超声波焊接方法及超声波焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波焊接方法及超声波焊接装置，其目的在于能够对被焊接部分中不含有Ag、铅或混入量被削减的电极等进行焊接。本发明专利技术具有下述步骤：预备加热步骤，将在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，在前述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的前述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整至第二指定温度的状态，使前述烙铁尖端部分抵接于前述膏部分，或在抵接于前述膏部分的同时进行移动，对该膏部分进行焊接；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，且低于未施加超声波时焊料会熔融的温度。

Ultrasonic welding method and ultrasonic welding device

The invention relates to an ultrasonic welding method and an ultrasonic welding device, which can be used for welding the electrodes which are not contained in Ag, lead or mixed quantity in the welded part. The invention has the following steps: pre heating step, will not have any part in the coating containing Ag, Cu, Pb and paste by the substrate after sintering or part of the substrate is heated to prepare solder paste, below the melting temperature of the first specified temperature; and the ultrasonic welding steps in the preparation of the heating step have anointed part of the substrate is heated to a specified temperature for the first, through contact with the tip of the soldering iron part second to the specified temperature state, the iron tip part is connected with the paste, or in the part in contact with the paste and paste on the move, part of the second specified temperature welding; is the supply in the ultrasonic conditions have solder melting, and lower than that under ultrasonic solder will melt temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对在基板上的涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的超声波焊接方法及超声波焊接装置。
技术介绍
以往，利用可再生能源之一的太阳电池，是以20世纪的主角的半导体技术作为基础而进行其开发。其为影响人类生存的全球性水准的重要开发。该开发课题不仅是将太阳光转换成为电能的效率，亦一边面对削减制造成本及无公害的课题一边进展。实现这些的着手进行，削减或不使用在电极所使用的银(Ag)和铅(pb)的使用量特别重要。通常，太阳电池的构造，如图18(a)的平面图及图18(b)的剖面图所示，由以下的各要素所构成：N型/P型的硅基板43，是将太阳光能源转换成为电能；氮化硅45，具有防止硅基板43的表面反射的机能且为绝缘体薄膜；指状电极(fingerelectrode)42，取出在硅基板43中所产生的电子；汇流排电极(busbarelectrode)41，以指状电极42收集所取出的电子；及引出导线47，将收集至汇流排电极41的电子取出至外部。其中，在汇流排电极(汇流电极，buselectrode)41及指状电极42使用银(银膏)及铅(铅玻璃)，优选为将不使用银或削减银的使用量，更甚者，将铅(铅玻璃)的使用量削减或不使用，使其形成为低成本且无公害。特别是，为了烧结形成上述电极(汇流排电极41、指状电极42)，以往使用银膏(或一部分铜膏)，该银膏中，由于含有银成分(粉末)、玻璃成分(铅玻璃)、有机材料成分、有机溶剂成分、树脂成分，故期望将其中前两者的银成分(粉末)以及玻璃成分(铅玻璃)不使用，而改由替代物替换(例如替换为NTA玻璃(于后述说明))，再于此经网版印刷并烧结而形成的电极(没有Ag、Cu、Pb)焊接引出导线等。
技术实现思路
[专利技术所欲解决的课题]为了烧结而形成构成上述例如太阳电池的电极(汇流排电极41及指状电极42等)，不使用以往的银膏中的银成分(粉末)以及玻璃成分(铅玻璃)，改由替代物(例如NTA玻璃)置换，其中，由不使用或削减银、铅的NTA膏(日本特愿第2015-191857号)经烧结而形成的电极部分中，由于没有Ag等(或仅有些微Ag)，发生不能进行以往的焊接法的情形。期望有解决此情形，而在没有或仅有些微Ag等的部分(电极等)进行焊接。[解决课题的手段]本专利技术人们，发现可在由膏中使用100％后述的NTA玻璃(钒酸盐玻璃)，并且在由不含有或仅混入些微的Ag及玻璃(铅玻璃)的膏(以下称为膏)经烧结而作成的汇流电极等上进行焊接的方法。也发现通过该方法进行焊接的太阳电池相较于使用以往的银膏的情形，可作成具有较优异特性的太阳电池(于后述说明)。于该NTA膏经烧结的部分(电极等)焊接的手法不限定于上述的太阳电池的汇流电极等，是在网版印刷等中作成电极等时也可使用的焊接手法。本专利技术根据这些发现，可以在由不使用或仅混入些微银、且铅(铅玻璃)的使用量削减或不使用的膏(例如NTA膏)经烧结而作成的例如太阳电池的汇流电极(汇流排电极)上进行后述的超声波焊接，以于表面上焊接焊料(也就是镀覆焊料)、以及引出导线等，使得如以往的安装成为可能，此结果，能够对于被焊接部分中不含有Ag及铅或混入量经削减的电极进行焊接。因此，本专利技术为一种焊接方法，是对在基板上的任意部分涂布膏且经烧结后的部分进行焊接的焊接方法，且具有下述步骤：预备加热步骤，是对在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，是在前述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的前述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整至第二指定温度的状态，使前述烙铁尖端部分抵接于前述膏部分，或者在抵接于前述膏部分的同时进行移动，而对前述膏部分进行焊接；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加超声波时焊料会熔融焊料的温度。此时，将第一指定温度设为室温以上至第二指定温度范围内的温度。又，将前述第二指定温度设为较未施加超声波时焊料会熔融的温度低10至40℃范围内的温度。又，作为不含有Ag、Cu、Pb的膏，设为不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃为100wt％，或，不含有Cu、Pb且含有Ag为0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃的NTA膏。又，焊料至少含有Sn、Zn、Cl。又，在超声波焊接步骤中进行焊接之际，为了使膏中的有机溶剂不残留，事先对该膏部分进行干燥或加热干燥。又，以涂布于基板上的膏部分尽可能地成为平滑的方式进行烧结。又，超声波设为20KHz至150KHz的频率。[专利技术效果]本专利技术如上述，通过使用不含有Ag、Cu、Pb的例如导电性的NTA玻璃100％的NTA膏，甚至NTA玻璃设至50％左右(也可更减少含量)的NTA膏以取代以往的银(或Cu)膏来烧制电极，并于该电极进行超声波焊接，发现即使不使用在以往的银膏中的银或削减其使用量，且削减铅(铅玻璃)的利用量或不使用，也可对膏烧结部分进行焊接而安装引出导线等。借此，具有下述特征。第1是为了形成例如太阳电池的汇流排电极(汇流电极)，使用属于导电性钒酸盐玻璃的NTA玻璃(参照日本注册商标第5009023号，日本专利第5333976号)100％，进一步为至50％左右，以取代银膏，即使不使用Ag或削减其使用量，更甚至削减铅(铅玻璃)的使用量或不使用，也可通过本专利技术的超声波焊接对膏烧结部分进行焊接。第2通过将例如汇流排电极(汇流电极)使用NTA玻璃100％至50％左右(也可更减少含量)，由目前初期阶段的实验结果可得到与太阳能转换为电子能量的效率几乎相同或略高的发挥作为汇流排电极效果的电极形成(参照图17)。考察这是由于NTA玻璃形成如下者所达成：(1)具有导电性；(2)通过使用NTA玻璃使指状电极形成与该汇流排电极(汇流电极)的上面为相同高度的部分、或穿出而于上面突出的部分，并以导线的本专利技术的超声波焊接来接合这些部分，结果，高电子浓度领域与导线直接以指状电极连接；以及，其他因素(参照例如下述“第3”)。第3与以往的不同，其在于使用的膏含有与指状电极的形成与汇流排电极的形成为不同的玻璃料。以往，在指状电极的形成中，必须产生称为烧穿(firethrough)的现象。此是通过使用作为银的烧结助剂的玻璃料中的成分分子，例如铅玻璃中的铅分子的作用，以使其突破经形成在硅基板的表层的氮化硅膜而形成指状电极的方式，有效率地收集生成在硅基板的电子。然而，在汇流排电极的形成时，并不需要烧穿现象。以往，由于汇流排电极也使用含有铅成分的铅玻璃作为烧结助剂而进行烧结，因此结构不同的汇流排电极与硅基板会形成电性导通路而发生转换效率削减的情形。通过于汇流排电极形成所使用的烧结助剂使用不会发生烧穿现象的NTA玻璃，可消除转换效率的削减。而且，在以NTA膏烧结而成的汇流排电极的部分，可以本专利技术的超声波焊接焊接引出导线而取出电荷。附图说明图1为本专利技术的一实施例构成图。图2为本专利技术的一实施例构成图(其2)。图3为本专利技术的说明图(焊料材料等)。图4为本专利技术的动作说明流程图。图5为本专利技术的动作说明流程图(接续)。图6为本专利技术的超声波焊接装置的特性例。图7为本专利技术的超声波焊接例(NTA100％)。图8为本专利技术的超声波焊接例(NTA50％)。图9为本专利技术的一实施例构造图(步骤的完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波焊接方法，是对在基板上任意部分涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的焊接方法，且具有以下步骤：预备加热步骤，是将在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，是在所述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的所述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整为第二指定温度的状态，而使所述烙铁尖端部分抵接于所述膏部分、或一边抵接一边移动，而焊接于该膏部分；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加超声波时焊料会熔融的温度。

【技术特征摘要】
2015.10.25 JP 2015-2094401.一种超声波焊接方法，是对在基板上任意部分涂布膏并经烧结后的部分进行焊接的焊接方法，且具有以下步骤：预备加热步骤，是将在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并经烧结后的基板或该基板上的膏部分，预备加热至低于焊料的熔融温度的第一指定温度；以及超声波焊接步骤，是在所述预备加热步骤中已预备加热至第一指定温度的所述基板的膏部分，通过将抵接的烙铁尖端部分调整为第二指定温度的状态，而使所述烙铁尖端部分抵接于所述膏部分、或一边抵接一边移动，而焊接于该膏部分；该第二指定温度是在施加超声波的状态下所供给的焊料产生熔融，并且低于未施加超声波时焊料会熔融的温度。2.如权利要求1所述的超声波焊接方法，其中，所述第一指定温度设为室温以上至所述第二指定温度的范围内的温度。3.如权利要求1或2所述的超声波焊接方法，其中，所述第二指定温度设为较未施加超声波时焊料会熔融的温度低10至40℃范围内的温度。4.如权利要求1至3中任一项所述的超声波焊接方法，其中，所述不含有Ag、Cu、Pb的膏设为不含有Ag、Cu、Pb且钒酸盐玻璃为100wt％的NTA膏，或者不含有Cu、Pb且含有Ag为0以上至50wt％而剩余为钒酸盐玻璃的NTA膏。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：上迫浩一，新井杰也，菅原美爱子，小林贤一，小宫秀利，松井正五，横山周平，
申请(专利权)人：亚特比目株式会社，农工大TLO株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP