CN1437235A - 太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法 - Google Patents

太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法，针对一定形状和尺寸的太阳电池，应用计算机进行机器人的滴胶轨迹编程，确定两行轨迹之间的距离及轨迹与电池的边距，然后将轨迹文件下载到三自由度直角坐标机器人的控制器内，同时结合上述参数范围针对不同的滴胶厚度选择不同直径的滴胶针头，控制滴胶机的滴胶压力，从滴胶的起始点运动到滴胶的终止点为止。本发明通过调整相关参数，可以精确控制太阳电池表面的胶层厚度，有效控制胶的外溢现象，避免了胶对电池的污染。同时减少太阳电池的碎片现象，也避免了有毒介质对人身健康的损害。

Description

太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法，采用数字自动涂胶技术，实现对太阳电池表面保护层封装的胶层厚度控制，属于IC后封装
技术领域。
背景技术：
目前，随着太阳电池制造工艺的发展，太阳电池封装的滴胶方法成为影响封装质量的关键因素之一。为了保护空间环境下应用的太阳电池，必须进行保护层与器件的封装操作。以往的器件保护层封装工艺大多采用手工操作，这种方法不仅精度低、劳动强度大，而且成品率低，效率也不高。主要体现在器件的碎片、器件污染、胶层厚度不均匀、胶层厚度不可控等方面，有些粘结济对操作人员还具有一定的危险性和有害性。对某些特殊器件来说，胶层厚度是一个重要的技术指标。例如，空间太阳电池的封装胶层只有限制在一定的厚度范围内，才能满足太阳光的透射率要求。对现有滴胶技术的检索发现，中国发明专利“给半导体产品的基片涂膜的装置”(申请号94115782)公开了一种给基片涂膜的装置，该装置设有一毛细狭缝，用于给基片涂胶的第一步。第二步，减薄基片的胶层厚度，在旋涂装置内靠旋转使膜更均匀。该方法不能精确控制涂胶的位置和胶层的厚度，为了解决这个问题，人们曾尝试应用不同的方法，例如用毛细狭缝、用毛刷、用喷头等，但效果都不好。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法，使器件表面胶层厚度均匀，可控制在要求的指标范围内，同时减少器件的碎片率及对器件的污染，并避免有毒粘结济对操作人员健康的危害。
为实现这样的目的，本发明针对一定形状和尺寸的太阳电池，应用计算机进行机器人的滴胶轨迹编程，确定两行轨迹之间的距离及轨迹与电池的边距，然后将轨迹文件下载到三自由度直角坐标机器人的控制器内，同时结合上述参数范围针对不同的滴胶厚度选择不同直径的滴胶针头。先将机器人复位使针头移动到滴胶的起始点，然后启动机器人，控制滴胶机的滴胶压力，直到运动到滴胶的终止点为止。根据胶的扩散原理，通过胶柱的均匀扩散就实现了胶层的平整与厚度控制。
本发明采用的滴胶厚度控制系统由X、Y、Z三自由度自动移动机构、控制器、滴胶机、不同直径的针头和气动控制装置组成。太阳电池放在托盘上，托盘放在自动移动机构下，移动机构夹持不同型号直径的针头进行滴胶作业。控制器可以编制X、Y、Z三自由度移动机构的运动轨迹、设定速度及气动装置的气压，气动装置的气压大小与滴胶器滴胶针头滴胶的速度近似成正比。另外，胶必须按照相应的说明在正常的工作状态下使用。
本发明的方法包括如下具体步骤：
1、测量确定太阳电池的外形尺寸，设定工作温度为15～25℃的室内温度。
2、根据所要求的滴胶厚度(小于0.1mm的某一具体值)，选择滴胶轨迹的间距为0.7mm～0.9mm，滴胶的边界余量即轨迹与电池的边距为0.5mm～0.8mm，滴胶针头的直径为0.2mm、0.25mm或0.33mm，平台的移动速度为1.9mm/s～2.1mm/s，控制针头出胶的滴胶器大气压力为5bar～6bar，用计算机中的轨迹编程软件对滴胶轨迹进行编程形成滴胶轨迹文件。
为了避免针头气压的频繁开关控制，当进行轨迹的每一行切换时可进行连续滴胶操作，从而形成“之”字形轨迹。这样做的优点是可以提高滴胶系统的效率，缺点是左右两侧的胶层比中间的胶层略厚，对于“之”字形轨迹这一缺陷可通过增大边界余量(0.5mm～0.8mm)来补偿。如果想进一步提高精度，则可采用平行轨迹。
3、将滴胶轨迹文件通过串行通讯下载入三自由度直角坐标机器人内部的控制器内。
4、将太阳电池放置到自动移动机构下的工作位置，由移动机构夹持不同型号直径的针头(0.2mm，0.25mm或0.33mm)进行滴胶作业。
5、控制针头移动到太阳电池的滴胶初始位置，降低针头高度使其与太阳电池片保持0.3mm～0.5mm的距离。
6、启动三自由度直角坐标机器人的内部控制器，控制针头沿指定的轨迹以1.9mm/s至2.1mm/s的速度运动，直到运动到滴胶的终止点为止。
7、取出电池片，放置20～30分钟，使电池表面的胶层厚度扩散均匀，完成胶层厚度可控的连续滴胶过程。
理论分析与实验结果表明，通过调整相关参数，本发明可以精确控制太阳电池表面的胶层厚度，误差小于0.01mm，能有效控制胶的外溢现象，从而避免了胶对电池的污染。同时，由于采用了非接触自动操作，减少了人工操作过程中太阳电池的碎片现象(碎片率小于0.5％)，也避免了有毒介质对人身健康的损害。
本发明采用交流伺服来实现滴胶机构位置的精密调节，使得电池碎片率、器件的污染、胶层厚度均匀性、胶层厚度可控等指标要求均得到满足。更重要的是，本发明的方法取代了现有的对器件保护层(例如太阳电池的抗辐照玻璃盖片)的手工封装操作，精度、成品率、效率都大幅度提高。
本发明不仅可应用于空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装前涂胶工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域。
附图说明：
图1有保护层的太阳电池结构示意图。
图1中，太阳电池3和表面保护层1之间有均匀的胶层2。
图2为本发明对太阳电池片的“之”字形滴胶轨迹示意图。
图2中，太阳电池3的尺寸为m×n，滴胶轨迹为“之”字形，滴胶轨迹的间距为d，滴胶针头的直径为D(大于滴胶厚度)。
图3为本发明对太阳电池片的平行滴胶轨迹示意图。
图4为滴胶在太阳电池表面扩散过程示意图。
图5为本发明滴胶厚度三维仿真图。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
如图1所示，在太阳电池3和表面保护层1之间有均匀的胶层2。保护层1的厚度为：0.12-0.02 +0.04mm，外形尺寸为：40.20±0.10×20.10±0.10mm；太阳电池的厚度为：0.20-0.01 +0.04mm。胶层2的厚度要求小于0.1mm。为了实现胶层2的厚度要求，本发明利用胶体的粘度与流动性，使胶层2在保护层1进行封装前均匀地扩散在太阳电池3的表面。具体方法如下：
室温下(15～25℃)测量太阳电池3的外形尺寸为m＝40.25±0.05，n＝20.20±0.05，根据所要求的胶层2厚度(小于0.1mm的某一具体值)，选择滴胶轨迹的间距d(0.7mm～0.9mm)、滴胶的边界余量(0.5mm～0.8mm)、滴胶针头的直径D(0.2mm，0.25mm或0.33mm)、平台的移动速度(1.9mm/s～2.1mm/s)、滴胶器大气压力(5bar～6bar)等参数，用计算机中的轨迹编程软件对滴胶轨迹进行编程。
为了避免针头气压的频繁开关控制，当进行轨迹的每一行切换时还进行连续滴胶操作，从而形成图2中的“之”字形轨迹。如果想进一步提高精度，则可采用图3所示的“平行轨迹”。轨迹生成后，保存形成滴胶轨迹文件。
将滴胶轨迹文件以波特率9.6kbps串行下载到三自由度直角坐标机器人(行程：X＝400，Y＝400，Z＝200毫米，重复定位精度：0.02毫米)内部控制器的RAM内。
将太阳电池放置到自动移动机构下的工作位置(有定位凹坑，外形尺寸为：40.33-0.01 +0.02×20.28-0.01 +0.02×0.40-0.02 +0.02)，由移动机构夹持不同型号直径的针头D(0.2mm，0.25mm或0.33mm)进行滴胶作业。控制针头移动到太阳电池的滴胶初始位置，降低针头高度使其与太阳电池片保持0.3mm～0.5mm的距离。启动三自由度直角坐标机器人的内部控制器，控制针头沿指定的轨迹以1.9mm/s至2.1mm/s的速度运动，直到所有的轨迹都运动完毕。取出电池片，放置20～30分钟，使电池表面的胶层厚度扩散均匀(图4(a)～(d))。胶层厚度可控的连续滴胶过程结束。
本发明中参数的具体选择，可以参照胶体扩散前后的总体积保持不变的原则进行计算。要注意滴胶机构的移动速度与滴胶速度相协调，使胶在其表面张力和粘滞力的作用下不被拉断。如果滴胶机构的移动速度变慢，则胶层的厚度还要增加，但为了防止胶外溢，轨迹的间距和边界余量也要增大。参数的具体优化要通过实验来确定。如果移动速度与滴胶的速度相等(2mm/s)，则实验结果如下：
实验中具体的参数值(单位：mm)为：针头直径D＝0.2；滴胶轨迹的间距d＝0.8；电池片长m＝40.2；电池片宽n＝20.2，则胶水厚度的三维曲面仿真结果如图5所示。
从图5可知，在轨迹间距从0.5mm到0.9mm，针孔直径从0.1mm到0.4mm的范围内，胶层的厚度可控制在0.1mm的范围内。

Claims (2)

1一种太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法，其特征在于包括如下具体步骤：
1)测量确定太阳电池的外形尺寸，设定工作温度为15～25℃的室内温度；
2)根据所要求的滴胶厚度，选择滴胶轨迹的间距为0.7mm～0.9mm，滴胶
  的边界余量为0.5mm～0.8mm，滴胶针头的直径为0.2mm、0.25mm或
  0.33mm，平台的移动速度为1.9mm/s～2.1mm/s，控制针头出胶的滴胶
  器大气压力为5bar～6bar，对滴胶轨迹进行编程形成滴胶轨迹文件；
3)将滴胶轨迹文件通过串行通讯下载到三自由度直角坐标机器人内部的
  控制器内；
4)将太阳电池放置到自动移动机构下的工作位置，由移动机构夹持针头进
  行滴胶作业；
5)控制针头移动到太阳电池的滴胶初始位置，降低针头高度使其与太阳电
  池片保持0.3mm～0.5mm的距离；
6)启动三自由度直角坐标机器人的内部控制器，控制针头沿指定的轨迹以
  1.9mm/s至2.1mm/s的速度运动，直到运动到滴胶的终止点为止；
7)取出电池片，放置20～30分钟，使电池表面的胶层厚度扩散均匀，完
  成胶层厚度可控的连续滴胶过程。
2、如权利要求1所说的太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法，其特征在于滴胶轨迹为“之”字形轨迹或为平行轨迹。
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