、5D、5E、5F和5G係繪示根據本揭露的實施例，在圖2的方法中以不同的觀點，使用非連續的箔片接合金屬片到基板的系統的剖視圖。
圖6係繪示根據本揭露的實施例的可儲存和執行一組指令以執行本文所述方法的數據處理系統。
以詳細的描述在本質上僅是說明性的，且不意於限制本申請標的物的實施例或此類實施例的使用。如本文所用的「示例性」一詞，其意味著「示例、例子或說明」。本文中所描述的任何實施方式皆為示 例性的，不必然是最佳的或優於其他實施方式。此外，不意圖受呈現於前述的技術領域、先前技術、摘要或下列實施例中任何表達或隱喻的理論所限制。
本說明書中包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」的用語。「在一個實施例中」或「在一實施例中」用語的出現不必然意指相同實施例。特定特徵、結構或特性可與本揭露一致的任何適合的方式結合。
術語：以下段落提供本揭露(包含所附之申請專利範圍)中所建立之用語的定義及/或語境(context)。
「包含(Comprising)」：其為開放式用語。當使用於所附之申請專利範圍中時，此用語不排除額外的結構或步驟。
「配置以(Configured to)」：各種單元或元件可描述或主張「配置以」執行某一項或多項任務。在這樣的意涵下，使用「配置以」指出單元/元件包含在操作期間執行那些一或多個任務的結構而暗示結構。如此一來，即使當特定單元/元件並非目前正在步驟的(例如未啟動/作動)，單元/元件也可說是被配置以執行任務。敘述單元/電路/元件「配置以」執行某一項或多項任務係明示不針對此類單元/元件援引35 U.S.C §112第6段。
「第一(First)」、「第二(Second)」等：如本文所用，此類用語作為其所前綴(precede)的名詞的標記，且不暗示任何型態的(例如空間的、時間的、邏輯的等)順序。舉例來說，參照「第一」太陽能電池並不一定意味著此太陽能電池在順序上是第一個太陽能電池；而是，用 語「第一」係用以區別此太陽能電池與另一太陽能電池(例如「第二」太陽能電池)。
「耦接(Coupled)」：以下描述係指元件或節點或特徵被「耦接」在一起。如本文所用，除非另有明確說明，否則「耦接」意味著一個元件或節點或特徵直接或間接地接合(或直接或間接地通訊連接)另一個元件或節點或特徵，且不必然為機械性地。
「抑制(Inhibit)」：如本文所用，「抑制」是用來描述降低或最小化效果。當一個組件或特徵被描述為抑制動作、作動或條件時，其可能完全阻止其結果或後果或未來狀態。此外，「抑制」亦可指其他可能發生的結果、性能和/或效力的降低或減輕。因此，當組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其並不必然完全阻止或消除該結果或狀態。
此外，某些術語也可僅為了參考之目的而用於下文中，且因此不意圖作為限制。舉例來說，藉由參照本文與描繪所討論的元件的相關圖式，以在與所參照的一致但任意的框架中，使用用語例如「上(upper)」、「下(lower)」、「上(above)」、「下方(below)」表示參照之圖式中的方向。「前(front)」、「後(back)」、「後方(rear)」、「側(side)」、「外側(outboard)」、「內側(inboard)」來明確描述部分元件的方位及/或位置。此類術語可包含上述具體提到的詞語、其衍生字、以及類似含義的字詞。
本文描述一種具有高溫彈性元件的熱壓接合工具，及一種接合金屬片至基板的方法。在以下描述中，描述數種例如具體製造流程 的操作的具體細節，以提供本揭露之實施例之充分瞭解。對本領域中具有通常知識者將為顯而易見的是，本揭露之實施例沒有這些具體細節時仍可實行。在其他例子中，不詳述像是升降凸輪之眾所周知之機構，以避免不必要地模糊本揭露之實施例。此外，將被理解的是圖中所示的各種實施例係為例示性表示而不必然按比例繪製。
本文揭露一種用於接合金屬片至基板的系統。在一實施例中，系統包括用以支撐基板的平台以及位於平台上方的彈性滾軸。彈性滾軸包括高溫材料。系統更包括位於彈性滾軸上方的加熱背板。當彈性滾軸滾動橫跨設置在基板上方的金屬片時，加熱背板被配置以施加壓力及熱到彈性滾軸。
在另一個實施例中，一種用於接合金屬片至基板的系統，其包括用以支撐基板的平台以及位於平台上方的彈性滾軸。系統更包括位於彈性滾軸上方的樞轉背板。當彈性滾軸滾動橫跨設置在基板上方的金屬片時，背板被配置以施加壓力至彈性滾軸且基本上垂直於彈性滾軸樞轉約一直線。
本文更揭露一種用於接合金屬片至基板的方法。在一個實施例中，方法涉及定位金屬片在基板上。方法涉及滾動彈性滾軸橫跨金屬片。彈性滾軸包括高溫材料。方法更涉及當彈性滾軸滾動橫跨金屬片時，以位於滾軸上方的加熱背板施加壓力且加熱到彈性滾軸。
在另一個實施例中，一種用於接合金屬片到基板的方法，其包括定位金屬片在基板上。方法涉及滾動彈性滾軸橫跨金屬片。方法更涉及當彈性滾軸滾動橫跨金屬片時，以樞轉背板施加壓力到彈性滾 軸。當施加壓力到彈性滾軸時，樞轉背板基本上垂直於彈性滾軸樞轉約一直線。
因此，本文描述的一或多個實施例揭示一種具有高溫彈性元件的熱壓接合工具，及一種接合金屬片到基板的方法。
為提供上下文，如果在設備或接合的物品上有任何不均勻性，一些熱壓接合技術會導致非均勻的接合。例如，一些系統採用沿著滾軸的長度具有很少或不具有柔度(compliance)的滾軸，這會導致非均勻的接合。嘗試利用以端部支撐的剛性滾軸來接合，通常造成在晶片的中心的滾軸顯著彎曲，導致壓力低和接合差。
實施例包括系統(例如工具)設計為熱壓接合。在一個實施例中，系統使用熱和壓力以接合鋁箔至基板，其中箔可接著被圖案化以形成用於太陽能電池的電流提取網格(current extraction grid)。根據實施例，於高溫中，系統可藉由使用彈性工作滾軸與被樞轉及/或加熱的背板以達到在整個基板均勻接合的壓力。例如，圖1係繪示根據本揭露的實施例的用於接合金屬片到基板的系統的剖視圖。
如圖1A所示，根據實施例，系統包括平台(例如晶片卡盤)102以支撐基板104。根據實施例，平台102由限制或防止箔或其它材料附加到平台102的(複數個)材料所製成。根據實施例，平台102至少部分地由石墨製成。根據實施例，當彈性滾軸108施加壓力時，石墨平台(而不是，例如鋼平台)可防止基板104的破損。然而，平台102可由額外的及/或不同的材料(例如具有限制或防止基板因下壓力而破損的特性的材料，及/或具有限制或防止箔或其它材料黏附到平台102的特性的材料) 所製成。在此實施例中，平台102具有光滑的表面而無真空孔，儘管其他實施例可包括真空孔在平台102中。平台102更可包括一或多個加熱元件以加熱基板104，以促進金屬片106的接合。基板104可包括各種材料層，其為半導體、導體或絕緣體，在其上形成金屬層以形成太陽能電池。根據實施例，至少部分地利用接合到基板104的一表面上的金屬片106，以形成金屬層。在一個實施例中，金屬片106可為鋁(例如鋁板/鋁箔)、銅、銀、複合材料，或任何其他適合形成用於太陽能電池的導電接觸的金屬。
在一個實施例中，彈性滾軸108位於平台102上方。如下更詳細的說明，根據實施例，當背板110施加壓力到彈性滾軸108時，彈性滾軸108滾動橫跨金屬片106。在圖1A所示的實施例中，彈性滾軸與耦接上部框架114的背板110耦接。在一個實施例中，彈性滾軸108可藉由導線穿過彈性滾軸108並附加到背板110來維持相對於背板110的位置。然而，其他實施例可透過其他機構來維持彈性滾軸108在適當位置，例如軌道系統維持滾軸垂直於基板104的邊緣。例如，在一個實施例中，襯套(bushing)(例如由石墨、青銅或另一種合適的材料製成的襯套)圍繞彈性滾軸108的外側，且軌道系統約束彈性滾軸108，以維持垂直於彈性滾軸108的滾動方向。
相較於圖1A所示之實施例包括背板110，一些系統可包括支承滾軸。例如，一些系統可包括支承滾軸，其是施加壓力到加工滾軸，以使工作滾軸接觸工件的第二滾軸。於固定的結構中支承滾軸典型地耦接工作滾軸，且當工作滾軸滾動橫跨工件時，支承滾軸轉動。至少部分 由於支承滾軸的轉動，支承滾軸難以受熱均勻。此外，當使用支承滾軸時，工作滾軸通常剛性地約束於如支承滾軸之同一垂直平面上。剛性地約束工作滾軸一般涉及使用軸承於工作滾軸上，這會對使用彈性滾軸呈現挑戰性。
相反地，根據實施例，採用支承板(如在圖1A中示出)之系統不需要彈性滾軸108的剛性約束，以保持彈性滾軸108於背板110下方。如上所述，通過滾軸(或其他非剛性約束機構)的保持線可足以保持彈性滾軸108抵靠在背板110上。此外，在採用背板110的系統中，於彈性滾軸108上的側向力通常比使用支承滾軸時小得多，且摩擦能阻止彈性滾軸108被推出系統。在實施例中，因為背板110的能力，彈性滾軸108可自行對準基板104來樞轉。此外，背板通常比支承滾軸容易發熱。
再次參閱圖1A，根據實施例，當彈性滾軸108滾動跨越設置在基板104上方的金屬片106時，背板110將壓力施加到彈性滾軸108。 如在圖1A中所示，在一個實施例中，背板保持相對固定在xz平面上，並沿y軸垂直地移動以施加所需的壓力到彈性滾軸108。例如，在一個實施例中，背板110施加介於20kgF~100kgF(1.5N/mm至7.9N/mm)範圍內的壓力。然而，其他實施例可涉及施加小於20kgF或大於100kgF的壓力。在一個實施例中，基板可嵌套在平台中，或被平台102上的框架圍繞，使得彈性滾軸108可持續在基板的邊緣和基板的內部施加基本相同的壓力。根據實施例，嵌套或框住基板104可幫助支撐彈性滾軸108在基板104的邊緣，且因此當彈性滾軸108到達及/或橫跨基板104的邊緣時，保護了基板104的邊緣。
根據實施例，背板110可被加熱，在這種情況下，當彈性滾軸108滾動跨越金屬片106時，背板110可施加熱以及壓力到彈性滾軸108。例如，在一個實施例中，背板110藉由一或多個加熱元件加熱至在300~550℃範圍內的溫度。加熱元件可嵌入或外加至背板110。背板110可由鋼(例如316級鋼或另一種合適級的鋼)、或另一種能夠被加熱和施加壓力至彈性滾軸108的材料製成。平台102更可以，或者替代地，藉由一或多個加熱元件加熱。例如，在一個實施例中，平台102被加熱至介於300~550℃範圍內的溫度。根據一個實施例，來自背板110的壓力和熱通過彈性滾軸108傳遞至金屬片106，使金屬片106接合到基板104的一表面上。
「彈性滾軸」是具有至少一些彈性的滾軸。彈性是當一個物體受力時會變形，並且在停止施加變形力後恢復其初始形狀的能力。 因此，根據實施例，當彈性滾軸108滾動跨越金屬片106時，背板110施加壓力到彈性滾軸108，彈性滾軸108有足夠的彈性來變形，以橫跨在背板110、基板104及/或平台102中的凸塊或凹陷。彈性滾軸108的變形可允許沿彈性滾軸108的長度的壓力重新分配。根據實施例，從背板110去除彈性滾軸108上的壓力後，彈性滾軸返回到其原來的形態。與此相反地，採用非彈性滾軸的系統可能導致壓力集中在工件上或滾軸之高點，導致非均勻的接合。因此，根據實施例，彈性滾軸108的彈性使整個金屬片106基本上施加均勻的壓力。
根據實施例，除了彈性外，彈性滾軸108至少部分由高溫材料所製成。「耐高溫材料」是指適合於高溫處理中使用的材料。當暴 露於高溫下時，適合於高溫處理中使用的材料通常隨時間對結構降解具阻抗性。例如，耐高溫度材料暴露於高溫時於彈性或其它性能上可無顯著變化，並可能具有低的斷裂和潛變積累的速率(例如非彈性變形的低速率)。在高溫下，處理可能涉及加熱物體至高於330℃範圍的溫度。例如，在一些實施例中，高溫處理涉及加熱物體至介於350~550℃之範圍內的一溫度。在其它系統中使用的彈性滾軸通常不適合於高溫處理中使用。例如，一些其它系統採用由矽樹脂、橡膠、或聚氨酯所製成的彈性體滾軸。高溫(如溫度高於或等於350℃)為超出在其他一些系統中使用的彈性體材料的工作極限。例如，在一些其它系統中使用的最高溫度的彈性體是全氟彈性體，其具有327℃的最高溫度。
相反地，實施例包括由高溫材料製成的彈性滾軸，如適合於高溫處理的金屬。在一個實施例中，彈性滾軸108是中空的金屬滾軸，例如薄壁鋼滾軸(例如316級不銹鋼或另一種合適級的鋼)。根據實施例，薄壁鋼滾軸在徑向方向上具有足夠程度的彈性，並與高處理溫度相容。
圖1B係繪示根據本揭露的實施例的彈性滾軸例如圖1的彈性滾軸108的等角視圖。根據一個實施例，彈性滾軸108具有介於4毫米至25毫米範圍內的外徑127，和介於0.1毫米至2毫米範圍內的壁厚125。 然而，實施例能夠於滾軸之直徑範圍內。實施例更可包括其它提供足夠彈性的滾軸壁厚。
在一個實施例中，彈性滾軸108為管內具有惰性氣體(例如氬氣或氦氣)的金屬管。在另一個實施例中，彈性滾軸108為其內具有縱向的螺旋彈簧的金屬管。根據實施例，彈性滾軸108的管內的惰性氣體 或彈簧可導致從管的內側徑向作用附加力。因此，根據實施例，惰性氣體或彈簧與具有較薄之壁的管可實現更大的彈性力(例如，比使用內部沒有彈簧或惰性氣體的空心管具有更大的彈性力)。根據實施例，具有較薄之壁的管可是有益的，因為在經過凸起和凹陷時，它沿滾軸的長度可更具有符合性，然而當壁變薄時，管在施加壓力下可能變形更嚴重。 因此，根據實施例，彈性滾軸108的變形低於塑性變形極限，以防止彈性滾軸108的永久凹痕。
在一個實施例中，背板110被樞轉，使得當背板110施加壓力到彈性滾軸108時，背板110基本上垂直於彈性滾軸108樞轉約一直線。例如，如圖1A所示，在一個實施例中，背板110圍繞z軸樞轉，使得背板110可自行對準平行於基板104的x軸。在一個實施例中，背板110樞轉於軸112。在一個這種實施例中，背板110是自行樞轉或自動對準，使得其自動樞轉(沒有由使用者或控制器來主動控制)，以於接合期間有均勻的壓力。因此，根據實施例，由於彈性滾軸108僅垂直接觸於z軸線，基板104沿z軸的表面不必精確地平行於背板110沿著z軸的表面，以實現均勻的接合。
根據實施例，如圖1A所示，此系統更包括升降導軌130以垂直地移動平台102(沿著圖1A所示的y軸)，以帶動彈性滾軸108接觸到在基板104上的金屬片106和背板110兩者。升降導軌130可耦接到可用升降曲柄124來進行操作的升降凸輪126。雖然在圖1A中的升降導軌位於平台102下方以垂直平移平台102，升降導軌也可以或可替代地與上部框架114耦接，以垂直平移背板110。因此，升降導軌可包括朝彈性滾軸108 來移動平台102，及/或朝向平台102來移動彈性滾軸108。根據實施例，圖1A更示出了滑軌128使位於彈性滾軸108下的平台102可水平地移動(沿如圖所示的Z軸)。例如，平台102可被支撐於與滑軌128耦接且水平地沿滑軌128滑動的滑動台122上。此外，或替代的，滑軌移動平台102，系統可包括滑軌用以移動背板110水平地橫越平台102。因此，根據實施例，當背板110施加壓力至彈性滾軸108時，與平台102及/或背板110耦接的滑軌能使背板110滾動彈性滾軸108橫越金屬片106。
在一個實施例中，此系統包括壓力感測器(例如計重秤(weight scale)、荷重計(load cell)或其他壓力感測器)，以檢測由背板施加且因此由彈性滾軸108傳遞至在基板104上的金屬片106的壓力。例如，如圖1A所示，壓力感測器118可位於平台102下。壓力感測器也可在基板104下或加熱的背板110上的其他處。來自壓力感測器118的讀數120可接著被發送到控制器或其他計算裝置，並且可在反饋迴路中用於調節上部框架114及/或平台102的垂直位置。控制器或其他計算設備可包括一些或全部關於描述於下文的圖6的數據處理系統600的元件。
因此，根據實施例，即使當晶片有厚度變化或非平面的平台或背面的表面時，彈性滾軸和背板被加熱及/或樞轉使得施加均勻的壓力到箔上。根據實施例，使用背板而非支承滾軸可減輕硬性約束工作滾軸的需求，從而使工作滾軸的尺寸有更大的自由度。
圖2係根據本揭露的實施例的接合金屬片到基板的方法所列出的操作流程圖200。圖3A、3B、4A、4B及5A至5G係繪示根據不同 的實施例，與在圖2的方法中不同的觀點，用於接合金屬片到基板的系統之不同視圖。
回到圖2，根據實施例，接合金屬片至基板的方法包括：在步驟202中，定位金屬片於基板上。根據實施例，金屬片可為箔的連續卷或離散的金屬片(例如箔的切斷部分)。例如，參照圖3A，在一個實施例中，來自箔卷311的金屬片306延伸跨至基板304外。如圖3A所示，在實施例中，來自箔卷311的箔從由左至右展開(例如在正x方向上)，並且可透過一或多個滾軸313發送於基板304上。箔夾具315(例如箔張緊器)可於接合之前維持金屬片306於基板上304。箔夾具315可用來將金屬片306拉出至基板304的邊緣附近(例如鄰近於基本上正方形基板的四個邊緣)。圖4A和4B係繪示圖3A和3B的系統的俯視圖，更清楚地繪示箔夾具315。例如，圖4B係繪示根據實施例的圖3A的系統移除支承板後的俯視圖，其示出了四個箔夾具315沿箔的平面施加金屬片306拉伸應力(例如拉力)。來自箔夾具315的拉伸應力可最小化在金屬片306上的皺褶，並使得金屬片在接合之前基本上是平的。因此，根據一個實施例，定位金屬片在基板上涉及利用箔夾具315保持金屬片306在基板304上的同時，箔夾具315施加拉伸應力至箔以拉直或平滑金屬片306。
圖5A係繪示根據本揭露的實施例在基板上放置離散的箔片的一個例子(而不是如在圖3A之連續的箔)。根據一個實施例，離散的箔片可以箔的中央、接合區域被拉緊的方式切割，當其被局部加熱而膨脹時，不受箔未被加熱的眾多片段約束。為了實現此目的，在一個實施例中，箔片的邊緣部分(例如正方形或長方形箔片的邊緣部分)可被 移除，使冷卻器邊緣不形成於張緊點之間的連續的箔區域，其可防止張力作用於整個箔的中心。
類似於圖3A，金屬片506可由箔卷511來分配(例如透過箔分配器)。然而，其他實施例可使用提供金屬片之另一種方法。在一個實施例中，當箔被展開時，箔之表面塗佈有非黏性塗層。如在圖5A所示，根據實施例，非黏性塗層塗佈器541(例如噴霧器)塗佈非黏性塗層例如石墨於金屬片506的背側。如下面所說明的，在一個實施例中，金屬片506的背側接觸有黏性滾軸(tack roller)551和彈性滾軸508，且非黏性塗層可有助於防止金屬片506黏附到黏性滾軸551及/或彈性滾軸508。在一個實施例中，非黏性塗層可施加到黏性滾軸551及/或彈性滾軸508，或除此之外，塗佈在金屬片506的背側。例如，在一個實施例中，黏性滾軸551及/或彈性滾軸508塗佈有氮化鋁鈦(TiAlN膜、類金剛石碳、類金剛石合金、或其它可防止金屬片黏附到彈性滾軸508或黏性滾軸551的塗層)。
在金屬片506塗佈有非黏性塗層後，金屬片可利用加熱元件543進行加熱。預加熱金屬片可便於放置和接合金屬片506於基板504之上。如在圖5A所示的一個實施例中，金屬片506從箔卷511展開，金屬片可透過一或多個滾軸545發送至基板504上方的區域。金屬片506可維持於箔夾具547之間。如圖5B至5D所示，根據一個實施例，金屬片506可接著利用黏性滾軸551附加(tack)(例如，可拆卸地連接，但尚未接合)於基板504。根據實施例，在圖5B中，黏性滾軸551向下移動以將金屬片506壓在基板504的表面上。在一個實施例中，如圖5C所示，黏性滾軸551 下降以向下施加壓力到金屬片506之後，金屬片506保持在基板504上，箔切割器561切斷金屬片506。
在一個實施例中，箔切割器561切斷尺寸比基板504稍大的金屬片，使得過量的箔超出基板504的邊緣。切割金屬片506使得過量的箔超出基板504的邊緣可提供於附加及/或接合之前，基板504相對於金屬片506的移動錯誤的事件的餘量。在另一個實施例中，於接合期間，金屬片可被切割比基板504略小並對準到基板504的中心，使得金屬片接合到基板504後，基板504的邊緣不為金屬片所覆蓋(例如，邊緣是可見的)。 具有可見的邊緣可有利於隨後的處理(例如圖案化處理)，這些處理可能涉及基板及/或設備的對準。例如，圖案化處理可能涉及藉由找出基板504的邊緣來對齊。因此，在一個實施例中，當基板504的邊緣不被懸垂的箔遮蔽時，基板504的邊緣的光邊緣檢測可較簡單。
根據實施例，如圖5C和5D所示，平台502接著水平移動(沿圖5C和5D所示的z軸)，同時黏性滾軸551施加向下的壓力在金屬片506上。根據實施例，平台502的水平移動且同時黏性滾軸551施加向下的壓力，使金屬片506附加至基板。在其他實施例中，黏性滾軸551可水平地移動，以使金屬片506附加到基板504。在附加之後，黏性滾軸551可從金屬片506升起。因此，在一個實施例中定位金屬片506在基板504上涉及於接合之前將金屬片506附接至具有黏性滾軸551的位置並切割金屬片506。
再次參看圖2，根據實施例，此方法更包括：步驟204，滾動彈性滾軸橫越金屬片。彈性滾軸可相同或相似於上述圖1A所描述的彈 性滾軸108。因此，如上所述，根據實施例，彈性滾軸至少部分由高溫材料所製成。在一個實例中，參照圖3B，滾動彈性滾軸308橫跨金屬片可涉及滾動中空金屬滾軸橫越金屬片306。如上所述，彈性滾軸308也可含有惰性氣體，及/或容納縱向設置於彈性滾軸內部的彈簧。如圖3B所示，在一個實施例中，彈性滾軸308從右側移動到左側(例如在負x方向上)。根據實施例，彈性滾軸308的滾動是由背板310的水平移動(如圖3B所示，沿x軸移動)所引起的，而平台302於滾動過程中保持在適當位置。滾軸308的移動範圍可藉由滾軸保持滑道337限制為沿著x軸。
在一個實施例中，如圖3B所示，箔卷311和平台302彼此不沿x軸相對移動。然而，如圖1A所示，彈性滾軸108的滾動也可藉由平台102的移動來實現。相似地，根據另一實施例，圖5E和圖5F係繪示，由於透過滑動台522的水平移動來移動平台502，使彈性滾軸508滾動橫越金屬片506。例如，根據如圖5E和圖5F所示的實施例，平台502被支撐在滑動台522上，且滑動台522在z方向上沿著滑軌549移動。根據實施例，平台502的移動因而導致彈性滾軸508滾動橫越金屬片506。
參照圖2，在步驟206，此方法進一步包括當彈性滾軸滾動橫越金屬片時，利用在滾軸上方的背板施加壓力及/或熱至彈性滾軸。例如，圖3B示出背板310沿著z軸下降將壓力施加到彈性滾軸308，將彈性滾軸308壓抵於金屬片306。平台302及/或背板310可垂直移動以在彈性滾軸308和金屬片306之間產生足夠的壓力，以使金屬片306接合到基板304。如上所述，背板310也可被加熱。
如圖3B所示，背板310耦接上板325，且上板325耦接滑動軸或心軸312，上板325(且因此墊板310)可沿著滑動軸或心軸312移動。 根據實施例，滑動軸312也可藉由直線軸承331以相對於上部框架333(沿著如圖3A所示的z軸)垂直移動。滑動軸312的垂直移動允許背板310被降低到將彈性滾軸308壓入至金屬片306。因此，背板310的垂直位置(例如高度)可決定施加於彈性滾軸308上且因此施加於金屬片306和基板304上的壓力。
在使用上板325的實施例中，背板310可被加熱，而上板325不主動加熱。其他實施例可不包括單獨的上板。在一個實施例中，當背板310施加壓力時，熱從被加熱的背板310傳遞到彈性滾軸308，並從彈性滾軸308傳至金屬片306。平台302也可以或可替代地被加熱。在一個實施例中，平台302被加熱，而與滑軌335耦接的下部322則可不被加熱。 因此，來自背板310的熱和壓力及/或來自平台302的熱，以於金屬片306和基板304之間形成接合。也如以上所提到的，以背板施加壓力可進一步涉及使用基本上垂直於彈性滾軸308自行樞轉約一直線的背板施加壓力。
相似地，根據實施例，圖5E和5F示出了藉由背板510的垂直移動(例如透過與背板510耦接的滑動軸或框架)，使背板510施加壓力到滾軸508。雖然圖3B和圖5E皆示出背板垂直移動，以使壓力施加至彈性滾軸與金屬片之間的例子，但在其它實施例中，平台可垂直移動以產生待施加的壓力。
在金屬片與基板接合後，可執行進一步的處理步驟。例如，在一個使用連續的箔的實施例中，基板可從連續的箔切斷。再次參照圖 3B，基板304可從平台302移動到另一平台以進行切割。在實施例中，系統接合金屬片306至基板304時，金屬片306是連續的箔卷的一部分，於接合後，箔邊緣夾具319或箔邊緣滾軸可用於拉動金屬片306的邊緣，使基板304從平台302被卸載。根據實施例，拉動箔的邊緣以從平台302移除基板304，也從箔卷311展開更多箔以用於下一個待處理的基板。例如，圖3B示出在基板304從平台302被拉出，並由基板夾具317支撐以保持基板304於適當位置，同時金屬片306被切斷。在圖3B所示的實施例中，此系統更包括熱屏蔽327，其可保護接合後的基板304及/或使基板304冷卻免於進一步的加熱背板的熱暴露。在一個實施例中，基板304可進一步在相同的平台302上處理。
金屬片306可由切割器(例如箔修整器(trimmer))進行切割。如圖3B所示，在一個實施例中，切割器為能夠圍繞基板304的邊緣切割金屬片306，以使基板304從連續的箔分離的雷射323。在圖5G所示的實施例中，金屬片506在接合之前已被切斷。因此，於接合後，基板504可直接從系統上卸載(例如透過機器人卸載臂553)。金屬片被接合到基板和修整之後，基板可能會受到進一步的處理，包括太陽能模塊中的內容物。
圖4A和4B係繪示根據實施例的圖3A和3B的系統的俯視圖，其示出了基板如何從多個側面被加載及卸載，以提高處理速度。圖4A係繪示根據實施例的背板310位於基板304上時的圖3A和3B的系統的俯視圖。圖4B係繪示根據實施例的背板310被移除時的俯視圖。在圖4A和4B所示的實施例中，分別具有預裝載的基板304A和304B的多個平台 302A和302B能夠快速處理。例如，支撐第一基板304A的第一平台302A可藉由滑軌335於背板下(且因此如圖4A所示於上板325下)移動。
如圖4A和4B所示，根據一個實施例，箔411從左到右由箔卷展開。當金屬片接合到第一基板304A時，第二基板304B可預加載於在系統的相對側上的第二平台302B上。根據實施例，在第一基板304A從平台302A卸載後，且在平台302A移回其裝載位置後，預加載的第二基板304B準備於背板下被移動。第二基板304B也可被預先加熱(例如在有加熱平台的實施例中)，同時第一基板304A正在處理中。
在一個實施例中，基板從平台卸載後，將基板傳送(例如透過拉箔411向右移)到位置461，其中雷射切割箔外的基板。其他實施例可涉及其它切割機構，例如機械切割器，以切斷於箔外的基板。根據實施例，其上的金屬層被接合並切斷的處理過的基板463A和463B可接著從位置461移動並從系統卸載。剩餘的箔321(例如圍繞基板的邊緣切割後剩下的箔廢料)可從系統滾離(roll off)(或以其他方式移除)，並且可被回收。
圖6係繪示根據本揭露的實施例的數據處理系統(例如計算機系統)，其可配置以儲存和執行一組指令以執行所揭露的技術。示例性數據處理系統600包括一或多個處理器602、主記憶體604(例如唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體(DRAM)例如同步DRAM(SDRAM)或Rambus公司的DRAM(RDRAM)等)、靜態記憶體606(例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)以及輔助記憶體618(例如數據儲存裝置)，其透過匯流排630彼此通訊。
處理器602代表一或多個通用處理裝置，例如微處理器、中央處理單元或其類似物。更具體地說，處理器602可為複雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器等。處理器602也可為一或多個專用處理裝置，例如專用集成電路(ASIC)、現場可程式化閘陣列(FPGA)、數位訊號處理器(DSP)、網路處理器或其類似物。處理器602係配置以執行用於執行本文所述步驟的處理邏輯626。
數據處理系統600可更進一步包括網路介面裝置608。數據處理系統600更可包括視頻顯示單元610(例如液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、文字數字輸入設備612(例如鍵盤)、游標控制設備614(例如滑鼠)以及訊號產生裝置616(例如揚聲器)。
輔助記憶體618可包括機器可存取儲存媒體631(或更具體的計算機可讀取儲存媒體)，其上儲存一組或多組的指令(例如軟體622)以實施本文中所描述的任何一或多個的方法或功能。軟體622也可駐留，於數據處理系統600執行的過程中完全或至少部分地在主記憶體604內及/或處理器602內，而主記憶體604和處理器602也構成機器可讀取儲存媒體。軟體622可進一步經由網路介面裝置608透過網路620被發送或接收。當機器可存取儲存媒體631在示例性實施例中為單媒體，用語「機器可讀取儲存媒體」應當被認為包括儲存一組或多組的指令的單媒體或多媒體(例如，集中式或分佈式數據庫，及/或相關聯的快取記憶體和伺服器)。
用語「機器可讀取儲存媒體」也應被理解為包括能夠儲存或編碼供機器執行的一組指令並引發機器執行本揭露的任何一或多個方法的任何媒體。例如，機器可讀取(例如計算機可讀取)媒體包括機器(例如計算機)可讀取儲存媒體(例如唯讀記憶體(“ROM”)、隨機存取記憶體(“RAM”)、磁盤儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置等)、機器(例如計算機)可讀取傳輸媒體(以電、光、聲或其它形式傳播的訊號(例如紅外線訊號、數位訊號等))等等。
因此，一種具有高溫彈性元件的熱壓接合工具，和一種接合金屬片至基板的方法已被揭露。
雖然具體實施例已被描述於上，但即使具體特徵僅描述於單個實施例，這些實施例並不意於限制本揭露的範疇。除非另有敘述，否則提供於本揭露中的特徵的範例意為說明而非限制。以上描述意於涵蓋對於享有本揭露的利益的領域中具有通常知識者將為顯而易見的替換物、修改以及等效物。
本揭露的範疇包含文中所揭露的任意特徵或特徵的結合(明示地或暗示地)，或是任何其概括，而不論其是否減少任何或所有文中所處理的問題。因此，於本申請(或是對其主張優先權的申請)的審查期間新的申請專利範圍可制定為任意此類特徵的結合。具體地，參照後附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵結合且來自個別獨立項的特徵可用任何適合的方式結合而不僅是於後附申請專利範圍中所列舉的特定結合。
102:平台
104:基板
106:金屬片
108:彈性滾軸
110:背板
112:軸
114:上部框架
118:壓力感測器
120:讀數
122:滑動台
124:升降曲柄
126:升降凸輪
128:滑軌
130:升降導軌

Claims (17)

  1. 一種用於接合金屬片至基板的系統，該系統包含：一平台，係支撐該基板；一彈性滾軸，係位於該平台上方，其中該彈性滾軸包含一高溫材料；以及一加熱背板，係位於該彈性滾軸上方；其中當該彈性滾軸滾動橫跨設置在該基板上方的該金屬片時，該加熱背板配置以施加壓力及熱到該彈性滾軸，其中該加熱背板包含一或多個加熱元件，該加熱元件係配置以加熱該加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該加熱背板基本上垂直於該彈性滾軸自行樞轉約一直線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該彈性滾軸包含一空心金屬滾軸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該空心金屬滾軸包含一薄壁不銹鋼滾軸。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該彈性滾軸具有介於4mm至25mm範圍內的一外徑，及0.1mm至2mm的一壁厚。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該彈性滾軸包含一金屬管，該金屬管係配置以含有一惰性氣體於該金屬管內部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該惰性氣體包含氬 氣或氦氣。
  8. 一種接合金屬片至基板的方法，該方法包含：定位該金屬片在該基板上；滾動一彈性滾軸橫跨該金屬片，其中該彈性滾軸包含一高溫材料；當該彈性滾軸滾動橫跨該金屬片時，以位於該彈性滾軸上方的一加熱背板施加壓力且加熱到該彈性滾軸；以及加熱該加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中施加壓力進一步包含以一樞轉加熱背板施加壓力，其中該樞轉加熱背板基本上垂直於該彈性滾軸自行樞轉約一直線。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中滾動該彈性滾軸橫跨該金屬片包含滾動一空心金屬滾軸橫跨該金屬片。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中滾動該空心金屬滾軸橫跨該金屬片包含滾動一薄壁不銹鋼滾軸橫跨該金屬片。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中滾動該彈性滾軸橫跨該金屬片包含滾動填充有一惰性氣體之一金屬管橫跨該金屬片。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中滾動填充有該惰性氣體之該金屬管橫跨該金屬片包含滾動填充有氬氣或氦氣之該金屬管橫跨該金屬片。
  14. 一種用於接合金屬片至基板的系統，該系統包含： 一平台，係支撐該基板；一彈性滾軸，係位於該平台上方；以及一樞轉背板，係位於該彈性滾軸上方；其中當該彈性滾軸滾動橫跨設置在該基板上方的該金屬片時，該樞轉背板被配置以施加壓力到該彈性滾軸及基本上垂直於該彈性滾軸樞轉約一直線，其中該彈性滾軸包含一高溫材料，以及其中該樞轉背板包含一或多個加熱元件，該加熱元件係配置以加熱一加熱背板至介於300至550℃範圍內的一溫度。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該彈性滾軸包含一空心金屬滾軸。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該空心金屬滾軸包含一薄壁不銹鋼滾軸。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該彈性滾軸包含一金屬管，該金屬管係配置以含有一惰性氣體於該金屬管內部。
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