CN102421602A - 丝网印刷设备和丝网印刷方法 - Google Patents

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Abstract

提供了丝网印刷设备和丝网印刷方法，其中，使膜更厚，并形成了具有大纵横比的横截面形状的电路图案，从而增加转换效率。为了在基材(11)的表面上形成带状的电路图案，丝网印刷设备(10)和丝网印刷方法设置有：支撑工作台(12)，用于支撑基材(11)；覆盖部，覆盖基材(11)的表面的一部分；多个孔，基材(11)的一部分从所述多个孔露出；金属掩模(1)，包括沿着与电路图案的纵向方向相交的方向设置在孔之间的桥部；和盒型刮板头(13)，用于在预定压力下将用于电路图案的膏剂供应到金属掩模(1)的表面上，同时使具有预定长度的刮板(14)在金属掩模(1)的上表面上滑动接触。

Description

丝网印刷设备和丝网印刷方法
技术领域
本发明涉及用于将诸如焊膏或导电膏剂的膏剂印刷在基板上的丝网印刷设备和丝网印刷方法，更具体地，涉及适用于形成太阳能电池的电极的丝网印刷设备和丝网印刷方法。
背景技术
常规地，已知采用印网掩模(mesh mask)以印刷形成电极的丝网印刷设备和丝网印刷方法(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献(PTL)1：JP-A-2007-62079(图1，0052段)
发明内容
本发明要解决的问题
为了增加太阳能电池的转换效率，通过使太阳能电池的电极变薄来增加太阳能电池的光接收面积是有效的。然而，变薄的电极极大地增加了电阻并使性能变差，这反而降低了转换效率。因此，要印刷的电极的厚度需要增加。
然而，在上述PTL 1的丝网印刷设备和丝网印刷方法中，设置在网筛(mesh screen)中的开口部中的网孔构成抵抗，从而减小筛网眼，因此利用该印网掩模形成的印刷电极的厚度变薄。
结果，存在利用PTL 1的丝网印刷设备和丝网印刷方法生产的太阳能电池的转换效率降低的担心。
为了解决上述问题，已经做出本发明，本发明的目的是提供一种丝网印刷设备和丝网印刷方法，可以通过增加厚度而形成具有大纵横比的截面形状的电路图案来实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
解决问题的手段
根据本发明，提供了一种丝网印刷设备，用于在基板的表面上形成带形状的电路图案，其包括：用于支撑基板的支撑工作台；具有覆盖部、多个孔和桥部的金属掩模，覆盖部用于覆盖基板表面的一部分，基板的一部分从所述多个孔露出，桥部沿着与电路图案的纵向方向相交的方向设置在各孔之间；以及盒型刮板头，用于在预定压力下将要成为电路图案的膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
在本发明中，刮板头在预定压力下将膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
结果，在本发明中，与使用印网掩模的常规丝网印刷设备相比，通过增加电路图案的厚度，形成了具有大的截面形状纵横比的电路图案，从而能够实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
根据本发明，提供了一种如前所述的丝网印刷设备，其中，桥部的下表面相对于覆盖部的下表面构成凹陷台阶表面。
在本发明中，桥部的下表面构成凹陷台阶表面，因此，膏剂通过孔填充在基板与桥部之间，从而可以形成带形状的电路图案。
根据本发明，提供了一种丝网印刷方法，用于在基板的表面上形成带形状的电路图案，其包括如下步骤：使基板被支撑在支撑工作台上；将金属掩模置于基板的表面上，金属掩模具有覆盖部、多个孔和桥部，覆盖部用于覆盖基板表面的一部分，基板的一部分从所述多个孔露出，桥部沿着与电路图案的纵向方向相交的方向设置在各孔之间；以及，通过盒型刮板头在预定压力下将要成为电路图案的膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
在本发明中，刮板头在预定压力下将膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
结果，在本发明中，与使用印网掩模的常规丝网印刷设备相比，通过使电路图案的厚度增加，形成了具有大的截面形状纵横比的电路图案，从而能够实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
本发明的有益效果
根据本发明的丝网印刷设备和丝网印刷方法，刮板头在预定压力下将膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
通过采用该构造，根据本发明的丝网印刷设备和丝网印刷方法，提供了如下有益效果：与使用印网掩模的常规丝网印刷设备相比，通过增加电路图案的厚度，形成了具有大的截面形状纵横比的电路图案，从而能够实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
附图说明
图1是适用根据本发明实施例的丝网印刷方法的具有开放型刮板的丝网印刷设备的正视图。
图2是适用图1中的丝网印刷方法的具有盒型(cartridge-type)刮板的丝网印刷设备的正视图。
图3是图1的丝网印刷设备的侧视图。
图4是图1的丝网印刷设备的平面图。
图5是适用于图1的丝网印刷设备的金属掩模的平面图。
图6是图5的金属掩模的放大图。
图7是图5的金属掩模的主要部分的放大图。
图8是沿着图7中的A-A线剖开的截面图。
图9是沿着图7中的B-B线剖开的截面图。
图10是示出图5中的金属掩模的桥部的周边的外观的透视图。
图11是示出根据图5的金属掩模的一变型示例的桥部的周边的外观的透视图。
图12是图1的丝网印刷设备的一变型示例的主要部分的平面图。
图13是图5的金属掩模的一变型示例的平面图。
图14是图5的金属掩模的另一变型示例的平面图。
图15是图5的金属掩模的又一变型示例的平面图。
具体实施方式
下面，参照附图描述根据本发明实施例的丝网印刷设备和丝网印刷方法。
适用根据本发明实施例的丝网印刷方法的丝网印刷设备10包括：基板11；支撑工作台12，支撑基板11；金属掩模1；刮板头13，用于将构成电路图案的膏剂P供应到金属掩模1的表面，同时使预定长度的刮板14以接触的方式在金属掩模1的上表面上相对地滑动；和清洁机构15，用于清洁金属掩模1的下表面。
如图1、2、3和4所示，在丝网印刷设备10中，作为用于定位基板11的定位装置的支撑工作台12由一个堆叠在另一个上的Y轴工作台16、X轴工作台17和θ轴工作台18构成。此外，第一Z轴工作台19和第二Z轴工作台20进一步堆叠在这些工作台上，从而彼此组合地工作。
第一Z轴工作台19具有水平的基台板21，并且，作为印刷对象的基板11在两端部由两个运送轨23支撑的状态下被运送，这两个运送轨23平行于基板运送方向(X方向)设置于基台板21上的基板运送部22。基板运送部22延伸至上游侧和下游侧，从上游侧送入的基板11由基板运送部22运送，并进一步由支撑工作台12定位。已经执行了所需印刷的基板11通过运送轨23送出至下游侧。
金属掩模1伸展以展开于掩模框架2中。刮板头13设置在金属掩模1的上方。刮板头13是开放型的，并且，刮板升降机构25设置在水平板24上，用于使预定长度的刮板14上升或下降。刮板头13将构成电路图案的膏剂(参见图10)P在预定压力下供应到金属掩模1的表面，并且，当刮板升降机构25被驱动时，刮板14下降以邻接金属掩模1的上表面。
图2示出装备有代替开放型刮板头13的盒型刮板头13的丝网印刷设备10。与在前述的丝网印刷设备10中一样，在该印刷设备10中，刮板头13也是将构成电路图案的膏剂(参见图10)P在预定压力下供应到金属掩模1的表面。然后，当刮板升降机构25被驱动时，刮板14下降以邻接金属掩模1的上表面。盒型刮板头13在填充性能上优于开放型刮板头13。
托架27设置在垂直框架26上，导轨28单独地设置在托架27上，从而在Y方向上延伸。以可滑动的方式单独地安装在相应的导轨28上的滑块29连接到板24的相应端部，从而刮板头13能够在Y方向上滑动。
在清洁机构15中，清洁头单元30与用于捕获基板11和金属掩模1的图像的照相机头单元31一起移动。照相机头单元31包括用于从上方捕获基板11的图像的基板识别照相机32和用于从下表面侧捕获金属掩模1的图像的掩模识别照相机33，并且可以在照相机头单元30移动时同时识别基板11和金属掩模1。
设置在清洁头单元30上的是：卷绕有未使用过的清洁纸的纸辊34、卷绕有使用过的清洁纸的纸辊35、和在金属掩模1的下表面上设定预定长度的清洁区域的清洁管嘴36。清洁头单元30被支撑在可滑动地装配到垂直框架26上的导轨37的头X轴工作台38上，从而通过头X轴工作台38上的头X轴移动机构39在Y方向上水平地移动。
当处于等待位置时，清洁头单元30退回到支撑工作台12的侧方。当执行清洁操作时，使清洁头单元30与照相机头单元31一起前进至金属掩模1下方的位置，此后，使清洁头单元30上升。然后，在未使用过的清洁纸通过清洁管嘴36压靠在金属掩模1的下表面上的状态下，使清洁头单元30水平移动，从而执行清洁操作。
接下来，详细描述金属掩模1。如图5、6、7、8、9和10所示，金属掩模1具有例如0.1mm的厚度尺寸T1、550mm的宽度尺寸L1和650mm的长度尺寸L2。金属掩模1具有覆盖部3和多个矩形的孔4，覆盖部3设置在掩模框架2的内侧，用于覆盖基板11的表面的一部分，基板11的一部分从孔4露出。金属掩模1还具有桥部5，桥部5设置在孔4之间，从而沿着与要形成的电路图案的纵向方向相交的方向延伸。金属掩模1具有多个格栅部6，孔4和桥部5设置在格栅部6中，并且格栅部6彼此平行地布置。金属掩模1还具有带形状的汇流条部分7，汇流条部分7与位于格栅部6的纵向端部的末端孔4连续。
例如，设置了67个格栅部6，每个格栅部6具有0.08mm的线宽。汇流条部分7每个具有2mm的宽度尺寸L6，这些汇流条部分7在153mm的宽度尺寸L3内、在格栅部6的纵向方向上、设置在距离格栅部6的左右端39mm的位置，中心部分具有75mm的宽度尺寸L4。孔4具有例如0.08mm的宽度尺寸L7。桥部5具有例如0.05mm的宽度尺寸L8和例如0.02mm的高度尺寸L9。此外，桥部5在例如具有0.1mm的厚度尺寸T1的孔4的端部处具有例如0.02mm的高度尺寸L9，因此，孔4的下表面相对于覆盖部3的下表面形成为凹陷台阶表面。
如在图11中所示的金属掩模1的变型示例中所示的，桥部5可以设置在孔4的厚度方向上的中心部分。在该情况下，桥部5的下表面也相对于覆盖部3的下表面形成为凹陷台阶表面。
接下来，描述适用丝网印刷设备10的太阳能电池的电极形成系统和适用丝网印刷方法的太阳能电池的电极形成方法。在太阳能电池的电极形成方法中，执行使用盒型刮板头的丝网印刷步骤和煅烧(calcining)步骤。
在丝网印刷步骤中，当基板11由基板运送部22送入印刷位置时，第二Z轴工作台20被驱动，使得基板11的下表面被从下方支撑。然后，在该状态下，支撑工作台12使基板11与金属掩模1对准，并且，使金属掩模1与金属掩模1的上表面面接触。这样，刮板头13相对于金属掩模1设置刮板14，使得刮板14的纵向方向沿着与孔4和桥部5在金属掩模1中的布置方向成直角的方向。然后，当在膏剂在由刮板14施加的预定压力下供应在金属掩模1上的同时使刮板14相对于金属掩模1沿着孔4和桥部5的布置方向在Y方向上滑动时，在基板11与金属掩模1保持接触的状态下执行接触印刷(on-contact printing)。这样，随着刮板14在Y方向上移动，膏剂P通过在压力下被从孔4推入到位于桥部5下方的部分中而充分地填充到包括位于桥部5下方的部分的孔4中。完成印刷的基板11通过运送轨23送出，以进行下游侧的煅烧步骤。
即，如图7所示，刮板头13相对于金属掩模1设置刮板14，使得刮板14的纵向方向沿着与孔4和桥部5在金属掩模1中的布置方向成直角的方向。这样，当在膏剂在由刮板14施加的预定压力下供应在金属掩模1上的同时使刮板14相对于金属掩模1沿着孔4和桥部5的布置方向在Y方向上滑动时，在基板11与金属掩模1保持接触的状态下执行接触印刷。
通过用盒型刮板头13将膏剂P在预定压力下供应到金属掩模1的表面，膏剂P在压力下被从孔4推入位于桥部5下方的部分，由此膏剂P被充分地填充到孔4中，包括位于桥部5下方的部分。
接下来是煅烧步骤，在膏剂P形成为预定形状而位于基板11的表面上的状态下执行煅烧。通过以这样的方式煅烧膏剂P，膏剂P形成为用于太阳能电池的电极。这样，通过在丝网印刷步骤中使用盒型刮板头13来形成电极，丝网印刷步骤和煅烧步骤各执行一次。另外，通过在丝网印刷步骤中使用盒型刮板头13，形成了截面形状的纵横比设定为不小于1.0的电极。
当在完成印刷的丝网印刷设备10中执行清洁时，清洁头单元30的清洁管嘴36的纵向方向平行于金属掩模1的汇流条部分7的纵向方向设置，并清洁金属掩模1的下表面。
这样，清洁管嘴36的纵向方向设置成平行于金属掩模1的汇流条部分7的纵向方向。即，由于汇流条部分7比格栅部6宽，因此汇流条部分7上的残留膏剂量大于格栅部6上的残留膏剂量。为此，通过采取优先清洁汇流条部分7而不是清洁格栅部6的管嘴配置，可以整体上提高金属掩模1的清洁质量。
如图12所示，在丝网印刷设备10的变型示例中，使用桥部5沿着与形成在孔4之间的电路图案的纵向方向相交的方向设置的金属掩模1。刮板14相对于金属掩模1设置，使得刮板14的纵向方向沿着以预定角度θ1与相对于孔4和桥部5的布置方向成直角的方向相交的方向，并且刮板14沿着与孔4和桥部5的布置方向成直角的X方向相对地移动。通过使刮板14从以预定角度θ1与相对于孔4和桥部5的布置方向成直角的方向相交的方向移动，膏剂P在压力下被从孔4斜向下地推向位于桥部5下方的部分，由此膏剂P被充分地填充到包括位于桥部5下方的部分的孔4中。
如图13所示，金属掩模1的变型示例具有孔4，每个孔4具有平行四边形的形状，并沿着要形成的电路图案的纵向方向布置。因此，桥部5相对于与要形成的电路图案的纵向方向成直角的方向倾斜地布置。在该变型示例中，刮板14相对于金属掩模1设置成使得刮板14的纵向方向沿着与金属掩模1的孔4和桥部5的布置方向成直角的方向。这样，刮板14相对于金属掩模1沿着与孔4和桥部5的布置方向成直角的X方向移动。通过采取该构造，膏剂P在压力下被从相对于刮板14的行进方向倾斜设置的桥部5的锐角部分推向位于桥部5下方的部分，由此膏剂P充分地填充到包括位于桥部5下方的部分的孔4中。此外，刮板14可以相对于金属掩模1在沿着孔4和桥部5的布置方向的Y方向上移动。
如图14所示，金属掩模1的另一变型示例具有孔4，每个孔4具有等腰梯形的形状，并沿着要形成的电路图案的纵向方向布置，使得梯形孔4的上底以交替的方式跟随相邻梯形孔的下底或者梯形孔4的下底跟随相邻梯形孔的上底。因此，桥部5相对于与要形成的电路图案的纵向方向成直角的方向倾斜地设置。在该变型示例中，刮板14相对于金属掩模1设置，使得刮板14的纵向方向沿着与金属掩模1的孔4和桥部5的布置方向成直角的方向。这样，刮板14相对于金属掩模1沿着孔4和桥部5的布置方向移动。通过采用该构造，膏剂P在压力下被从相对于刮板14的行进方向倾斜设置的桥部5的锐角部分推向位于桥部5下方的部分，由此膏剂P充分地填充到包括位于桥部5下方的部分的孔4中。此外，刮板14可以相对于金属掩模1在沿着孔4和桥部5的布置方向的Y方向上移动。
如图15所示，金属掩模1的又一变型示例沿着要形成的电路图案的纵向方向具有正方形的孔4。在该变型示例中，刮板14相对于金属掩模1设置，使得刮板14的纵向方向沿着以预定角度与相对于金属掩模1的孔4和桥部5的布置方向成直角的方向相交的方向。这样，刮板14沿着与金属掩模1的孔4和桥部5的布置方向成直角的X方向相对地移动。通过采用该构造，随着刮板14在X方向上移动，膏剂P在压力下被从孔4推入位于桥部5下方的部分中，由此膏剂P充分地填充到包括位于桥部5下方的部分的孔4中。
因此，正如上面已经描述的，根据本发明实施例的丝网印刷设备10，刮板头13在预定压力下将膏剂供应到金属掩模1的表面，同时使预定长度的刮板14以接触的方式在金属掩模1的上表面上滑动。
结果，根据本发明实施例的丝网印刷设备10，与使用印网掩模的常规丝网印刷设备相比，通过在丝网印刷步骤中使用盒型刮板头13，形成的电路图案的厚度增加，使得形成的电路图案可以具有大的截面形状纵横比，从而实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
根据本发明实施例的丝网印刷设备10，桥部5的下表面形成为凹陷台阶表面，因此膏剂通过孔4填充在基板11与桥部5之间，从而能够形成带形状的电路图案。
根据本发明实施例的丝网印刷方法，刮板头13在预定压力下将膏剂供应到金属掩模1的表面，同时使预定长度的刮板14以接触的方式在金属掩模1的上表面上滑动。
结果，根据本发明实施例的丝网印刷方法，与使用印网掩模的常规丝网印刷方法相比，通过在丝网印刷步骤中使用盒型刮板头13，所形成的电路图案的厚度增加，使得所形成的电路图案可以具有大的截面形状纵横比，从而实现所生产的太阳能电池的转换效率的增加。
(示例)
接下来，描述为了证实适于根据本发明的太阳能电池的电极形成系统的丝网印刷设备10和丝网印刷方法的功能和优点而做出的示例。在该示例中，为形成用于太阳能电池的电极，准备了比较例1和比较例2。在比较例1中，使用了具有50％或更低的筛网眼(mesh aperture)的印网掩模，并使用开放型刮板头来执行间隙印刷或非接触印刷，并且在比较例2中，使用了具有50％或更低的筛网眼的印网掩模，并使用盒型刮板头来执行接触印刷。然后，测量基于所形成的电极的高度尺寸和宽度尺寸的截面区域的纵横比。
测量结果显示，比较例1的纵横比为0.3或更小，比较例2的纵横比为0.7或更小。与这些比较例的纵横比不同，本发明的纵横比为1.0或更大。这是因为，相对于金属掩模1设置成使得纵向方向沿着与金属掩模1的孔4和桥部5的布置方向成直角的方向的盒型刮板头13的刮板14相对于金属掩模1沿着孔4和桥部5的布置方向移动。这甚至使能够采用具有90％或更大的筛网眼的金属掩模1。
本发明不限于上述实施例中所用的支撑工作台12、刮板14和清洁机构15，因此这些构成元件可以按照需要进行改变。
本专利申请基于2010年3月24日提交的日本专利申请(No.2010-068254)，这里将其内容引入作为参考。
1    金属掩模
3    覆盖部
4    孔
5    桥部
10   丝网印刷设备
11   基板
12   支撑工作台
13   刮板头
14   刮板
P    膏剂

Claims (3)

1.一种丝网印刷设备，用于在基板的表面上形成带形状的电路图案，包括：
支撑工作台，用于支撑基板；
金属掩模，具有：覆盖部，用于覆盖基板的表面的一部分；多个孔，基板的一部分从所述多个孔露出；和桥部，沿着与电路图案的纵向方向相交的方向单独地设置在孔之间；以及
盒型刮板头，用于在预定压力下将要成为电路图案的膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
2.如权利要求1的丝网印刷设备，其中，桥部的下表面相对于覆盖部的下表面构成凹陷台阶表面。
3.一种丝网印刷方法，用于在基板的表面上形成带形状的电路图案，该丝网印刷方法包括如下步骤：
使基板被支撑在支撑工作台上；
将金属掩模置于基板的表面上，该金属掩模具有：覆盖部，用于覆盖基板的表面的一部分；多个孔，基板的一部分从所述多个孔露出；和桥部，沿着与电路图案的纵向方向相交的方向单独地设置在孔之间；并且然后，
用盒型刮板头在预定压力下将要成为电路图案的膏剂供应到金属掩模的表面，同时使预定长度的刮板以接触的方式在金属掩模的上表面上相对地滑动。
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