KR100386785B1 - 호일매트릭스에 구를 부착하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구(4)를 호일 매트릭스(2)에 부착하는 방법으로, 먼저 상부 및 하부 압착패드(34),(36) 사이에 놓여지는 호일 매트릭스(2)에 장착된 구(4)를 포함하는 셀 샌드위치(32)를 마련한다. 이후 셀 샌드위치(32)를 온도 약 350℃로 가열하고, 가열된 셀 샌드위치(32)를 롤프레스(48)에 통과시켜 압착함으로써 호일 매트릭스(2)에 구(4)를 부착시킨다.

Description

호일매트릭스에 구를 부착하기 위한 방법 및 장치
현재 햇빛을 전기로 변환시키기 위한 여러 가지 방법이 알려져 있으며, 상기 방법중 미국특허 제4,691,076호에 태양 방사로부터 전기를 효과적으로 얻을 수 있는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에 있어서, 어레이는 반도체 입자(particles) 또는 구(spheres)로 형성되어 있다. 각각의 구는 p형 내부 및 n형 표피로 이루어져 있으며, 다수의 구는 p형 및 n형 영역과 접점을 이루는 1쌍의 알루미늄 호일부재를 포함하고 있는 매트릭스에 지지된다. 호일은 전기 절연성 및 유연성을 갖는다. 복합적인 유연성을 갖는 어레이를 상호 전기접속시켜 햇빛 또는 다른 형태의 광자에너지로부터 전기로 변환시키기 위한 솔라셀 요소중 어느 한 모듈로 형성할 수 있다.
적당한 가격으로 상당량의 어레이를 제조하기 위해서는 단순하고 저렴하며 효율적인 제조공정이 필요하다. 단순한 방법이란 공정단계가 고도의 반복방식으로 행하여 질 수 있는 방법으로 일반적으로 이용가능한 기술을 사용하는 것일 것이다.더구나 일반적으로 공정단계가 단순하면 단순할수록 전 공정의 실행에 있어서 비용효과가 클 것이다. 또 공정이 반복될수록 작업이 효율적이며 솔라 어레이의 생산이 증가한다.
실리콘 솔라셀을 제조함에 있어서 주요 공정은 호일매트릭스에 실리콘 구를 부착하는 것이다. 알루미늄 호일에 실리콘 구를 본딩하는 기술로서, 호일을 공융점(약 570℃) 이하의 온도로 가열한 후, 자유낙하에 의해 구를 호일에 압착(압박 또는 충타)하는 기술이 알려져 있다. 자유낙하는 실리콘과 알루미늄 호일 경계면에 충분한 전단력을 발생시켜 훌륭한 결합본딩이 이루어 진다.
낙하중력 본딩은 여러 가지 문제점 및 단점을 가지고 있다. 첫째 이 기술은 본질적으로 효과가 낮고, 둘째 생산량 증가에 기여하지 못한다. 낙하중력 본딩이 갖는 또 다른 문제점은 중력의 충격면에서의 뒤틀림 형상으로 중심압력이 바람직하지 않게 된다는 데 있다. 또한 이 기술은 구에 상당한 손상이 가해지며, 셀이 단락된다는 단점이 있다.
미국특허 제5,091,319호에, 호일매트릭스에 실리콘 구를 부착시키기 위한 또 다른 방법이 개시되어 있다. 상기 특허에 있어서, 실리콘 구는 액압프레스를 사용하여 호일매트릭스중 하나의 호일에 형성되어 있는 작은 개구로 압입된다. 그러나 이러한 방법은 특히 대형 셀에 있어서 셀 전체의 구가 개구벽에 균일하게 접착되지 않는다 단점이 있다.
본 발명은 솔라셀(solar cell)을 제조하기 위한 반도체 장치의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 부재를 호일매트릭스에 부착하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 첨부된 도면과 관련하여 하기의 설명을 보면 보다 상세히 이해 될 것이다.
도 1a∼1f는 일반적인 공정흐름에서의 각 공정단계이후의 솔라셀을 나타낸 개략도
도 2a는 호일매트릭스에 형성된 솔라부재 또는 구의 구성도
도 2b∼2c는 도 1a-1f에 도시된 단계로부터 제조된 2개의 솔라셀 형상을 나타낸 도면
도 3a-3c는 셀 샌드위치의 바람직한 실시예의 변화를 나타낸 도면
도 4a 및 4b는 본 발명의 롤링공정을 나타낸 도면
도 5a-5d는 본 발명의 롤링공정에서 사용되는 롤프레스의 변형을 나타낸 도면
도 6a∼6c는 클램셀(clamshell)내에 형성된 셀 샌드위치의 변형을 나타낸 도면
도 7a-7e는 클램셀의 제1실시예를 나타낸 도면
도 8a-8c는 클램셀의 제2 실시예를 나타낸 도면
도 9a는 도 8a-8c에 도시된 바와 같은 클램셀을 사용하여 셀을 진행시키는 것을 나타낸 도면
도 9b는 계단 모양의 플레이트를 갖는 클램셀의 거리에 대한 힘의 윤곽을 나타낸 도면
도 10a 및 10b는 본 발명의 장치 뿐만 아니라 종래기술의 솔라셀에 가해지는 힘을 나타낸 도면
도 11a-11d는 백본딩 공정에 이용될 수 있는 셀 샌드위치의 변형을 나타낸 도면
도 12a 및 12b는 솔라셀을 백본딩하기 위한 바람직한 방법을 나타낸 도면
달리 지적이 없는 한 다른 도면에서의 동일한 숫자 및 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
본 발명은 호일매트릭스에 구를 부착하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.먼저 셀 샌드위치를 제조한다. 셀 샌드위치는 상부 및 하부 압축패드 사이에 배열된 호일매트릭스의 개구에 장착되어 있는 구를 포함한다. 셀 샌드위치를 가열(예를 들어 약 530℃로)한 후, 셀 샌드위치를 압착하여 구를 호일매트릭스에 본딩시키는 롤프레스(또는 압연기)를 통하도록 셀 샌드위치를 조종하여 구를 호일매트릭스에 부착시킨다.
본 발명의 특징은 연속처리에 상당히 이바지할 수 있는 공정흐름을 제공하는 데 있다. 수직프레스와는 달리, 호일매트릭스는 제조되는 셀의 길이에 관계없이 롤프레스를 연속적으로 통과한다. 따라서 제조능률이 향상되며 단가가 절감된다.
또 롤프레스는 주어진 시간에 상당히 작은 면적에 힘이 가해지기 때문에 균일한 압력이 가해진다. 수직프레스를 사용하는 공정은 동시에 셀 전체(또는 1이상의 셀)에 압력을 가하는 반면, 롤프레스는 몇 개의 구열을 한 번에 압착시킴으로써 셀을 압착시킨다. 셀 전체에 대한 것보다 몇 개의 구열에 대해 압력을 균일하게 조절하는 것이 용이하다.
또한 압력 적용률이 중요한 바, 가해지는 압력이 빠를수록 결합강도가 좋아진다. 일반적으로 롤러는 액압프레스보다 적용률이 빠르다.
이하 본 발명을 다양한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
기술된 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 방법을 예시한 것에 불과하고, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 한정된다.
이하 본 발명의 장치 및 방법을 기술한다. 먼저 솔라셀을 형성하기 위한 공정에 대해 간략하게 설명한 후, 구형 부재를 호일매트릭스에 부착하기 위한 바람직한 실시예를 기술한다.
도 1a-1f에, 전형적인 공정흐름에서 간추린 공정단계 이후의 솔라셀이 도시되어 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 두께 8㎛의 유연성 있는 전도성 호일 2 또는 전면 호일, 바람직하게는 실리콘 0.5-1.5중량%(바람직하게는 1.0중량%)를 함유하는 알루미늄이 구비된다. 호일 2는 산소를 함유하고 있는 환경하에 노출됨에 따라 그 표면에 자연 산화층(통상적으로, 두께 50Å)이 형성된다. 이하 3개의 솔라어레이 부재 또는 구 4에 관하여 기술되어 있지만, 상기 종래기술로 예시된 바와 같이, 전체 어레이에는 다수의 어레이 부재 4가 구비되는 것으로 이해되어야 한다. 호일 2에 포함되어 있는 매트릭스내의 일련의 구 4를 셀이라 한다. 즉 셀은 전도성 호일의 2개의 시이트 2,28(도 1f)에 각각 연결되어 있는 다수의 구 4를 포함한다.
알루미늄 호일 2는 먼저 엠보싱될 수 있다. 엠보스는 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부에 6변의 주기적인 배열로 배치될 수 있다. 예를 들어 엠보스는 구의 직경이 37㎛인 경우는 41㎛ 센터에, 구의 직경이 76㎛인 경우는 81㎛ 센터에 위치한다. 엠보싱된 부분의 직경은 이곳에 지지될 도프(dope)된 실리콘 입자 또는 구 4의 직경보다 약간 작다. 엠보스는 원형이거나, 6변 혹은 8변의 기하학적 형상일 수 있다. 다각형의 엠보스인 경우 그 중앙을 가로지르는 대각선은 그곳에 적용될 구 4의 직경 보다 작다. 한편 호일 2은 홀 6 모양으로 스탬핑 또는 펀칭할 수 있다.
엠보싱된 호일 2을 수세하여 유기물을 제거하고, 얇게 엠보스되어 있는 호일 2부분을 제거하기 위하여 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨으로 식각하여 호일 2를 관통하는 개구 6을 만든다. 다수의 개구 6을 갖는 식각된 호일 2를 호일매트릭스라 한다.
이때 호일 2를 플루오르화수소산 13%, 니트르산 38%, 아세트산 21% 및 물 28%로 구성되는 50%의 39A 식각액으로 식각함으로써, 부작용이 최소화된 매트릭스면이 제공된다.
잉여의 도프된 실리콘 구 4를 매트릭스 또는 호일 2의 전면부 14 위에 놓고, 진공척(vaccum chuck, 도시되지 않음)으로 호일 2의 배면 16에 부압을 가하여 구 4를 개구 5으로 끌어 들여 지지한다. 다수의 개구 6에 관계되는 잉여의 구 4를 초기에 호일 2의 전면 14 위에서 사용하기 때문에, 개구 6 전체는 구 4로 채워지며, 그후 잉여의 구 4를 제거한다. 이를 위해 독터기술(doctor techniques)을 이용할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 부재 4의 크기 및 형태는 제한되지 않지만, 실질적으로 구형 입자인 부재 4는 그 직경 36∼86㎛이다. 상술한 바와 같이, 개구 6은 구 4의 직경 보다 어느 정도 작은 직경을 갖는다. 구 4는 n형 도프층 또는 표피 10으로 둘러 싸여있는 p형 도프 코어 12를 포함한다. 그러나 이들의 전도성은 반대가 된다. 개구 6에 구 4를 적재한 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 구 4를 개구 6의 측벽에 접착한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 구 4는 그 중심선이 알루미늄 호일 2에, 또는 약간 전상방부에 오도록 개구 6에 배열한다. 이러한 구 4의 배열은 알루미늄 호일 2의 상부 및 하부에 놓여져 호일-구 2-4를 누르는 압축패드 34,36(도 3에 대해 설명한 바와 같음)를 사용함으로써 이루어 진다. 압축패드 34,36은 두께 1∼8밀의 알루미늄 호일로 형성되며, 이형제로 도포되어 있다. 압축패드 34,36은 패키지가 변형되는 경우 구 4에 가해지는 손상을 줄이는 쿠션역활을 한다. 또한 압축패드는 구 4가 어느 정도 말랑말랑한 쪽으로 이동되게 한다. 이하 본 발명에 따른 전면접착 공정을 행하기 위한 방법이 도 2∼도 6과 관련하여 상세히 기술한다.
도 1b에 구 4의 중심선에 일치 또는 정렬되어 있는 호일 2가 도시되어 있으나, 반드시 이럴 필요는 없다. 광자에너지를 조사하는 n형 표피층 10의 표면적을 최소화하기 위하여, 호일 2를 중심선 아래에 두는 것이 바람직하다. 호일 2와의 관계는 p형 코어부 12의 양에 따라 좌우되며, p형 코어부 12는 제2 호일 시이트 28(도 1f)에 본딩되기 위해 시이트 2의 배면 16 아래로 노출되어야 한다. 구 4의 정점에서 약 55% 아래에 호일 시이트 2를 부착하여 균형을 잡는다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 호일 2의 후면 또는 배면 16과 그 아래 돌출되어있는 구 4의 일부를 플레이너(아세트산 18%, 느트르산 52%, 탈이온수 26% 및 플루오르화수소산 4%), 플루오르화수소산/니트르산 혼합물(HF/HNO3) 또는 39A 식각액(플루오르화수소산 13%, 니트르산 38% 아세트산 21% 및 물 28%)중 어느 것을 사용하여 식각한다. 호일 2의 배면 16에 인접해 있는 구4 표면상의 n형층 10은 제거되어 p형 부분 12이 노출된다. 알루미늄 호일 2는 마스크(mask)로서의 역할을 하여 식각액이 어레이의 배면 16 하부에 있는 층 10의 일부만을 제거하도록 한다. 셀의 전류출력을 증대시키기 위하여, 전면 상부의 n형 표피층 10을 배면식각(백에칭)한 후(또는 이와 동시에), 부분 식각을 하여 p-n접합을 얇게 한다. 그후 어레이를 수세하여 식각액을 제거한다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 절연층 20, 바람직하게는 캡톤(Kapton; 두폰사 제품) 또는 피라린(Pyralin: 두폰사 제품) 등의 폴리이미드를 호일 2의 배면 16에 도포하고, 구 4의 p형 지역 12는 노출시킨다.
도 1e에 있어서, 폴리이미드 코팅층 20을 제거하여 구 4의 p형재 12의 일부가 구멍 22를 통해 노출되도록 한다. 이러한 단계는 선택적인 마모, 예를 들어 강모(그릿 320)가 덮여있는 탄화규소재의 회전 브러시하에 셀을 통과시킴으로써 실행된다. 예를 들어 강모는 직경 0.46mm, 길이 22.2mm의 나이론으로 만들 수 있다. 이러한 강모를 갖는 디버링머신(deburring machine)은 아토테크사(Atotech; 모델 604)로 부터 구할 수 있다.
다음 단계는 작아진 부재 또는 구를 분리시키기 위하여 어레이를 양극 산화하는 공정을 거친다. 이 공정에서, n형 지역 10과 p형 지역 12(즉, 음극과 양극)사이에 0.5V의 전위차가 있는 묽은 플루오르화수소산조에 어레이를 침지한다. 양극화성(anodization)공정에서 작아진 구 4의 노출된 p형 코어 12에 절연코팅(도시되지 않음)을 하는 데 대략 30∼120초가 걸린다. 이 절연코팅은 구 4를 배면호일 28과 분리시킨다(도 1f 참조). 양극화성 공정 후, 이산화티탄 코팅(도시되지 않음)을 구 4의 n형 표피 10에 형성한다. 이산화티탄 코팅은 반작용 코팅으로서의 역할을 한다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 두께 0.3∼1.0밀의 박 알루미늄 호일 28 또는 배면 호일을 각각의 구 4 밑에 위치시킨다. 알루미늄 및 셀 패키지 2,4,28을 온도 350~450℃, 바람직하게는 420℃로 가열한다. 가열된 호일 28을 접점 26 또는 노출된 p형 코어 12에 압착하여 서로 본딩되도록 한다.
본 발명의 1실시예에 있어서, 호일 28은 구 4에 직접 접착된다. 즉 전기접점 26은 호일 28과 일체가 된다. 이 공정은 미국특허 제5,028,546호에 개시된 바와 같이, 전기접점 26을 구 4에 본딩한 후, 호일 28을 전기접점 26에 본딩하는 일련의 2단계로 대체될 수 있다. 이러한 소위 배면 접착공정에 대해 도 11 및 도 12와 관련하여 이하에 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 전면 접착공정을 도 2∼도 10과 관련하여 상세히 설명한다. 도 1a에 대하여 전술한 바와 같이, 전면 호일 2를 준비한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 호일매트릭스 2는 구 4가 부착될 다수의 소형 개구 6을 포함하고 있다. 이 개구는 도면부호 30, 30', 30" 및 30'''로 표시된 바와 같이 여러 열로 형성될 수 있으며, 4가지의 다른 방식에 따라 각 열을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 개구 6은 도 2a에 도시된 바와 같이, 규칙적인 육각형 배열로 형성되어 있다. 이러한 배열로 인하여 호일 2상의 구 4의 밀도가 최소화 된다. 규칙적인 육각형 패턴으로 정렬되어 있는 개구를 갖는 몇 개의 솔라셀을 만들어 시험하였다. 플레이너 개구부는 그 크기가 0.1-300㎠ 이다. 도 2b는 단일 셀의 1예를 나타낸 것으로, 치수가 3.16 x 3.16cm(10㎠) 또는 10 x 10cm(100㎠)이다. 도 2c는 다른 변형예를 나타낸 것으로, 단일 호일매트릭스 2에 연속적으로 배열된 치수 10 x 10cm(300㎠)의 3개의 셀을 포함하고 있다. 각각의 구 4를 호일 2에 부착하여 그 주위가 호일 2에 본딩되게 한다. 이것은 각각의 구 4를 호일 2의 개구 6 속으로 밀어넣고 호일-구 2-4를 압착하면 된다.
압착공정을 용이하게 하기 위하여, 도 3a에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32를 형성한다. 셀 샌드위치 32는 상부 압축패드 34, 하부 압축패드 36 및 호일 2(개구 6에 구 4를 포함하고 있음)를 포함한다. 압축패드 34,36은 구가 압착공정시에 어느정도 유연한 쪽으로 움직일 수 있게 한다. 또한 압축패드는 구 4와 호일 2의 손상을 방지하는 역할을 한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상부 압축패드 34는 알루미늄과 같은 얇고 질기며 유연성있는 제1 및 제2 시이트 39,41을 포함할 수 있다. 유연성 시이트 39,41은 이 형막층 40,42를 포함하는 것이 바람직하다. 이형막층은 압축패드의 기재로 사용하거나 압축패드에 형성되는 비교적 얇은(두께 0.3mm 이하) 코팅층으로, 압축패드가 다른 재질, 특히 호일매트릭스 2 및 실리콘 구 4와 같은 셀 샌드위치 32에 접착 또는 점착되지 않게 한다. 또한 압축패드를 그 자체 또는 이형막층과 함께 기계적마모 및 /또는 화학적 식각을 하여 표면 다듬질 또는 표면 토포그래피를 수정함으로써, 다른 재질과 접착되는 것을 방지할 수 있다.
이형막층 40,42는 석고(예를 들어 황산칼슘 CaSO4)를 포함하고 있다. 하부 압축패드 36은 유연성 시이트 44, 바람직하게는 알루미늄을 포함할 수 있으며, 유연성 시이트는 이형막층 43, 바람직하게는 석고를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 유연성 시이트 39,41,44의 양측을 이형막층으로 코팅할 수도 있다.
알루미늄 시이트 39,41,44중 1이상은 그 위에 산화층(도시되지 않음)을 갖을 수 있으며, 그 두께는 0.05∼0.30㎛이다.
또한 셀 샌드위치 32는 상부 및 하부의 산화 스테인레스스틸 시이트 38,45를 포함한다. 이 스틸 시이트 38,45는 알루미늄 시이트 39,44가 클램셀(도 6a의 54)이라는 샌드위치 홀더에 본딩되지 않도록 하기 위해 제공되는 것이다. 클램셀을 사용하지 않는 경우에 스틸 시이트 38,45는 필요없다. 온도 500℃의 로 또는 오븐에서 약 20분 동안 시이트를 가열함으로써 스테인레스 스틸 시이트 38,45 상의 산화물의 두께를 크게할 수 있다.
도 3b에 도시되어 있는 압축패드 34,36을 구성하는 구성요소의 치수를 표 1에 나타내나, 이들 치수는 단지 예시적인 것에 불과하다. 그 예로 유연성 시이트 39,44는 산화 알루미늄 시이트를 포함한다.
Figure pct00001
본 발명의 1실시예에 있어서, 상부 압축패드 34는 2개의 알루미늄 시이트39,41를 포함하며, 하부 압축패드 36은 하나의 알루미늄 시이트 44를 포함하고 있다. 그러나 본 발명은 다른 부재의 층을 사용해도 무방하다. 예를 들어 다른 예로 도 3c에 셀 샌드위치 32가 도시되어 있다. 상기 예에 있어서, 상부 압축패드 34는 산화알루미늄 시이트 39(6.0인치 x 14.375인치 x 0.008인치)와 함께 석고 이형막 40(4.875인치 x 13.250인치 x 0.003인치 ± 0.0005인치)을 포함한다. 하부 압축패드(36)는 산화 알루미늄 시이트 44(6.00인치 x 14.375인치 x 0.008인치)와 함께 석고 이형막 43(4.875인치 x 13.250인치 x 0.005인치 ± 0.0005인치)을 포함한다. 알루미늄 시이트 39,44에 형성된 산화층은 그 두께가 약 3mm(120밀리인치)이다. 상기 실시예에서는 스테인레스스틸 시이트를 사용하지 않는다. 시이트 39,44상의 산화층은 시이트 39,44가 클램셀에 본딩되는 것을 방지한다. 본 명세서에 상기 압축패드 34,36은 석고 이형막 40,42,43과 함께 알루미늄 시이트 39,41,44를 포함하고 있는 것으로 기술되어 있으나, 이외에 다양한 재료로 구성될 수 있다. 일반적으로, 상기 재료는 가능한 한 ①구조적 통합성이 분해 또는 손상되지 않고 필요한 온도(예를들어 550℃ 이상)에서 잘 견딜 수 있고, ②알루미늄과 같은 변형특성을 갖으며, ③저렴하게 이용할 수 있고, ④석고 또는 다른 이형제를 접착하거나 산화 이형코팅을 형성하게 함으로써, 구 4, 호일매트릭스 2, 다른 압착패트 및 클램셀에 점착되지 않게 하며, ⑤구조적 결합없이 소정의 압착력/압력에 견디고, ⑥주요 온도에서 가스누출이 없고, ⑦알루미늠과 같은 열팽창 특성을 갖추어야 한다.
또는 43은 프린터 잉크20㎖, 에틸렌글리콜 20㎖, 질화붕소 6g, 및 실리카 6g을 혼합함으로써 만들어 진다. 또한 소정의 경도를 얻기 위해 에틸렌글리콜을 추가할 수 있다. 이형막층에 대한 대체 재료로서 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 및 이산화티탄(TiO2)의 세라믹 코팅을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 압축패드 34,36은 압축 흑연층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 압축 흑연층은 그라호일(Grafoil; 유니온 카바이드사 제품)과 같은 상용물을 포함할 수도 있다.
구 4를 호일 2에 부착하기 위해서 먼저 셀 샌드위치 32를 가열하여야 하며, 그 온도는 500-540℃, 바람직하게는 530℃이다. 상한 온도는 알루미늄이 p형 코어 12에 박혀 셀부재가 단락되도록 하기 위해 알루미늄 이동도가 증가하는 은도까지만 한정한다. 일단 셀 샌드위치 32가 소정의 온도에 다다르면, 도 4a,4b에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32를 롤 프레스 48에 통과시킴으로써 구 4는 호일 2에 부착된다. 셀 샌드위치 32는 상부 롤러 50 및 하부 롤러 52 사이에서 압축된다. 롤프레스 48에 의해 가해지는 압력 및 구 4와 호일 2의 온도 상승으로 인해 구 4가 호일2에 본딩되게 한다. 상기 실시예에 있어서, 셀 샌드위치 32는 상온하에서 압축한다. 호일 매트릭스 2(구 4를 포함)를 나중에 가열하여 본딩공정을 완결할 수도 있다. 이것은 압축공정을 상온에서 실행할 수 있기 때문에 매우 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 롤러 50,52는 통상 254mm의 동일한 직경을 갖는다. 일반적으로 롤러 50(또는 52)의 직경은 필요한 힘의 세기에 따라 76∼457mm의 범위에서 변동가능하다. 그러나 이 공정은 롤러 50,52의 크기에 의해 한정된다. 직경이 작은 경우 롤러 50(또는 52)와 셀 샌드위치 32 사이에 하나의 접점만이 존재하기 때문에, 직경이 작은 것이 바람직하다. 이러한 특성에 의해 하기한 바와 같은 이점이 있다. 그러나 롤러가 너무 작으면 롤 프레스 48에 있는 셀 샌드위치 32가 비틀어지거나 변형되기 때문에 바람직하지 않다. 대형롤러에 의해 가해지는 힘은 그 조절이 어려울 수 있기 때문에, 롤러의 크기는 필요한 힘에 비례해야 한다.
열내의 각각의 구가 동일한 압력으로 압축되기 위해 롤러 50 과 52는 서로 평형을 이루는 것이 중요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 셀 샌드위치 32(도 6a에 도시된 바와 같이, 크램셀 54를 포함)는 그 두께가 약 27.4mm이고, 롤러 50과 52는 약 25.7mm의 거리를 두고 떨어져 있다. 이러한 간격을 두는 것은 0.6mm 정도의 롤러 베어링의 유극을 고려한 것이다. 이러한 구조로 인해 샌드위치 32의 일부분에 11,000kgf의 힘이 가해짐으로써 구 4가 호일매트릭스 2에 압착된다.클램셀 54을 사용하지 않는 공정은 구 4를 호일매트릭스 2에 압착하는 데 훨씬 힘이 덜들 것이다. 도 4a 및 4b에 동일 반경의 2개의 롤러 50 및 52가 도시되어 있으나, 롤 프레스 48은 그 변형이 가능하다. 그 변형을 도 5a∼5d에 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 상부 롤러 50은 하부 롤러 52의 반경 보다 작다. 또 다른 실시예(도시되지 않음)에 있어서, 하부 롤러 52의 반경은 상부 롤러 50의 반경 보다 작을 수 있다. 셀 패키지 32는 상부 및 하부에서 동일한 속도로 안내되기 때문에, 두 롤러 50과 52의 접선속도는 실질적으로 동일하다. 도 5b의 실시예에 있어서, 셀 샌드위치 32를 벨트콘베이어 또는 유사설비 52에 놓고, 상부 롤러 50아래로 안내한다. 이 실시예에서는 하나의 롤러만 사용할 수 있다. 즉, 도 5c에 셀 패키지 32를 고정시키고, 롤러 50을 셀 패키지 위로 이동시키는 실시예가 도시되어 있다. 또 다른 예로, 셀 샌드위치 32의 고온을 유지하기 위하여, 가열요소(도시되지 않음)를 컨베이어 벨트 52(도 5b) 또는 표면 52(도 5c) 내에 포함시킬 수 있다. 도 5d에 상부 롤러 50a∼50c 및/또는 하부 롤러 52a∼52c를 하나 이상 포함하는 롤프레스 48가 도시되어 있다. 이들 각각의 롤러는 동일한 반경을 가지고 있으며, 또한 변경가능하다. 이러한 형태의 롤 프레스를 탠덤 압연기라 한다.
본 발명은 종래기술 보다 많은 장점이 있다 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 구의 열 30∼30'''(도 2a 참조)이 동시에 압축된다. 이 방식에 있어서, 소정의 시간에 압착되는 표면적이 비교적 작기 때문에, 구 4에 가해지는 압력을 보다 용이하게 조절할 수 있다. 실제로 롤러 50(또는 52)의 직경을 줄여 그 접촉 표면적을 줄일 수 있으나, 본 발명에서는 15인치 이상의 직경을 갖는 롤러를 사용할 것이다.
상술한 바와 같이, 도 2a에 4개의 가능한 구 4의 열 30,30',30" 또는 30'''이 도시되어 있다. 이 열은 어떤 각도로도 호일 2를 가로지르는 선으로 나타난다. 즉, 열을 나타내는 특정의 선이 한 구만을 가로지른다면, 그 열은 단일 구 만을 포함할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로 도 6a에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32는 롤프레스 48로 가기 전에 클램셀 54내에 위치된다. 이와 같은 상황에서 클램셀은 상부판 54t 및 하부판 54b를 포함하는 고정장치와 관련하여 압착공정시에 셀 샌드위치 32를 둘러싸게 된다. 도 7a∼7c에 도시된 바와 같이, 클램셀 54는 힌지 고정되어 있는 상부판 80 및 하부판 82를 포함할 수 있다(따라서 클램셀이라 함). 그러나 도 8a-8c에 힌지를 포함하지 않는 클램셀이 도시되어 있다. 롤 프레스에 연결되어 있는 클램셀형 고정장치를 사용하는 것을 북롤링(book-rolling)이라 할 수 있다.
도 6b 및 6c에 이용 가능한 여러 셀 샌드위치 32중 2가지가 도시되어 있다. 도 6b에 있어서, 상부 압축패드 34는 유연성 시이트 39 및 이형막 40을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 유연성 시이트 39는 알루미늄이고, 이형막 40은 석고이다. 하부 압착패드 36은 유연성 시이트 44 및 이형막 43을 포함한다. 여기에서의 유연성 시이트 44도 알루미늄일 수 있으며, 이형막 43도 석고일 수 있다. 상술한 바와 같이, 다른 재료를 사용해도 무방하다.
셀 샌드위치 32와 접촉되어 있는 상부판 54t 및 하부판 54b의 일부는 가열및 압착단계시 셀 샌드위치 32가 클램셀 54에 점착되는 것을 방지하는 이형막(도시되지 않음)으로 도포될 수 있다. 예를 들어, 클램셀 54는 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 질화티타늄(TiN) 또는 탄화크롬(CrC)등과 같은 유사 세라믹 코팅으로 도포할 수 있다. 이들 코팅은 알루미늄 시이트(예를 들어 39,44)가 스틸 클램셀에 점착되지 않게 한다. 클램셀의 표면 다듬질 또는 표면 토포그래피 또한 셀 샌드위치 32가 클램셀 54에 점착되는 것을 방지하기 위하여, 예를 들어 기계적 마모 및/또는 화학적 부식에 의해 조절될 수 있다.
다른 실시예가 도 6c에 도시되어 있는 바, 이것은 알루미늄 시이트 39 및 44가 산화되고, 석고 코팅 40 및 43이 제거된 것 외에는 도 6b의 실시예와 동일하다. 세라믹 코팅(도시되지 않음)은 상술한 바와같이, 클램셀 54상에 형성된다.
클램셀 54는 통상적으로 스틸과 같은 강한 열전도성재를 포함하고 있다. D2, M2 및 H13과 같은 스틸합금이 성공적으로 시험되었다. 스테인레스 스틸, 인코넬, 티타늄 및 텅스텐 등의 물질도 좋은 대체물이 될 수 있다. 1예로 클램셀 54는 길이 508mm, 폭 203mm, 두께 12.7mm의 상부판 및 하부판을 포함하나, 이들 치수는 호일2의 크기에 따라 변경될 수 있다. 두 개의 다른 클램셀 54의 상세한 도면이 도 7a~7e 및 도 8a∼c에 도시되어 있다.
도 7a∼7e에 클램셀 54의 제1 실시예가 도시되어 있다. 이 힌지 클램셀 54는 도 2b와 같은 10㎠의 본딩셀에 사용될 수 있다. 클램셀 54는 스틸 힌지 84에 의해 배면과 연결되어 있는 두 개의 강화(로크웰 C경도 Rc= 65) 스틸판 80 및 82를 포함한다. 셀 샌드위치 32는 상부판 80 및 하부판 82 사이에 위치되며, 클램셀 54는 로드(도시되지 않음)가 홀 86 안으로 삽입되고 상부판 80이 하부판 82으로부터 위로 들려짐으로써 개방된다. 가열원과 롤 프레스 사이(또 롤 프레스와 가열원 사이)의 이송은 하부판 82의 오버행 90 아래에 혀붙이 포크 88(tongued fork: 도 7d∼7e)를 삽입함으로써 행하여 진다.
도 8a, 8b 및 8c에 클램셀 54의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이 클램셀은 300㎠의 본딩 어레이(도 2C)에 사용될 수 있다. 상부판 54t는 4개의 핀(도 8a에 도시된 70a 및 70b중 2개)을 포함하며, 하부판 54b는 리세스 72a∼72d(도 8b)를 포함한다. 클램셀 판 54t 및 54b가 도 8c와 같이 서로 고착되는 경우, 핀 70이 리세스 72내에 고착될 수 있도록 핀정렬된다. 또 다른 실시예에 있어서, 리세스(예를 들어 72a 및 72c)에 대응하여 고착되는 두 개의 핀만을 사용할 수도 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32는 압착공정시에 상부판 54t 및 하부판 54b 사이에 고착될 것이다. 도 8a에 있어서, 클램셀 54는 압연기 48(도 4a∼4b 및 도 5a∼5d)를 사용하여 본딩공정을 향상시킬 수 있는 여러 가지 특징을 갖는다. 예를 들어, 상부판 54t는 판 외측에 스텝 74t를 포함하며, 하부판 54b는 판 외측에 스텝 74b를 포함한다. 그러나 하부판 54b에서는 스텝이 없는 하부판 54b와의 본딩시험을 나타낸 것이기 때문에, 스텝 74b가 필요 없다. 판 54b 및 54t는 각각 스틸 심 76b 및 76t를 포함한다. 1예로 상부판 54t의 심 76t는 361mm x 12.7m x 1.22mm 이며, 양쪽(도 8a에는 심 76t만 도시됨) 하면에 수직으로 배열된다. 상기 예에 있어서, 하부판 심 76b는 198mm x 53mm x 1.6mm이며, 도 8a에 도시된 바와 같이 하부판 54b의 선단 및 후단의 내측면에 위치한다.
도 9a에 있어서, 스텝 74t,74b 또는 심 76t,76b를 포함하지 않는 클램셀 54를 사용하여 실험하였다. 이 경우에 있어서, 롤 프레스 48은 선단부 92가 클램셀 54와 접촉되어 있다. 이것은 셀 샌드위치 32의 두께에 따라 상부 및 하부판 54t,54b가 종단부 94에서 분리되어 구 4의 첫 몇개의 열 96에 과도한 압력이 걸려 손상된다. 이러한 손상을 피하기 위하여, 힘을 줄이기게 되면 구 4가 롤러 50,52에 늦게 도달하여 구의 본딩이 불완전하게 된다. 이러한 문제점은 클램셀 54에 스텝 74 및 심 76을 추가함으로써 해결된다. 1예로 스텝 74의 단부를 구 4의 제1 열의 바로 위에 둔다. 이러한 방법으로 클램셀 54에 압력이 가해지는 것을 늦출 수 있을 뿐만 아니라, 심 76이 셀 샌드위치 32의 두께를 보정할 수 있다. 셀 샌드위치 32는 심 76t,76b에 의해 형성된 경계내에 존재한다. 종단부 94에서 판 분리를 최소화하는 기능을 하는 스텝 74 및 심 76으로, 구가 손상되지 않고 전면 호일 2에 구 4가 본딩되지는 않을 수준으로 제1 구열에 가해지는 힘의 양을 낮춘다. 도 9b에 도 8a~8c중 어느 하나에 해당하는 클램셀의 셀 패키지의 길이에 대한 힘의 세기를 나타낸다. 종단부 94가 클램셀 54에 대하여 스텝 74 및 심 76으로부터 얻을 수 있는 이점은 그대로 선단부 92에 적용된다. 부착공정에서, 고열량으로 구조물을 가열시키는데 비교적 시간이 많이 걸리기 때문에, 이를 피하기 위하여 사전에 미리 클램셀 54를 가열한다. 바람직하게는 온도 450∼510℃에서 클램셀 54를 가열한다. 이 온도는 가능한 한 본딩온도에 가깝게 유지되어야 한다. 그후 셀 샌드위치 32를 상온으로한 후, 소정의 공정온도, 예를 들어 530℃로 가열한다. 다른 예로, 셀 샌드위치 32를 클램셀 54에 삽입시키기 전에 예열(예를 들어 200∼550℃로) 한다. 이것은 패드가 클램셀 54의 온도에 가까운 경우에 그 이동(또는 전위)이 작아지기 때문에, 구의 이동을 최소화하는 데 유용한 것으로 판명되었다. 또 롤러 50,52를 가열할 수 있다. 예를 들어 약 500℃로 롤러 50,52를 가열하면 클램셀 54 없이도 본딩을 용이하게 행할 수 있다. 가열된 롤러는 셀 샌드위치의 열을 유지하는데 도움을 줄 것이다. 또 다른 예로, 셀 패키지 32(클램셀을 사용하지 않은 경우) 또는 클램셀 54가 롤러에 점착 또는 들러붙는 것을 방지하기 위하여, 이형막층을 롤러 50,52에 사용 또는 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 점착 방지에 보다 도움이 되도록, 롤러의 표면조직을 예를 들어, 기계적 마모 및/또는 화학적 부식으로 변경할 수 있다.
롤러 50,52는 통상 원통형이나, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어 스텝 74t(74b)가 클램셀 54에 포함되어 있는 것 같이, 스텝을 상부 및/또는 하부 롤러 50,52에 장착할 수 있다. 이러한 롤러 구조는 스텝이 없는 편평한 클램셀 54을 사용할 수 있게 한다. 이러한 다른 형상의 롤러는 클램셀 54없이 본딩하는 경우에 유용하다는 것이 입증될 것이다. 또 다른 예로 롤러 50,52의 폭을 선택하여 클램셀이 없는 본딩인 경우의 셀 폭과 매치시키거나, 또는 클램셀 본딩에서의 스텝 폭과 매치시킬 수 있다. 이때 셀 샌드위치 32를 압착공정의 롤 프레스 48로 향하게 한다.
도 10a 및 10b에 인용예를 든다. 수직프레스를 사용하여 구 4를 호일 2에 압착하는 종래기술(미국특허 제5,091,319호)에 있어서, 구에 가해지는 힘 F(도 10a의 참조부호 56)는 호일 2 면에 수직한 방사상의 내부 성분을 포함한다. 그러나 롤프레스 48를 사용하는 방법에 있어서, 그 힘은 호일 2 면에 수직한 방사상의 내부성분 F1과 호일 2 면에 평행한 접선 성분 F2를 포함한다. 이들 힘은 도 10b에 참조번호 56과 58로 표시되어 있다. 접선 성분 58은 이 공정에 해를 끼칠 수 있으나, 잘 고안된 클램셀 54를 사용하면 이들 힘을 최소화할 수 있다는 것이 실험적으로 나타났다. 예를 들어 클램셀을 사용하지 않는 공정은 접선 성분 58의 바람직하지 않은 결과를 극복하기 위해 셀패키지 32의 구성 및/또는 롤프레스 48의 디자인을 바꿔야할 것이다. 일견, 롤프레스를 사용하는 공정은 바람직하지 않은 것으로 생각될 수 있으나, 본 발명자들은 클램셀을 사용함으로써 이 공정을 행할 수 있다는 것을 발견하였다. 실제로 롤프레스가 수직프레스 보다 우수하다는 것이 실험적으로 입증되었다.
이하 상기 실험의 주요부분에 대해 기술한다. 종래에 가열 프래튼(platens)을 갖는 수직프레스를 사용하여 알루미늄 매트릭스 2를 구형 솔라셀의 실리콘 구 4에 열 본딩하였다. 이러한 셀 조립공정의 본딩단계를 전면접착(front bond)이라 할 수 있는 것으로, 그 공정에서 중요한 공정중의 하나이다. 10㎠ 및 100㎠의 셀(즉 표면적이 10㎠ 와 100㎠인 셀)의 전면접착은 온도 600℃에서 최소한 각각 30톤 및 200톤의 압력을 갖는 4포스터 프레스(four-poster presses)로 만들 수 있다. 미국 특허 제5,091,319호에 전면접착을 하는 방법이 개시되어 있다.
실리콘 구를 알루미늄 호일에 부착시키기 위한 개선된 방법은 수직 액압프레스 대신에 두 개의 고 압연기(예를 들어 도 4a 및 4b)를 사용하를 사용함으로써 이루어진다. 롤프레스 48은 알루미늄 호일을 엠보싱하는 북롤러에 사용되는 압연기와동일하다. 이에 대해 미국특허 제 4,992,138호에 개시되어 있다.
셀 샌드위치(예를 들어 도 6a의 10㎠ 셀 샌드위치 32)를 클램셀(예를 들어 도 7a의 클램셀 54)에 삽입한다. 상기 클램셀은 로크웰 C강도가 약 65인 스틸로 만든다. 그후 강화 클램셀의 표면을 오차한도 ±0.0005인치로 편평하게 갈아 평행면을 이루게 한다. 실제 본딩을 하기 전에, 견본 셀 패키지를 포함하는 클램셀을 압연기에 통과시켜 롤러의 바이트나 갭을 조절한다.
클램셀 54를 수직프레스의 가열 프래튼으로 500℃로 가열하고, 셀 샌드위치 32를 클램셀 안으로 삽입시킨 후, 즉각 클램셀 54 위에서 경압력을 가하여 패키지가 열팽창에 의한 부조합으로 인해 구부러지는 것을 방지한다. 패키지가 굽어지면 구가 제자리에 있지 않고 비뚤어질 수 있다. 또한 경압력을 가하여 클램셀과 가열 프래튼이 적절히 열접촉되도록 한다. 약 500℃로 사전 가열한지 1분 후에, 셀 패키지 32를 포함하는 클램셀 54을 혀붙이 포크(도 7d 및 7e)로 제거하여 롤프레스 48(도 4a) 근처에 둔다. 그후 클램셀 54는 롤프레스 48를 통해 안내된다. 롤러를 통해 한번 패스만으로도 구 4(도 4a 및 4b)는 충분히 접착된다. 전면 롤러 본딩후, 미국특허 제5,091,319호에 개시된 바와 같은 작동절차에 따라 셀을 진행시킨다.
이하 클램셀의 중요성에 대해 기술한다.
상기의 전면 롤러 본딩검사 전에, 상기와 같은 동일한 압연기를 사용하여 두께 0.01mm 이하의 알루미늄 호일이 구의 배면에 잘 부착되지 않게 하는 일련의 실험을 하였다. 이 공정단계를 배면접착(back bond)이라한다(이하 및 도 1f에 대해 기술됨). 전면 호일이 n형 도프층에 연결되고 배면 호일이 p형 코어에 연결되기 때문에, 배면접착 단계에서 솔라셀의 전기회로가 완성된다. 이 공정은 기능을 갖는 클램셀이 없기 때문에, 본 실험은 부분적으로 실패하였다.
용인될 수 있는 클램셀은 일측에 힌지가 있는 2개의 두꺼운 금속판(예를 들어 도 7a에 도시된 전면 롤러 본드 클램셀의 두께 7.6mm의 금속판)으로 구성되어 있다. 그렇하지 않으면 도 8a∼8c에 도시된 바와 같이 핀을 사용해도 된다. 힌지는 셀 샌드위치에 과도한 전단력이 생겨 클램셀이 미끄러지는 것을 방지한다. 즉, 힌지는 도 8a의 핀 70a,70b와 같은 기능을 한다. 롤러 본딩에 대한 과도한 전단력(도 10b의 힘 F2)은 본딩공정을 방해하여 바람직하지 않다. 클램셀의 질량이 셀 샌드위치 보다 훨씬 큰 경우, 클램셀이 예열로를 거쳐 압연기로 들어가는 동안에 보조 히터없이 약 500℃의 응결온도를 유지할 수 있다. 히터는 그의 전선이 있으면 그 이동이 복잡할 뿐만 아니라, 클램셀의 단가를 높일 것이다. 또한 클램셀 판이 소성 변형에 견딜수 있을 만큼 두께가 충분히 두껍고 강해야 롤러에 의해 가해지는 힘이 셀을 통해 확실하게 골고루 분산될 것이다. 롤러에 의해 판이 굽어지면 힘이 균일하지 않게 된다. 예를 들어 클램셀을 편평하게 하는 압연력의 일부 또는 전부가 불충분하면 호일이 구에 접착되지 않고 남아 있게 된다. 그래서 클램셀의 개념 및 디자인이 롤러본딩의 결과에 어느정도 중요하게 된다. 바람직하지 않은 실험에서 사용된 클램셀은 힌지(또는 과도한 수평이동을 방지하기 위한 핀과 같은 다른 수단)가 없고, 판이 굽는 현상을 방지할 정도로 충분한 두께 및 강도도 없었다. 전면 롤러본딩 시험에서 사용된 클램셀은 상기 모든 특성을 가지고 있었으며, 매우 개선된디자인이었다. 클램셀이 지금까지 처리된 셀에서 중요한 역할을 하지만, 도 4a 및 4b를 참고로 전기한 바와 같이, 클램셀없이 공정을 실행할 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 클램셀을 제거하기 위하여, 셀에 손상을 입히지 않고 접착되도록 롤프레스에 의해 가해지는 힘을 잘 처리해야 한다.
이 공정의 성과를 입증하기 위하여, 개방전압 출력 및 단락전압 출력을 측정하였다. 그 결과 액압프레스 방식으로 만들어진 셀 보다 우수하였다. 롤러본드 방식이 프레스 방식 보다 기계적 손상이 적다면, 이 셀의 파라미터는 설명될 수 있을 것이다. 게다가 기계적 손상이 줄어든 롤러본드 방식은 프레스 방식에서 처럼 어떠한 수직 본딩동작 없이, 평탄한 재질이 연속적으로 지나가는 선형운전으로 대량생산에 응용될 수 있다.
본 발명의 방법은 도 1f를 참고로 상술한 바와 같이, 배면접착 공정으로 이용할 수 있다. 전면접착 공정과 마찬가지로, 도 11a∼11d에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치를 형성한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32는 상부 압착패드 34, 하부 압착패드 36 및 셀을 포함하고 있으며, 상기 셀은 제1 전도성 시이트 2, 솔라부재 4 및 제2 전도성 시이트 28을 포함하여 제조된다. 셀은 도 2c에 도시된 바와 같이, 300㎠의 면적을 갖는다. 압착패드 34,36은 구 4가 압착과정에서 손상을 입지 않도록 하는 쿠션역활을 한다. 도 11b에 배면접착 공정에 이용될 수 있는 여러 압착패드 구조중 1예가 도시되어 있다. 도 11b에 도시된 각 층에 대해 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
셀 샌드위치의 다른 예를 도 11c에 도시한다. 이 실시예에 있어서, 알루미늄층 64 위에 석고층 63(152mm x 365mm x 0.03mm ± 0.01mm)이 있다. 또한 알루미늄층 66 위의 산화물의 두께를 0.30㎛ 증가시키면, 스테인레스스틸층 66을 제거할 수 있다. 도 11d에 도시된 바와 같이, 셀 샌드위치 32는 상부 클램셀판 54t와 하부 클램셀판 54b 사이에 놓여있다. 이 실시예에 있어서, 상부 클램셀판 54t는 세라믹 이형코팅으로 도포된다. 이 코팅은 배면호일 28에 직접 접해진다. 하부 압착패드 36는 산화 알루미늄층 64와 가공되지 않은 글루미늄층 67을 포함한다. 상부 판과 마찬가지로, 하부 클램셀판 54b를 세라믹 등의 코팅으로 도포한다. 이 실시예에서는 스테인레스스틸 시이트는 필요하지 않다.
도 1e에 관해 상술한 바와 같이, 다수의 개구는 절연층 20에 한정되어 있다. 상술한 바와 같이, 이들 개구를 통해 구의 일부가 노출된다. 노출된 구 4의 일부는 셀 샌드위치를 압착함에 따라 제2 전도성 시이트 28에 부착된다. 압착단계를 실행하기 전에, 클램셀 54와 호일 시이트 2,28 사이의 효과적인 열접촉을 위해 셀 샌드위치 32에 압력을 가할 수 있다. 이러한 중간 가압단계는 수직프레스를 사용하여 실행될 수 있으며, 통상적으로 가열원으로 수직프레스의 가열 프레튼을 사용한다. 만약 로(furnace)가 셀 샌드위치 32 및/또는 클램셀 54를 가열하는 데 효과적인 환경을 제공한다면 이 단계는 피할 수 있다. 클램셀 54를 적외선 가열원으로 가열하는 경우 중간 가압단계는 필요없다. 상부 판 54t의 무게는 전열을 효과적으로 향상시킨다.
배면접착을 이루기 위한 압착단계는 미국특허 제5,091,319호(도 12a에 도시됨)에 개시되어 있는 수직프레스, 보다 바람직하게는 도 12b에 도시된 바와 같은 롤프레스를 사용하여 실행될 수 있다. 전면 본드프레스와 마찬가지로 가압과 가열에 의해 전도성 시이트 28은 구 4에 접착될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 전기접점 26 및 제2 전도성 시이트 28을 동일 재질의 시이트로 형성한다.다른 예(다소 바람직하지 않음)에 있어서, 이 공정은 2단계로 실행된다. 제1 단계로 전기접점 26은 전술한 바와 같이 전도성 시이트(바람직하게는 알루미늄)을 압착하여 형성한다. 즉 프레스(미국특허 제5,091,319호) 또는 롤장치를 사용하여 전도성 시이트를 압착할 수 있다. 그후 전도성 패드 26가 구 4의 코어 12에 부착된 체 잉여의 전도성 시이트를 제거한다. 이후 제2 전도성 시이트 28(바람직하게는 알루미늄)을 전기접점 26에 재치시키고, 알루미늄 시이트 28과 셀 샌드위치 32를 온도 400∼450℃(바람직하게는 420℃)로 가열한다. 가열된 시이트 28을 어레이에 대해 압착한다.
본 발명을 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예뿐만 아니라 실시예의 다양한 변화는 다음의 청구범위를 벗어나지 않는다.

Claims (32)

  1. 상부(34) 및 하부(36) 압착패드 안쪽에 있는 호일매트릭스(2)의 개구(6)에 장착된 반도체 부재(4)를 갖는 셀 샌드위치(32)를 마련하는 단계;
    상기 반도체 부재(4)를 상기 호일매트릭스(2)에 부착하기 전에, 상기 셀 샌드위치(32)를 클램셀(54) 내에 배열하는 단계;
    상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계; 및
    상기 클램셀(54) 내의 셀 샌드위치(32)를 롤프레스(48)에 통과시켜 상기 셀 샌드위치(32)를 압착함으로써, 상기 반도체 부재(4)를 상기 호일매트릭스(2)에 부착하는 부착단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부(34) 및 하부(36) 압착패드는 각각 유연성 시이트(39,41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 유연성 시이트(39,41)은 이형막층(40,42)으로 도포된 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 유연성 시이트(39,41)는 알루미늄 시이트인 것을특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 이형막층(40,42)은 석고층인 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 압착패드(34,36)의 표면은 상기 셀 샌드위치(32)에 다른 재료가 부착되는 것을 방지하기 위해 수정된 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 압착패드(34)는
    스테인레스스틸 시이트(38);
    그 위에 산화층을 갖는 제1 알루미늄 시이트(39);
    제1 석고층(40);
    제2 알루미늄 시이트(41); 및
    제2 석고층(42)를 포함하는 다수의 층을 포함하며,
    상기 하부 압착패드(36)는
    스테인레스스틸 시이트(45);
    그 위에 산화층을 갖는 알루미늄 시이트(44); 및
    석고층(43)을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 압착패드(34) 및 하부 압착패드(36)는 각각 산화 알루미늄 시이트(39,41; 44)와 석고 이형막층(40,42; 43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계는 500∼540℃에서 상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 가열단계는 상기 부착단계 이전에 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 가열단계는 상기 부착단계 이후에 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 상기 클램셀(54)내에 위치시키기 전에 상기 클램셀(54)을 가열하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 상기 클램셀(54)내에 위치시키는 단계 이전에 상기 클램셀(54)을 가열하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 상기 클램셀(54)내에 위치시킨 이후에 상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 클램셀(54)은 상기 클램셀(54)의 두께가 균일하지 않도록 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 클램셀(54)은 상기 셀 샌드위치(32)와 접하는 지역에 형성된 이형막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 클램셀(54)의 표면은 상기 셀 샌드위치(32)에 다른 재료가 부착되지 않도록 수정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 롤프레스(48)는 하나의 직경을 갖는 제1 롤러(50)와 상기 직경을 갖는 제2 롤러(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 직경이 3∼18인치인 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 롤러(50)는 상기 롤러(50)의 직경이 원주 또는 바깥쪽이 균일하지 않도록 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  21. 청구항 18에 있어서, 롤러(50)은 500℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  22. 청구항 18에 있어서, 상기 제1 및 제2 롤러(50,52)중 1이상의 표면은 상기 셀 샌드위치(32)에 다른 재료가 부착되지 않도록 수정되는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 제1 및 제2 롤러(50,52)는 이형막층으로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  24. 청구항 1에 있어서, 상기 롤프레스(48)는 제1 직경을 갖는 제1 롤러(50)와 제2 직경을 갖는 제2 롤러(52)를 포함하며, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경과 다른 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  25. 청구항 1에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 롤프레스(48)에 통과시키는 단계는 상기 셀 샌드위치(32)를 움직이지 않게 고정하는 단계 및 롤러(50)을 상기 셀 샌드위치(32) 위로 움직이게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  26. 청구항 1에 있어서, 상기 롤프레스(48)는 다수의 상부 롤러(50)와 다수의 하부 롤러(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  27. 청구항 1에 있어서, 상기 클램셀(54) 내에 상기 셀 샌드위치(32)를 배열하는 단계 이전에 상기 클램셀(54)를 가열하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계는 상기 클램셀(54)내에 상기 셀 샌드위치(32)를 배열하는 단계 이후에 상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  29. 청구항 1에 있어서, 상기 가열단계는 상기 배열단계 이전에 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 부재(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  30. 다수의 열로 형성된 다수의 개구(6)를 포함하며, 상기 각각의 개구(6)에 구(4)를 갖는 호일(2)을 제공하는 단계;
    상부(34) 및 하부(36) 압착패드 사이에 호일매트릭스(2)를 위치시켜 셀 샌드위치(32)를 마련하는 단계;
    상기 셀 샌드위치(32)를 클램셀(54) 내에 배열하는 단계;
    상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 셀 샌드위치(32) 내에서 상기 다수의 구(4) 열내의 각 열을 압착하여 상기 구(4)를 상기 호일매트릭스(2)에 부착하는 단계로, 상기 클램셀(54) 내의 상기 셀 샌드위치(32)를 롤프레스(48)에 통과시켜 상기 구(4) 열을 연속적으로 압착하는 압착단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 구(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 개구(6)는 6각 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다수의 구(4)를 호일매트릭스(2)에 부착하는 방법.
  32. 다수의 도프된 실리콘 구(4)를 호일매트릭스(2)에 적재하는 단계;
    상부(34) 및 하부(36) 압착패드 사이에 상기 적재된 호일매트릭스(2)를 위치시켜 셀 샌드위치(32)를 형성하는 단계;
    단부를 갖는 상부(54t) 및 하부(54b) 클램셀(54) 판 사이에 상기 셀 샌드위치(32)를 배열시키는 단계;
    상기 셀 샌드위치(32)를 가열하는 단계;
    상기 셀 샌드위치(32)를 포함하는 상기 클램셀(54)을 롤프레스(48)에 통과시켜 상기 셀 샌드위치(32)를 압착함으로써 상기 실리콘 구(4)를 상기 호일매트릭스(2)에 부착하는 단계; 및
    상기 셀 샌드위치(32)를 냉각하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 개구(6)를 포함하는 호일매트릭스(2)에 도프된 실리콘 구(4)를 부착하는 방법.
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