[发明专利]用于将焊料涂覆在工件上的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将焊料涂覆在工件上、优选涂覆在一种诸如太阳能电池的半导体器件上的方法，其中使用一种焊丝在超声波作用下将熔融状态的焊料涂覆到工件上。本发明还涉及一种用于将焊料涂覆在工件上、尤其涂覆在诸如太阳能电池的半导体器件上的设备，包括焊丝供应装置、焊丝加热装置、超声波焊头以及用于既相对于加热装置又相对于超声波焊头输送工件的输送装置，其中在配属于加热装置的加热区中熔化焊丝。

背景技术

WO-A-2008/014900(DE-A-102006 035 626)公开了一种用于将连接导体装配在太阳能电池上的方法，即利用超声波钎焊将焊料涂覆在太阳能电池上。为此可利用超声波焊头在焊接温度下焊上焊丝或者预成型焊片(Lotformteil)形式的焊料。

利用超声波将焊料焊在特别是太阳能电池上的好处在于，不必使用助焊剂(Flussmittel)，否则会增大太阳能电池受损的危险。可通过超声波作用粉碎太阳能电池上的氧化物层，以便保证在焊料与太阳能电池的相应金属层之间形成机械稳固的、导电性良好的接合。所述金属层如果是铝层，譬如由铝构成的背面触点，则特别有益。

关于相应的超声波焊接方法，例如也可参阅US-B-6,357,649或者Mardesich等人所著文章：“A Low-Cost Photovoltaic Cell Process Based on ThickFilm Techniques(基于厚膜技术的低成本光伏电池工艺)”；光电专业会议论文集第14期，1980年，第943-947页。

发明内容

本发明的任务在于，对开头部分所述类型的方法和设备进行适当改进，从而能够十分精确地将焊料涂覆到工件上，且不会使得工件并非所愿地遭受高的温度。

为了解决这一任务，按照本发明所述的方法，主要建议将焊丝送给在加热装置和产生超声振动的超声波焊头之间延伸的间隙，在该间隙中使其熔化，然后经过该间隙流向工件。

与现有技术的不同之处在于，焊料并不经过加热装置，而是通过一个开口传送焊料，以便能够在超声波作用下焊接工件，这也可以称为补焊更确切地说，焊丝被送给侧面的自由间隙，通过加热装置和超声波焊头之间的距离来设定所述间隙的宽度。优选适当设计超声波焊头和加热装置之间的间隙，使其宽度优选大致介于¹/₂D≤B≤D之间，D表示焊丝的直径。

按照本发明，并非仅仅将加热装置、而是也将超声波焊头加热到焊丝熔点以上的温度，且可以相互独立地设置温度。

由于受激后纵向振动的超声波焊头形成间隙的边界，因此尽管熔融焊料所具有的表面张力很高，也能吸入焊料穿过间隙。就此而言，该间隙大致可起到毛细作用。

采用相关措施尤其也能得到这样的优点，即可以用常见的焊料并基于此来焊接工件尤其是太阳能电池，譬如可使用锡锌基焊料、锡银基焊料或者纯锡焊料。

按照改进方案规定，为了避免贯穿连接(分接)在太阳能电池顶面上延伸的表层如SiN_x层，在较低的超声波焊头频率下进行操作，优选在10kHz和40kHz之间的范围内进行操作。尤其还规定，使得超声波焊头纵轴线与从工件(如太阳能电池)表面引出的法线夹成小于90°的夹角，可以完全水平地定向，也就是水平注入。

还可以使得超声波焊头的振动偏离于谐振频率。可以采用使超声波焊头失谐的方式，或者通过不同于整数倍λ/2的超声波焊头长度来实现这一点，λ是超声振动的振幅。

焊料的涂覆速度应在0.1mm/sec和200mm/sec之间，尤其应在20mm/sec和80mm/sec之间。

此外还可以利用本发明所述的方法涂覆起到主栅线作用的焊带，通常将焊带涂覆在太阳能电池上。例如可以将两个或更多优选由锡构成的主栅线涂覆在太阳能电池正面上。起到主栅线作用的焊料迹线的宽度应在0.5mm和15mm之间，优选在2mm的范围内。

为了实现充分的工艺稳定性，此外规定，所使用的超声波系统处在不间断工作状态，也就是超声波焊头连续振动，以免在超声波系统激振时可能出现谐振偏差。此外不间断激振还有这样的好处：可在加热装置和超声波焊头之间的加热区中稳定焊料引起的湿润特性。

此外特别有益的是，可以在焊接一个工件或者预定数量的工件之后以脉冲吹扫方式清洁间隙，从而能够轻松去除熔融焊料供应区域内的结皮。可在抬起包括加热装置和超声波焊头的设备以便将新工件定位在超声波焊头区域中时执行该操作。