CN103151307B - 渠道刻划装置以及渠道刻划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种渠道刻划装置以及渠道刻划方法，其用以对基材进行渠道刻划。所述装置包括平台、导杆结构、支撑载具以及针具装置。导杆结构位于平台上。支撑载具固定于导杆结构上，其中基材放置于支撑载具上。针具装置位于支撑载具的上方，其中所述针具装置包括针具固持件以及固定在针具固持件上的多个针具，且所述针具排列成至少一直线。

Description

渠道刻划装置以及渠道刻划方法
技术领域
本发明涉及于一种渠道刻划装置以及渠道刻划方法。
背景技术
一般来说，渠道主要是用于隔绝、区隔以及串接元件，因此其图形分布位置以及形成方式皆会影响元件模块的特性。以铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池模块制作工艺为例，目前对于CIGS薄膜太阳能电池模块的渠道刻划技术大多是采用激光切割以及机械切割。但是，激光切割的高能量容易对薄膜材料产生变异，而传统机械切割存在所形成的渠道平整度不佳以及机械切割工具的使用寿命不高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种渠道刻划装置以及渠道刻划方法，其可以解决以传统渠道刻划装置所存在的问题。
为达上述问题，本发明提出一种渠道刻划装置，其包括平台、导杆结构、支撑载具以及针具装置。导杆结构位于平台上。支撑载具固定于导杆结构上，其中基材放置于支撑载具上。针具装置位于支撑载具的上方，其中所述针具装置包括针具固持件以及固定于针具固持件上的多个针具，所述针具排列成至少一直线。
本发明提出一种渠道刻划方法，此方法包括提供渠道刻划装置，其包括针具装置，其中所述针具装置包括针具固持件以及固定于针具固持件上的多个针具，所述针具排列成至少一直线。进行刻划程序，所述刻划程序包括使针具装置沿着一特定方向移动，以使针具各自于基材上刻划出子沟槽，且所述针具所刻划出的子沟槽连接成一沟槽。
由于本发明的渠道刻划方法是使用多个直线排列的针具来形成单一沟槽，因此此种方法相较于传统方法来说较为省时，且因各针具刻划的距离不长，因而可以避免刻划碎屑的产生而对渠道平整度造成不良的影响。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的渠道刻划装置的示意图；
图2A以及图2B是根据本发明实施例的渠道刻划装置中的针具装置的示意图；
图3A至图3B是根据本发明一实施例的渠道刻划方法的示意图；
图4是根据本发明另一实施例的渠道刻划装置中的针具装置的示意图；
图5A至图5B是根据本发明另一实施例的渠道刻划方法的示意图；
图6是图5A以及图5B的方法所形成的渠道的关系图；
图7A至图7C是根据本发明一实施例的太阳能电池模块的制造流程示意图；
图8A至图8F是利用本发明的渠道刻划装置所形成的渠道的实例照片图；
图9是根据本发明的实例的渠道一以及渠道二的宽度分布曲线图
主要元件符号说明
100：平台
102：导杆结构
104：支撑载具
200：基材
310、330：针具装置
400：控制器
312：移动装置
314：针具固持件
318：针具
202：第一子沟槽
210：第一沟槽
352：辅助针具
354：主针具
214：辅助子沟槽
212：主子沟槽
230：重叠区域
500：基板
502：金属层
504：第一沟槽
506：半导体层
508：缓冲层
510：第二沟槽
512：透明导电层
514：第三沟槽
具体实施方式
图1是根据本发明一实施例的渠道刻划装置的示意图。图2是根据本发明一实施例的渠道刻划装置中的针具装置的示意图。请参照图1以及图2，本实施例的渠道刻划装置是用来对基材200进行渠道刻划程序，所述渠道刻划装置包括平台100、导杆结构102、支撑载具104以及第一针具装置310。根据一实施例，上述的渠道刻划程序可进一步包括控制器400以及第二针具装置330。上述的基材200为绝缘基材、导电基材或是已形成有绝缘膜层或导电膜层的基材。
导杆结构102位于平台100上。位于平台100上的导杆结构102可在Z方向上进行升降的移动。
支撑载具104固定于导杆结构102上，支撑载具104主要是用来承载基材200。在此，支撑载具104可进一步包括固定结构，以使的基材200可以固定于支撑载具104上。由于基材200是固定于支撑载具104上，因此通过导杆结构102在Z方向的移动，便可以使得位于支撑载具104上的基材200能够随之升降至特定的高度位置。
第一针具装置310位于支撑载具104的上方。所述第一针具装置310包括针具固持件314以及固定于针具固持件314上的多个针具318，且所述针具318是排列成至少一直线，如图2A所示。为了清楚的说明本实施例，图2A仅绘制出一排针具318。实际上，第一针具装置310可包含多排的针具318，例如图2B所示，第一针具装置310可包含两排的针具318。换言之，针具318可于针具固持件314排列成各种阵列形式。而当第一针具装置310包含更多排的针具318时，针具固持件314可设计成平板状结构，以使得多排的针具318固定于针具固持件314上。此外，针具固持件314可进一步固定于移动装置312上。当移动所述移动装置312时即可带动针具固持件314以及针具318的移动。
承上所述，在上述的第一针具装置310中，每一排的针具318中的相邻的两个针具318之间相距一特定距离。另外，而针具318可为刀状针具、针状针具、滚轮针具或是锥状针具。另外，根据一实施例，在针具318的上方的针具固持件314上可进一步装设喷气清洁装置(未绘制出)，所述喷气清洁装置可以往针具318喷出气体，以清除针具318刻划之后所残留的碎屑。
另外，本实施例的渠道刻划装置可进一步包括第二针具装置330。所述第二针具装置330可如同图2A或是图2B所示，其包括针具固持件314以及固定于针具固持件314上的多个针具318。
值得一提的是，本实施例的渠道刻划装置是以两个针具装置(第一针具装置310以及第二针具装置330)为例来说明，但本发明不限制渠道刻划装置中的针具装置的数目。换言之，在其他的实施例中，渠道刻划装置可以仅使用一个针具装置，或是使用三个或是三个以上的针具装置。另外，第一针具装置310以及第二针具装置330上的针具318的数目可以相同或是不相同，且第一针具装置310以及第二针具装置330上的针具318的材质、长度、硬度、间距等等条件可以相同或是不相同，其主要是根据实际制作工艺应用所需而定。
请参考图1，控制器400与第一针具装置310、第二针具装置330、平台100以及导杆结构104电连接，以控制第一针具装置310(第二针具装置330)与支撑载具104之间的相对位置。
以上述渠道刻划装置对基材进行渠道刻划程序的详细说明如下。
图3A至图3B是根据本发明一实施例的渠道刻划方法的示意图。为了清楚的说明本实施例的方法，图3A以及图3B只绘示出基材200以及第一针具装置310(或第二针具装置330)。
请同时参照图1以及图3A，首先使第一针具装置310与支撑载具104上的基材200进行X方向与Y方向上的对位。之后，利用导杆结构102使第一针具装置310与支撑载具104上基材200进行Z方向的定位。更详细来说，控制器400是控制第一针具装置310在XY方向上移动，以使得第一针具装置310是对应于基材200的预定形成渠道之处，并且控制导杆结构102在Z方向上移动，以使得第一针具装置310的针具318能够与基材200的表面接触。
之后，进行第一刻划程序，如图3A所示。详细来说，所述第一刻划程序包括使第一针具装置310沿着第一方向D1移动，以使第一针具装置310的针具318各自于基材200上刻划出第一子沟槽202。在进行上述的第一刻划程序时，可同时使用喷气清洁装置(未绘示)进行喷气清洁步骤，以清除针具318刻划所产生的碎屑。当完成第一刻划程序之后，由第一针具装置310的针具318所刻划出的第一子沟槽202可连接成第一沟槽210，如图3B所示。上述的第一子沟槽202(第一沟槽210)的宽度为1～1000微米，其主要是与针具318的尺寸有关。
值得一提的是，为了说明本实施例，图3A以及图3B中仅绘示出其中一条第一沟槽310为例来说明。实际上，当第一针具装置310包括多排针具318时，于进行第一刻划程序之后可于基材200上形成平行排列的多条第一沟槽210。特别是，每一第一沟槽210是由多个第一子沟槽202连接而成。
在以第一针具装置310进行第一刻画程序之后，控制器400控制第一针具装置310自基材200上移开并且控制第二针具装置330往基材200靠近。类似地，控制器400控制第二针具装置330在XY方向上移动，以使得第二针具装置330对应基材200的预定形成渠道之处，并且控制导杆结构102在Z方向上移动，以使第二针具装置330在Z方向上能够与基材200的表面接触。
接着，利用第二针具装置330进行第二刻划程序。所述第二刻划程序与上述第一刻划程序相似，亦即第二刻划程序包括使第二针具装置330沿着第二方向移动，以使第二针具装置330的针具318各自于基材200上刻划出第二子沟槽(未绘示)，且第二针具装置330的针具318所刻划出的第二子沟槽(未绘示)连接成第二沟槽(未绘示)。类似地，在进行上述的第二刻划程序时，可同时使用喷气清洁装置进行喷气清洁步骤，以清除针具318刻划所产生的碎屑。类似地，若第二针具装置330包括多排针具318时，于进行第二刻划程序之后，可于基材200上形成多条平行排列的第二沟槽(未绘示)。
值得一提的是，在上述的实施例中，第一针具装置310与第二针具装置330都是在基材200上进行渠道刻划，但本发明不限于此。换言之，在其他的实施例中，第一针具装置310是对基材200进行渠道刻划，而第二针具装置330是对基材200上的另一膜层进行渠道刻划。
另外，在上述的实施例中，所述渠道刻划方法是以形成第一沟槽以及第二沟槽为例来说明。在其他的实施例中，也可以以上述第一针具装置310或是第二针具装置330进行第三或是更多的渠道刻划程序。
图4是根据本发明另一实施例的渠道刻划装置中的针具装置的示意图。请参照图4，此实施例的针具装置与图2A的针具装置相似，因此相同的组件以相同的符号表示，且不再重复说明。图4的实施例与图2A的实施例不相同的是，针具装置除了针具固持件314之外，还包括固定在针具固持件314上的至少一主针具354以及至少一辅助针具352。主针具354以及辅助针具352轮替设置。根据一实施例，主针具354以及辅助针具352的硬度不相同，例如针具354的硬度大于辅助针具352的硬度。根据另一实施例，主针具354以及辅助针具352的长度不相同，例如主针具354的长度大于辅助针具352的长度。
利用图4的针具装置来进行的渠道刻划方法如下所述。
图5A至图5B是根据本发明另一实施例的渠道刻划方法的示意图。类似地，为了清楚的说明本实施例的方法，图5A以及图5B只绘示出基材200以及第一针具装置310(或第二针具装置330)。
请参照图1以及图5A，首先使第一针具装置310与基材200进行X、Y、Z方向上的对位。第一针具装置310与基材200之间的X、Y、Z方向的对位方法与先前于图3A以及图3B所述的实施例所述相同或是相似。
接着，进行第一刻划程序，以使得第一针具装置310的辅助针具352于基材200上刻划出辅助子沟槽214，且第一针具装置310的主针具354于基材200上刻划出主子沟槽212。在本实例中，主针具354的长度大于辅助针具352的长度，因此所形成的主子沟槽212的深度大于辅助子沟槽214的深度。之后，当完成第一刻划程序之后，辅助子沟槽214与主子沟槽212局部重叠(辅助子沟槽214与主子沟槽212的重叠区域为230)，以形成完整的沟槽210。
为了说明辅助子沟槽214与主子沟槽212局部重叠，特别以图6的关系图来说明。请参照图6，举例来说，倘若辅助针具352是从座标(0，0)开始刻划形成辅助子沟槽214，且主针具354是从座标(0，4)开始刻划形成主子沟槽212。于进行第一刻划程序之后，辅助针具352是从座标(0，0)刻划至座标(0，5)，以形成辅助子沟槽214。也就是，辅助子沟槽214的两端的座标分别是(0，0)以及(0，5)。另外，主针具354是从座标(0，4)刻划至座标(0，9)，以形成主子沟槽212。也就是，主子沟槽212的两端的座标分别是(0，4)以及(0，9)。换言之，座标(0，4)至座标(0，5)的区域即为辅助子沟槽214以及主子沟槽212的重叠区域。
上述图5A以及图5B的渠道刻划方法中所使用的第一针具装置310具有辅助针具352以及主针具354。当基材200属于较硬的基材时，使用此种第一针具装置310可以使得基材200较不易产生裂痕，且所形成的渠道会较为平整。
此外，在进行第一刻划程序之后，也可以使用第二针具装置330来进行第二刻划程序。在此，第二刻划程序可以采用图3A至图3B所示的步骤(亦即所使用的针具装置的针具皆为相同的针具)，或者是采用图5A至图5B的步骤(亦即所使用的针具装置的针具包含主针具以及辅助针具)。
以上所述的渠道刻划装置以及渠道刻划方法可以应用于各种电子元件或是半导体元件的制作工艺当中。在以下的说明中，是将本发明的渠道刻划装置以及渠道刻划方法应用于太阳能电池模块的制造过程之中，但本发明不以此为限。
图7A至图7C是根据本发明一实施例的太阳能电池模块的制造流程示意图。请参照图7A，在基板500上形成金属层502。之后，利用如图1所示的渠道刻划装置对金属层502进行第一渠道刻划程序，以形成多个第一渠道504(图示只绘示其中一个为例)。根据一实施例，上述的金属层502例如是钼(Mo)或是其他适合用于电极的金属材料。
接着，在基板500上形成半导体层506以及缓冲层508，以覆盖金属层502以及第一渠道504之后，利用如图1所示的渠道刻划装置对半导体层506以及缓冲层508进行第二渠道刻划程序，以形成多个第二渠道510(图示只绘示其中一个为例)，如图7B所示。上述的半导体层506例如是铜铟镓硒(CuInGaSe2)或是其他适合用于太阳能电池的半导体材料。上述的缓冲层508例如是硫化镉(CdS)或是其他可与半导体层506搭配使用的缓冲材料。
之后，在基板500上形成透明导电层512，以覆盖缓冲层508以及第二渠道510之后，利用如图1所示的渠道刻划装置对透明导电层512进行第三渠道刻划程序，以形成多个第三渠道514(图示只绘示其中一个为例)，如图7C所示。上述的透明导电层512例如是氧化锌(ZnO)或是其他适合作为透明电极的导电材料。
以上述图7A至图7C的步骤所形成太阳能电池模块为铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池模块，但本发明不限于此。承上所述，上述的第一沟槽504、第二沟槽510以及第三沟槽514的宽度为1～1000微米。第一沟槽504与第二沟槽510之间的水平距离为1～100000微米。第二沟槽510与第三沟槽514之间的水平距离为1～100000微米。
综上所述，本发明的渠道刻划装置的针具装置包括针具固持件以及固定于针具固持件上的针具，且针具排列成至少一直线。因此，当使用此渠道刻划装置对基材进行刻划程序时，所述多个针具可各自于基材上刻划出子沟槽，且于进行刻划程序之后，所形成的子沟槽可连接成完整的沟槽。由于本发明的渠道刻划方法是使用多个直线排列的针具来形成单一沟槽，因此此种方法相较于传统方法来说较为省时，且因各针具刻划的距离不长，因而可以避免刻划碎屑的产生而对渠道平整度造成不良的影响。换言之，本发明的方法可以形成平整度较佳的渠道。
实例
在此实例中，针具装置上的针具是排列成2×3的阵列。所述具有2×3阵列的针具的针具装置可刻划出两条渠道(渠道一以及渠道二)，其中每条渠道(渠道一以及渠道二)是由三根针具所形成。在此，针具材质为不绣钢，每根针具约行走0.45公分。另外，每条渠道(渠道一以及渠道二)的全长度约1.2公分且平均宽度为117微米。以此针具装置进行刻划之后有经过空气气槍喷洗，以清除表面细屑。
图8A至图8F为上述针具装置所刻划出的双渠道的俯视图。图8A至图8C为渠道一，其中图8A为第一根针具所刻划出的渠道，图8B和图8C则分别为第二和三根针具所刻划出的渠道。图8D至图8F为渠道二，其中图8D为第一根针具所刻划出的渠道，图8E和图8F则分别为第二和三根针具所刻划出的渠道。由上述图8A至图8F可以清楚地看见渠道一和渠道二皆呈现平滑边线。此外，第一根针具与第二根针具所刻划出的渠道衔接处(即图8B以及图8E的最前端)并不会产生渠道崩毁或者是龟裂，而导致宽度增加的现象。相同的现象也同时出现在图8C以及图8F(即第二根针具和第三根针具的前端渠道)。由此实例可知，利用多根针具来形成一条渠道是可行的。另一方面，所刻划出的渠道内部也呈现光亮的金属背电极，也就是说不会残留刻划不完全的碎片，以及断裂面导致两边薄膜的连通。
图9为上述实例的渠道一以及渠道二的宽度分布曲线图。在此是利用α-step膜厚测量仪来定义渠道宽度。对于渠道一来说，最大宽度为123.2微米，最小宽度为114.8微米，平均宽度约117.3微米，标准差为2.71。对于渠道二来说，最大宽度为122.3微米，最小宽度为115.7微米，平均宽度约117.4微米，标准差为2.46。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种渠道刻划方法，包括：
提供一渠道刻划装置，其包括第一针具装置，其中该第一针具装置包括第一针具固持件以及固定于该第一针具固持件上的多个第一针具，且该些第一针具排列成至少一直线；以及
进行一第一刻划程序，该第一刻划程序包括使该第一针具装置沿着一第一方向移动，以使该些第一针具各自于基材上刻划出一第一子沟槽，且该些第一针具所刻划出的该些第一子沟槽连接成至少一第一沟槽；
其中，该些第一针具包括至少一主针具以及至少一辅助针具，以及
在进行该第一刻划程序时，该辅助针具于该基材上刻划出一辅助子沟槽，且该主针具于该基材上刻划出一主子沟槽，且该辅助子沟槽与该主子沟槽局部重叠，其中，该些第一针具的该主针具的长度或硬度大于该些第一针具的该辅助针具的长度或硬度。
2.如权利要求1所述的渠道刻划方法，其中该些第一针具于该第一针具固持件上排列成一阵列，以及
在进行该第一刻划程序之后，该些第一针具于该基材上刻划出的该些第一子沟槽连接成多条平行的第一沟槽。
3.如权利要求1所述的渠道刻划方法，其中该主子沟槽的深度大于该辅助子沟槽的深度。
4.如权利要求1所述的渠道刻划方法，其中该渠道刻划装置还包括第二针具装置，该第二针具装置包括第二针具固持件以及固定于该第二针具固持件上的多个第二针具，且该些第二针具排列成至少一直线，在进行该第一刻划程序之后，还包括进行一第二刻划程序，该第二刻划程序包括使该第二针具装置沿着一第二方向移动，以使该些第二针具各自于该基材上刻划出一第二子沟槽，且该些第二针具所刻划出的该些第二子沟槽连接成至少一第二沟槽。
5.如权利要求4所述的渠道刻划方法，其中该些第二针具于该第二针具固持件上排列成一阵列，以及
在进行该第二刻划程序之后，该些第二针具于该基材上刻划出的该些第二子沟槽连接成多条平行的第二沟槽。
6.如权利要求4所述的渠道刻划方法，其中该第二针具固持件的该些第二针具包括至少一主针具以及至少一辅助针具，以及
在进行该第二刻划程序时，该辅助针具于该基材上刻划出一辅助子沟槽，且该主针具于该基材上刻划出一主子沟槽，且该辅助子沟槽与该主子沟槽局部重叠，其中，该些第二针具的该主针具的长度或硬度大于该些第二针具的该辅助针具的长度或硬度。
7.如权利要求6所述的渠道刻划方法，其中该主子沟槽的深度大于该辅助子沟槽的深度。
8.如权利要求1所述的渠道刻划方法，其中渠道刻划装置还包括平台、位于该平台上的一导杆结构以及固定于该导杆结构上的一支撑载具，且该基材放置于该支撑载具上，
在进行该第一刻划程序之前，利用该导杆结构使该支撑载具与该第一针具装置之间进行X方向、Y方向以及Z方向的定位。
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