KR20090064511A - 레이저 스크라이빙 방법 - Google Patents

Abstract

패널 위 얇은 코팅에 정확하게 라인을 레이저로 스크라이빙(scribing)하는 방법으로서, 특히 솔라패널(11)에 적용되며, 레이저 광선 스캐너 유닛(13)을 이용하고, 광학 시스템과 스캐너 렌즈를 포함하는 것에 있어서,

전체 라인 길이의 일부인 패널(11) 위의 라인(15)들의 섹션(sections)을 스크라이브하기 위하여 첫 번째 방향(X방향)으로 레이저 광선을 움직이기 위하여 유닛(13)을 사용하는 공정;

스크라이브된 라인으로 밴드(16)를 형성하기 위해 첫 번째 방향(X)에 직각인 두 번째 방향(Y방향)으로 패널(11)상에서 연속적으로 유닛(13)을 이동시키는 공정.

차후 성형되는 각 밴드를 성형시키기 위한 스크라이브 시작 위치를 이전 밴드 성형에서의 스크라이브 라인 말단의 종점과 일치시킴으로써 모든 스크라이브 라인들은 상호 연결되도록 유닛(13)을 위치시키는 공정;

패널의 전체에 연속적인 스크라이브된 라인을 형성시키기 위해, 상기 공정들을 반복하여 다수의 평행한 스크라이브 라인들로 된 밴드를 형성시키는 공정;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.

Description

레이저 스크라이빙 방법{PROCESS FOR LASER SCRIBING}

본 발명은 크고 얇은 필름(박막)형의 솔라 패널을 분할하기 위하여 사용되는 다수의 평행한 레이저 스크라이브(scribes)를 형성시키는 방법에 관한 것으로, 스캐너 유닛 사용에 의해 스크라이브 된 라인의 작은 섹션들에 평행하게 겹쳐진 밴드 생성에 기초된 것이다. 이러한 방법으로 패널의 빠른 움직임 없이 신속하고 정확하게 스크라이브가 가능하며, 먼저 스크라이브 된 선들에 대응해 두 번째 스크라이브되는 선들의 위치를 매우 정확하게 위치되게 하고 일그러짐에 의해 야기된 패널의 불규칙성을 보정하는 측정 시스템을 가능하게 한다.

보조 셀들을 생성시키고 서로 연결시키기기 위하여 솔라 패널에서 형성된 얇은 레이어를 스크라이브하기 위한 레이저의 사용은 수년 전부터 잘 알려져 왔다. 이러한 기술은 유리 판 위에서 더 낮은 전극, 흔히 ITO, 의 얇은 레이어 아래에 설비하는 것으로 구성되며 전기적으로 절연된 영역들 속에 ITO 레이어를 분리시키기 위하여 전형적으로 5-10mm 간격에서 레이저로 스크라이브한 선들로 구성된다. 무정형의 실리콘과 같은 레이어가 전 영역에 걸쳐 적용되고, 레이저는 첫 레이어에서 최초 스 크라이브에 가능한 한 근사하고 평행한 라인을 스크라이브하기 위해 다시 사용된다. 윗부분의 레이어에는 흔히 알루미늄이 적용되고 레이저 광선은 전기적 연속성을 깨기 위하여 다른 선들에 평행하고 근접하게 선들을 스크라이브하도록 세 번째로 사용된다.

이러한 방법에 의해 전기적 시리즈의 연결은 패널에서 모든 셀들 사이에서 형성된다. 그래서 전체 패널에 의해 생성된 전압은 각 셀 내, 셀의 양 내에서 형성되는 산출 잠재량에 의해 결정된다. 통상적으로 패널들은 50-100개의 셀들로 분할되며 그래서 전체 패널 산출 전압은 50 볼트 범위 내에 있게 된다. JP10209475는 표준 레이저 프로세스 사용을 완벽하게 기술하고 있다.

솔라 패널을 만들기 위해 ITO/실리콘/알루미늄 구조들 및 많은 다른 물질들이 사용 될 수 있다. 다른 동등한 효과의 장치들은 Cadmium Teluride(CdTe), Copper-Indium-diselenide (CIS)와 유리 위의 결정질(crystalline) 실리콘(CSG)에 기초하여 만들어진다. 모든 경우에서 레이저들은 관련된 레이어들의 일부 또는 전체를 스크라이브하기 위해 사용된다.

각각의 레이어들을 스크라이브하기 위해 사용된 레이저 광선은 때때로 판유리의 코팅된 면으로부터 적용되지만 또한 필름과 상호작용하기 전에 유리를 통해 광선이 통과한 경우에 반대 면으로부터 적용될 수도 있다. 사용된 레이저들은 일반적으로 스펙트럼의 적외선(IR) 범위내에서 작동하지만 두 번째 고주파 파동(532㎜)에서 작 동하는 레이저들 또한 폭넓게 사용될 수 있다. 심지어 UV레이저들도 때때로 사용된다. 레이저들은 일반적으로 매우 작은 범위의 파동이며, 몇 kHz에서 몇 MHz의 범위 내의 주기를 갖는 반복율로 주기적으로 조사된다.

몇몇 케이스에서 솔라 패널들은 금속판과 같은 불투명한 기판 위에 만들어진다. 이러한 경우에 기판을 통한 투사가 가능하지 않으므로 모든 스크라이빙 절차는 코팅된 면으로부터 투사광선을 요구한다. 다른 몇 몇 경우에서는 솔라 패널들은 얇은 금속이나 폴리머 판과 같은 유연한 기판 위에 만들어진다. 전자의 경우에, 오직 코팅된 면으로부터의 투사가 가능하다. 후자의 경우는 코팅된 면으로부터 또는 기판을 통한 투사 둘 다 가능하다.

이러한 모든 장치의 공통된 특징은 일 미터 또는 더 긴 길이의 각각의 스크라이브는 한 패널 위에서 각각의 레이어를 나누기 위하여 만들어져야만 한다는 것이다. 그러므로 100m 이상에 달하는 레이어 당 전체 스크라이브 길이는 종종 적합한 패널 과정 시간 내에서 솔라 패널 과정 툴에 의해 만들어지도록 요구된다. 일반적으로 2분 보다 더 짧다. 이것은 초당 수 미터의 높은 속도의 레이저 스크라이빙이 요구된다는 것을 의미한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 레이저 장치는 이미 소개된 바 있다. 몇몇 경우의 장치들은 고정된 광학장치를 가지고 있어 패널이 매우 빠르게 움직여져야 하는 것 이 있다. 패널이 과도하게 빠르게 이동하지 않게 하기 위하여 복합적인 고정적 평행 광학 헤드(heads)들이 종종 사용된다. 이것의 일례로, 160개의 분리된 스크라이브를 요구하는 약 1.1x1.1m 크기의 패널은 100초 이내에 8개의 평행한 광선과 초당 300㎜ 보다 낮은 최대 속도에서 움직이는 패널속도에서 처리될 수 있다.

이러한 접근은 받아들여질 수는 있으나 광학 헤드의 수, 레이저 광선 파편 그리고 균형 요구 면에서 복잡하다. 고속에서 반복적으로 앞, 뒤로 움직이는 크고 무거운 스테이지 시스템을 가지는 것 또한 신뢰할 수 없다.

또 다른 종래의 기술로서, 모든 선들을 스크라이브하기 위하여 단 하나의 광선을 사용하는 방법이 있으나, 이는 거울 스캐너 시스템을 구동시키는 갈바노메터(galvanometer)를 사용하여 광선 매우 빠르게 이동시켜야만 한다. 미국 특허 출원 No.US2003/0209527A1은 이러한 경우를 서술하고 있다. 패널이 스캐너 유닛을 지나 직각의 방향으로 움직여질 동안 스캐너 시스템은 초 당 4 미터에 달하는 속도에서 600㎜의 전체 너비를 가로지르는 레이저 광선을 이동시키기 위하여 사용된다.

본 발명은 고속이 아닌 패널 이동만이 요구된다는 점과 오직 한 광선만이 사용된다는 점에서 효과적이나, 패널의 전체 넓이를 커버하기 위한 문제를 가지고 있어 넓은 스캔 영역을 가진 스캐너 렌즈가 사용되어야 한다. 이것을 렌즈들이 상대적으로 긴 초점거리를 가져야 한다는 것을 의미한다. 또한 각각의 스캔 동안 전체 패널 너비에 걸쳐 초점을 유지하기 위하여 광선 확장을 다이나믹하게 조정하는 3번째 축을 가진 스캐너 시스템 사용이 종종 필요하다. 이것은 컨트롤 시스템에 복잡성을 더한다. 요구된 스캔 렌즈의 긴 초점거리는 생성될 수 있는 초점 스팟의 최소 사이즈의 한계를 결정하므로 만들어질 수 있는 스크라이브 너비는 이상적인 것만큼 좁지 않다. 렌즈 초점 거리와 스캐너 시스템 규모와 관련된 포지셔닝 에러처럼 정확하게 스크라이브를 위치시키는 것 또한 어렵다. 이상적인 스크라이브는 가능한 한 너비를 좁게 해야 되기 때문에, 성공적인 스크라이브는 가능한 한 서로 함께 근접하게 있어야 하기 때문에 이것 둘 다 주요 문제점이다. 세 스크라이브는 전기를 발생시키지 않으므로 최소화될 필요가 있다.

US2003/029527A1은 또한 '보우 타이 구성(bow tie configuration)'이라고 불리는 스크라이빙 동안 패널의 연속적인 움직임 방법에 대해 소개하고 있다. 이러한 방법은 공정과 스캔 과정과 비교하여 효과적이며 스크라이브의 위치가 중요하지(critical) 않은 곳에 쉽게 사용될 수 있다. 그러나 스크라이브가 이전의 스크라이브와 매우 근사하게 형성될 필요가 있는 제2와 제 3의 패널 스크라이빙 과정에서 보우 타이 구성을 실시하는 것은 어렵다.

제조 공정 동안, 스크라이브가 패널의 왜곡 및 사이즈 변화의 환경에서 미리 형성된 스크라이브에 매우 근사하면서 정확하게 위치될 필요가 있는 상황에서는, 이전 스크라이브의 위치를 측정하고 정확한 상대적 포지셔닝을 유지하기 위하여 스캐너 움직임을 조정해 보정하는 작업이 필요하다. 전체 패널의 확장 또는 축소 등의 변형에 대한 전체적인 측정은 로딩 후에 패널 상의 첫 번째와 마지막 스크라이브의 위치를 측정하는 것에 의해 가능하다. 이러한 데이터는 패널 움직임을 조절하는 장치의 매개변수를 조정함으로써 이러한 전체적인 변화들을 보정하는데 사용될 수 있으며, 또 라인의 미세한 기울기를 보정하는데 사용될 수 있다. 그러나 상기의 간단한 전체적인 왜곡 보정방법은 스크라이브 피치(scribe pitch)가 첫 스크라이브를 형성시키는 장치의 에러 또는 이어지는 패널 공정의 에러에 의해 불규칙적으로 될 때 스크라이브의 정확한 위치를 결정하기에 충분하지 않다.

본 발명은 US2003/0209527A1에서 서술한 종류의 보우 타이 구성(bow-tie configuration)을 사용하고 있지만 상술된 모든 문제점을 극복하고자 실행하며 모든 스크라이브를 미리 스크라이브된 라인에 대응하여 정확하게 위치시키기 위해 사용되는 다이나믹한 시스템을 가능하게 한다. 우리는 우리의 스캐닝 방법을 "보우타이 스캐닝(Bow Tie Scanning - BTS)"으로 부르고 우리의 시스템을 "다이나믹 스크라이브 얼라인먼트(dynamic scribe alignment-DSA)"라고 부른다.

본 발명은 패널 위 얇은 코팅에 정확하게 라인을 레이저로 스크라이빙(scribing)하는 방법으로서, 특히 솔라패널(11)에 적용되며, 레이저 광선 스캐너 유닛(13)을 이용하고, 광학 시스템과 스캐너 렌즈를 포함하는 것으로, 다음과 같은 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 바, 그 공정들은;

전체 라인 길이의 일부인 패널(11) 위의 라인들(15)의 섹션(sections)을 스크라이브하기 위하여 첫 번째 방향(X)으로 레이저 광선을 움직이기 위하여 유닛(13)을 사용하는 공정;

스크라이브되는 라인으로 밴드(16)를 형성시키기 위해 첫 번째 방향(X)에 직각인 두 번째 방향(Y)으로 패널(11)상에서 연속적으로 유닛(13)을 이동시키는 공정.

처리될 각 밴드의 라인을 스크라이브하기 시작하는 시작위치를 이전 밴드에서의 스크라이브된 라인말단의 종점과 일치시킴으로써 모든 스크라이브 라인들은 상호 연결되도록 유닛(13)을 위치시키는 공정;

패널의 전체에 연속적인 스크라이브된 라인을 형성시키기 위해, 상기 공정들을 반복하여 다수의 평행한 스크라이브 라인들의 밴드를 형성시키는 공정;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

패널(11)의 표면 위에 레이저 광선(12)의 초점을 맞추기 위하여 스캐너 렌즈(13)와 광학 시스템을 포함한다.

상기 광학 시스템과 스캐너렌즈(13)는 레이저 광선(12)의 형태를 결정하고(shaped), 균일(homogenized)하게하고, 패널(11)의 표면에 이미지를 투사하게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 하나 이상의 스캐너 유닛(23,23'; 도2)을 사용하며, 각각의 유닛(23,23')은 서로 평행한 방향으로 구동되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 공정들이 진공상태(vacuum chamber)에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예로, 스캐너(42)에 탐지기(45')가 포함되어, 첫 번째 스크라이빙 실시에 이어지는 두 번째 스크라이빙 실시 과정에서, 첫 번째 스크라이빙 실시에 대하여 두 번째 스크라이빙 실시의 정확한 시작점을 결정하기 위하여, 처리된 밴드에 이웃한 패널(41)의 영역에 존재하는 레이어 위에서 탐지기(45)가 미리 스크라이브 라인(43)의 위치를 탐지하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명은 각각의 스캐너(42)에 장착된 탐지기(45, 45')가 최소 두 개 이상을 적용할 수 있어, 두 번째 스크라이빙이 실시되는 동안, 첫 번째 스크라이빙 실시에 대하여 두 번째 스크라이빙 실시의 정확한 시작점을 각도와 위치를 고려하여 결정하기 위하여, 처리된 밴드에 이웃한 패널(41)의 영역에 존재하는 레이어 위에서 탐지기(45, 45')가 미리 스크라이브된 라인(43)의 위치를 탐지하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 열거된 스크라이빙 방법에 의하여 레이저 스크라이빙이 형성된 제품을 제공한다.

본 발명에서, 스캐너 유닛은 광선을 움직이기 위하여 고속(예를 들어 US2003/0209527A1에서 말한 것과 같이)으로 이동하지만, 스캐너 유닛에 의해 생성된 광선 스캔 영역의 길이는 전체 라인들의 길이가 아닌 요구되는 전체 라인 길이의 부분으로 제한된다. 그 결과, 다수의 밴드들이 해당 선들의 전체 길이를 스크라이브하기 위하여 필요하다. 이는 스캐너 유닛에 대응하는 두 축 내에서, 기판의 스캐너 유닛 이동에 따른 광선 이동이 전체 영역을 커버하기 위하여 필요하다는 것을 의미한다.

상기 경우와 같은 예를 들면, 600X1200㎜ 크기를 가진 패널의 경우, 패널의 짧은 가장자리에 평행하며 약 10㎜의 피치를 갖는 120 여개의 라인이 스크라이브 되기 위하여 필요하다. 패널은 하나의 스캐너와 하나의 레이저에 의해 작업이 수행된다. 스캐너에 의해 스크라이브 된 선의 길이는 패널 너비의 5분의 1로 제한되므로 스캔 길이는 120㎜이고 5개의 밴드들이 전체 패널 영역을 커버하기 위해 필요하다. BTS 스캐닝이 120㎜의 너비의 밴드 전체에 선을 스크라이브하기 위해 실시되는 동안, 처리 과정은 스크라이브되는 라인 방향에 대해 수직인 방향으로 스캔 헤드에 대응하는 패널의 연속적인 움직임으로 구성된다. 총 길이 1200㎜의 전체 영역에 걸친 패널의 이동 후에, 패널 또는 스캐너는 밴드의 너비에 따라 라인 방향에 평행한 방향으로 이동되며 위 과정은 반복된다. 이러한 다섯 번의 반복과정 후에, 패널 전체 영역에 대한 공정이 완료되어진다. 이웃한 밴드를 가진 한 밴드 내에서 스크라이브된 선 끝 부분의 정확한 일치(overlap)는 연속적인 스크라이브가 이루어지기 위해 필수적이다.

본 발명의 스크라이빙 장치의 중요한 장점은, 스캔 길이를 스크라이브 길이의 부분으로 제한함에 따라 상대적으로 짧은 초점거리(전형적으로 200㎜ 또는 더 적은)를 가진 스캔 렌즈를 사용하는 것이 가능하다는 것이다. 그러므로 더 작은 스팟 사이즈 및 정확한 스팟 포지셔닝을 쉽게 얻을 수 있다. 세 축을 갖는 스캐너의 사용 또한 불필요하다.

본 발명의 또 다른 주요 이점은 훨씬 더 넓은 패널 사이즈까지 쉽게 가공할 수 있다는 것이다. 스팟 사이즈 및 1m 또는 그 이상의 필드 사이즈 위치를 정확하게 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에 이것은 US2003/029527A1에서 서술한 처리 과정으로는 불가능하다.

솔라 패널의 스크라이빙을 위한 본 발명의 주요 특징은 짧은 초첨 길이를 가진 스캔 렌즈들을 사용하는 것이며, 이러한 렌즈들은 초점 모드대신 이미지를 형성하는 데에 사용 가능하므로, 균일하고(homogenized) 모양을 갖는(shaped) 레이저 광선의 적용이 가능한 것이다.

스크라이빙 기술(scribing technique)에 기초한 이 스캐너가 어떻게 더 큰 패널들을 처리할 수 있는지의 예로, 100개의 스크라이브가 긴 가장자리에 평행한, 크기 2.0X1.6m의 솔라 패널의 케이스의 경우에 네 개의 스캐너 유닛들이 사용된다. 각 스캔 헤드는 그것 자신의 레이저나 처리 과정에 따른 레이저에 의해 작동될 수도 있고, 레이저에서 나온 광선 일부를 사용할 수도 있다.

네 개의 스캐너들은 패널 위의 과선교(gantry) 상에서 움직이는 캐리지(carriage)위로 이동되고, 스캐너들은 패널 너비의 4분의 1 지점(이 경우에는 400㎜)에 위치된다. 이 패널은 하나의 축 스테이지 위로 이동되므로 과선교와 직각인 방향으로 이동될 수 있다. 그 처리 과정은 다음과 같이 진행된다:

1) 패널이 움직여 스캐너들이 패널의 리딩 에지(leading edge) 위에서 위치하게 되도록 한다.

2) 하나의 스캐너가 패널의 사이드 에지(side edge)에 근접하여 위치하게 되도록 스캐너 캐리지는 과선교 상에서 움직인다.

3) 네 개의 스캐너들은 패널의 리딩 에지에 평행한 방향으로 연속적인 스캐너 캐리지의 이동과 함께 BTS 모드에서 작동하며, 패널의 긴 사이드 에지에 평행하고 100㎜ 너비 밴드 내에 속하는 일련의 라인들을 스크라이빙한다.

4) 스캐너 캐리지는 스캐너들 사이(이 경우 400㎜내에서)의 간격과 동일한 거리 이상으로 이동한다. 그래서 패널의 리딩 에지에서 밴드의 전체 길이가 스크라이브된다.

5) 이후 패널은 100㎜ 앞으로 인덱스되고, 위 과정은 첫 번째 밴드에 인접한 스크라이브되는 라인의 두 번째 밴드를 형성하면서 반복되는데, 이때 한 밴드의 라인 말단은 다음 밴드의 시작점과 정확히 일치하게 된다.

6) 과정은 20번 반복되므로 20개의 밴드들이 생성되고 전체 패널 표면에 연속적인 스크라이브 라인이 형성된다.

만약 스크라이브가 패널의 짧은 가장자리에 평행한 방향으로 만들어져야만 한다면, 다음과 같은 구성이 적용될 수 있다.

1) 스캐너의 열(row)이 패널의 리딩 에지 위로 위치되도록 패널이 이동한다.

2) 네 개의 스캐너들 중 하나가 패널의 사이드 에지에 근접하도록 스캐너 캐리지는 과선교 상에서 이동한다.

3) 네 개의 스캐너들은 패널 긴 에지에 평행한 방향에서 연속적으로 움직이는 패널과 함께 BTS 모드에서 작동하며, 패널의 사이드 에지에 평행한 방향으로 배치되는 100㎜ 너비 밴드에서의 패널의 짧은 방향에 평행한 10㎜ 피치 위의 일련의 라인들을 스크라이빙한다.

4) 패널은 전체 길이 2.0m 이상을 움직이며 패널 표면 위에서 네 개 열의 밴드를 만든다.

5) 스캐너가 설치된 과선교 상의 캐리지는 100㎜만큼 앞방향으로 이동하고 반대방향에서 움직이는 패널과 함께 공정을 반복하여 첫 번째 세트에 이웃한 4개 이상의 밴드들 생성한다.

6) 총 16개의 밴드가 생성되고 전체 패널 영역이 커버될 때까지 그 과정을 2번 이상을 반복한다.

상기 예에서의 네 개의 스캔 헤드의 사용은 오직 실시예를 설명하기 위한 것이다. 패널 사이즈와 처리과정 소요 시간에 따라 하나에서 8개 혹은 더 많은 스캔 헤드의 숫자를 늘리는 것이 가능하다. 더 많은 스캔 헤드들이 추가됨에 따라, 스캐너 통과의 전체 횟수나 패널 위의 각 스캐너 의 전체 이동은 처리 시간을 감소시킨다.

상기 예에서, 스캔 라인 길이 100 혹은 120㎜의 사용은 오직 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것이다. 어떤 스캔 라인 길이든, 밴드의 너비든지 필요한 요구들에 따라 가능하다. 일반적으로 고정밀도, 고해상도의 마스크 이미지가 모양을(shaped) 가지며 샤프한 에지 스팟을 만들기 위하여 짧은 초점 거리의 렌즈가 사용되며, 이때 각 밴드에서 스크라이브 라인 길이는 일반적으로 50에서 100㎜ 내이다. 포커스된 스팟이 사용되고 스크라이브 포지셔닝에 대한 정확성의 요구수준이 그리 높지 않은 상황에서는, 더 긴 초점 길이 렌즈들이 사용될 수 있으며, 200㎜ 혹은 그 이상에 달하는 스크라이브 길이도 가능하다.

효과적으로 솔라 패널을 스크라이빙 하기위한 중요한 조건은 밴드들 사이의 접합 지역에서의 기판손상이나 어떤 방법으로든지 솔라 패널 스크라이빙 공정에 제한이 가해지지 않는 것이다. 하나의 라인 끝이 이웃한 라인을 정확하게 오버랩하는 작은 오버랩 지역이 반드시 있어야 하며, 오버랩 영역이 받은 추가적인 레이저 샷이 패널의 효과적인 작동을 위하여 어떠한 문제점도 만들지 말아야 한다는 처리 과정 조건을 충족시켜야 한다. 솔라 패널 제조에 기초한 유리에서 사용되는 얇은 필름들을 위하여, 레이저 광선이 필름과 상호 작용하고 1 번 또는 2 번의 레이저 조사 후에 어블레이트(ablated)되도록 하며, 그리고 광선이 유리를 통해 통과함에 따른 추가적인 조사가 더 이상 어떤 영향도 끼치지 않도록 하는 것이 일반적인 경우이다. 이것은 만약 정확한 레이저 파동 길이와 에너지 밀도가 선택된다면 어떠한 레이어도 어블레이트된다는 것을 말한다.

상기 실시예들에서, 레이저 광선 또는 기타 광선들은 패널의 상부의, 코팅된, 측면 위로 조사된다. 이것은 배타적인 구성이 아니며 다른 구성도 가능하다. 광선들은 위로부터 조사할 수 있으며 패널은 코팅된 면이 아래로 향하도록 구성될 수 있다. 또는, 스캐너유닛은 패널의 아래쪽에 위치할 수 있으며, 이때 광선은 위쪽을 향하여 조사되고 패널은 상면 또는 하면이 코팅되게 된다.

상기 주어진 모든 예들에서, 스캐너들을 운반하는 캐리지가 직교하는 축을 따라 이동하는 동안 패널은 한 축에서 이동하기 위하여 배치된다. 이와 다른 구성 또한 가능하다. 패널 위의 움직이는 과선교에 의해 2개의 축상에서 움직이는 스캐너들이 공정을 수행하는 동안 패널은 움직이지 아니하고 고정될 수 있다. 또는 이와 반대로, 스캐너들은 움직이지 않고 고정될 수 있고 패널은 2개의 축상에서 이동할 수 있다.

만약 코팅 유닛들 사이에서 전달되는 동안 진공실 내에 유지되어 있는 패널 위에 선들을 스크라이브할 경우, 스캐너들이 한쪽 방향으로 움직이는 동안 패널이 다른 방향으로 움직이는 구성은 매우 편리하다. 이 경우, 패널 표면 위의 창(window)을 통해 아래 방향을 향하는 레이저 광선을 가진 챔버(chamber)내에서 패널이 한 축에 수평하게 이동하는 동안, 챔버의 위에 있는 스캐너 유닛들이 과선교 상에서 직각 방향으로 이동하게 된다. 패널의 코팅된 측면은 장치에서 위로 혹은 아래로 향한다. 이 장치는 또한 온도가 상승하는 패널 위의 선들을 스크라이브하는 것도 가능하게 한다.

수평으로 움직이는 패널과 같은 구성 이에도 다른 구성이 가능하다. 본 발명은 수직으로 또는 심지어 수직에 어떠한 각도로 고정된 패널과 함께 작동될 수 있다. 이 경우에, 수평방향에서의 패널의 이동과 수직 방향에서의 스캐너들의 이동은 효율적이어야 한다. 수직, 또는 수직에 가까운 면에 맞춰진 패널과 함께 작동하는 코팅 유닛들 사이에서 이동하는 동안 진공실 내에서 유지된 패널 위에 선들을 스크라이브해야 되는 상황에서 이 장치는 특히 적합하다.

솔라 패널의 스크라이빙 동안 발생하는 주요한 문제점 들 중 하나는 패널 표면 위에서 스크라이브 위치를 정확하게 조절하는 것이다. 대부분의 솔라 패널 제조 장치는 세 개의 분리된 순차적인 레이저 스크라이빙 공정을 요구한다. 첫 번째 레이어에서의 스크라이브를 위한 정확한 포지셔닝은 이전의 스크라이브에 대응하여 매우 정확하게 위치되어야만 하는 두 번째와 세 번째 레이어 스크라이브와 비교하여 훨씬 덜 중요하다. 여기에서 서술하고 있는 본 발명의 핵심 이점은 짧은 길이의 스크라이브 라인이 상대적으로 좁은 밴드들에서 생성되는 경우, 패널위에 존재하고 밴드에 인접하는 스크라이브들의 위치를 측정함으로써 정렬 체계(alignment scheme)가 쉽게 잡힌다는 것이다. 수집된 데이터는 저장되고, 측정된 밴드가 그 후에 이어서 스크라이브 될 때 스캐너 궤도를 정정하기 위해 사용된다. 이 방법에서, 각 밴드에서 이전의 스크라이브에 대응하는 두 번째 스크라이브의 정확한 위치를 설정하는 동안에, 시스템은 스크라이브 된 다음 밴드에서 이전의 스크라이브된 라인의 정확한 위치를 지속적으로 측정한다. 이러한 정렬 기술을 "다이나믹 스크라이브 얼라인먼트(dynamic scraibe alignment-DSA)"라고 부른다.

"다이나믹 스크라이브 얼라인먼트(dynamic scraibe alignment-DSA)"은 각각의 스캔 헤드에 적당한 탐지기를 부착시킴에 의해 실시된다. 탐지기는 스크라이브된 라인에 평행한 방향으로 광선 중심으로부터 이격되며, 이웃한 스크라이브 라인 밴드의 너비 내에서 위치된다. 상기 위치에서, 스캐너가 패널의 표면 위로 이동되거나 패널이 스캐너 아래로 이동되기 때문에, 탐지기는 다음에 처리될 밴드에서 미리 스크라이브된 라인의 위치를 기록한다. 탐지기가 미리 스크라이브된 라인 라인의 위치를 기록할 때, 과선교 또는 패널 스테이지 상의 암호기(encoder)의 위치도 스크라이브 라인 위치를 위한 참조로서 기록된다. 이러한 과정은 밴드 내의 모든 라인들을 스크라이브하기 위해 반복된다. 전체 밴드가 스크라이브 된 후에, 이웃한 밴드내의 모든 스크라이브 라인들의 위치에 관한 데이터의 완성된 세트가 기록되어지면 상기 데이터가 처리되고 스캐너 제어장치에 다운로드된다. 데이터의 다운로드는 패널 또는 스캐너가 인접한 밴드의 위에 위치한 레이저가 스크라이브한 밴드 위로부터 이동하는 동안 이루어진다. 기록되고 처리된 스크라이브 위치 데이터는 스캐너 움직임을 정정하기 위하여 사용되므로 스캔된 라인의 궤도는 이전의 스크라이브된 라인의 작은 위치오차(displacement)를 정정하며, 새 라인과 이전 스크라이브된 라인 사이의 공간을 정확하게 유지할 수 있게 된다.

각각의 스캐너 헤드의 에지에 평행한 라인의 스크라이빙을 위하여 그것에 부착된 2개의 탐지기가 필요하다. 그 탐지기들은 두 개의 스테이지 축에 평행한 스캐너 광선 중신선으로부터 오프셋(offset)되는 방향으로 각각 다른 것에 대해 90도 각을 이루며 위치한다. 스캐너 광선 중심선으로 부터의 이격 거리는 실시에 따라 이웃한 밴드들의 거리를 두고 탐지기를 위치시킨다.

"다이나믹 스크라이브 얼라인먼트(dynamic scraibe alignment-DSA)"의 방법은 전체 스크라이빙 과정을 크게 느리게 만들지 않으면서, 측정하고 보완하기 위하여 모든 라인들을 위한 스크라이브 포지션 내에서 지역적인 변화를 허용하기 때문에 매우 효과적이다.

DSA는 두 번째 라인들이 이웃한 밴드의 상위의 레이어에서 정확하게 위치되고 스크라이브 되는 때와 동시에, 패널 위의 더 낮은 레이어 필름에 미리 스크라이브된 라인들의 전체 섹션 위치의 기록이 하나의 밴드에서 일어나기 때문에 스크라이빙 과정에 긴 시간이 소요되지 않는다. 단지 적은 추가 시간이 선들의 첫 번째 밴드를 측정하기 위하여 소요된다. 이 경우에 선들을 동시에 스크라이브하는 것이 불가능하므로 전체 과정에 여분의 시간이 추가된다. 그러나, 첫 번째 밴드에 대한 공정은 라인들을 스크라이빙하는 동안 허용된 최대 스테이지 속도로 종래의 속도보다 훨씬 더 빠른 속도를 얻을 수 있으며, 스크라이브된 다수의 밴드들이 있기 때문에 첫 번째 밴드에서 라인 위치와 연관된 데이터를 수집하기 위한 추가적인 패스가 추가됨으로 인해 전체 시간에 약간의 시간만을 더 추가하게 된다.

DSA를 위한 싱글 스크라이브 라인 위치 탐지기의 사용은 단지 각각의 미리 스크라이브된 라인 위의 싱글 포지션 다음에 일어나는 스크라이브될 라인의 정확한 포지셔닝과 정열을 가능하게 한다. 만약 두 개의 탐지기가 스크라이브 라인 방향에 평행한 선을 따라 위치된 각각의 스캔 헤드 위에서 사용 및 배치된다면 DSA기술은 상당히 개선될 수 있어서, 하나의 탐지기는 이웃한 밴드에서 스크라이브의 한 끝에 근접하여 기록하고 다른 탐지기는 반대 끝에 근접하여 기록한다. 이는 하나의 탐지기가 스캐너 광선 중심 위치에서부터 스크라이브 라인 밴드 너비의 반에 배치되고 탐지기 사이의 거리는 전체 밴드 너비에 가깝다는 것을 의미한다. 이 방법에서, 두 개의 탐지기들은 각각의 스크라이브 라인의 두 끝에 근접하여 위치를 기록하므로 스크라이브 라인 섹션의 공간상 및 각도상의 변화를 탐지하는데 사용될 수 있다. 스캐너 헤드에 두 탐지기의 또 다른 세트를 첫 번째 세트에 90도의 위치로 설치함에 의해 패널 위의 두 방향에서의 선들의 끝 위치를 탐지할 수 있으며, 스크라이브의 다음 세트가 만들어질 때 위치와 각도의 에러들을 보정할 수 있다.

센서에 기초한 광학적 요소들을 DSA 탐지기로서 사용할 수 있다. 각 경우에서의 조건은 또 다른 것과 겹쳐질 때(overlaid) 하나의 얇은 필름 내에서의 라인 컷(line cut) 위치를 탐지하는 것이다. 이것은 스크라이브 위치에서의 필름의 광학 전송 성질들(optical transmission properties)이 보통 눈에 띄게 크게 변할 수 있으며 광학 전송에서의 변화는 쉽게 측정될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 다음과 같이 첨부된 도면으로 설명한다:

도 1은 본 발명의 방법으로 솔라 패널에 스크라이브하는 장치의 간략 설명도로서, 하나의 스캐너 유닛이 직사각형 패널의 긴 변에 평행하게 선들을 스크라이브하는 상태를 도시하고 있다.

도 2는 본 발명의 방법으로 솔라 패널에 스크라이브하는 장치의 간략 설명도로서, 두개의 스캐너 유닛이 평행하게 작동하여 직사각형 패널의 짧은 변에 평행하게 선들을 스크라이브하는 상태를 도시하고 있다.

도3은 하나의 탐지기를 가진 하나의 스캐너 유닛으로 된 솔라 패널 스크라이빙 장치의 평면도로서, 이미 존재하는 스크라이브 라인 위치에 새로운 스크라이브 라인 들을 스크라이브하는 상태를 도시하고 있다.

도 4는 다수개의 탐지기를 가지는 두 개의 스캐너로 된 솔라 패널 스크라이빙 장치의 평면도로서, 이미 존재하는 스크라이브 라인 위치에 새로운 스크라이브 라인들을 스크라이브하는 상태를 도시하고 있다.

도 1.

ITO 또는 다른 전도 레이어 혹은 반전도 레이어 또는 레이어의 배합으로 코팅된 유리, 금속 또는 폴리머 기판으로 구성된 넓고 평평한 솔라 패널(11)은 하나의 축 X을 따라 움직이기 위하여 상기 움직임이 허용된 스테이지 시스템 위로 위치된다. X축 방향의 긴 면을 따라 움직이는 코팅된 사각형의 패널에 다수의 평행선들을 스크라이브하는 공정을 실시하고자 한다. 레이저로 광선(12)는 두 축 스캐너 유닛(13)을 통해 통과되고 패널 위에서 라인(15)를 스크라이브하기 위하여 패널 표면 위에 렌즈(14)에 의해 초점이 맞춰진다. 스캐너 유닛은 패널 위 과선교 위에 움직이는 캐리지 상에 탑재되므로 그것은 Y방향으로 이동될 수 있다. 코팅표면위에 X축에 평행한 방향으로 형성되는 스크라이브 라인들의 열들은 도시되는 바와 같이 일련의 밴드(16)내에서 형성되며, 각 밴드의 폭은 패널의 전체 길이의 일부를 이룬다.

각각의 밴드는 스캐너 유닛이 Y 방향으로 연속적으로 움직임으로써 형성되고, 그리고, 스캐너 유닛은 X방향으로 밴드의 폭 위에 광선을 조사한다. 처리 과정의 이러 한 형태를 보우 타이 스캐닝(bow-tie scanning-BTS)이라고 부른다.

Y방향으로 스캐너가 전체 패널에 걸쳐 이동된 후에 패널은 밴드(16)의 너비만큼 X방향으로 이동되고, 상기 과정은 Y방향의 역방향으로 움직이는 스캐너와 함께 반복된다. 전체 패널 영역은, 패널의 전체 영역에 걸쳐 연속적인 스크라이브를 만들기 위한 밴드(17) 사이 경계에서 충분하게 오버랩하는 다수의 평행 밴드들과 함께 스크라이브된다.

도 2.

도 2는 직사각형 패널의 짧은 가장자리에 평행하여 움직이는 솔라 패널 코팅에 선들을 스크라이브 하기 위하여 도 1보다 더 복잡한 장치를 도시하고 있다. 패널(21)은 X방향으로 이동하기 위해 스테이지 위로 올려진다. 두 레이저 광선 (22, 22’)은 Y방향으로 패널 너비의 절반만큼 분리된 두 개의 스캐너 유닛(23, 23’)으로 향한다. 두 개의 스캐너 유닛들은 Y방향으로 이동할 수 있는 패널 위의 과선교 상의 캐리지 위로 장착된다. X방향으로 연속적으로 패널을 이동시키고 동시에 두 스캐너 헤드들의 BTS 스크라이빙 공정으로 인해 패널의 전체 영역은 긴 축을 따라 움직이면서 스크라이브하여 일련의 밴드를 형성시킨다. 패널의 전체 길이가 밴드 너비만큼 스캐너에 의해 Y방향으로 처리된 후에 상기 과정은 반복된다. 도2에서 도시된 경우에서는 패널의 단 두 번의 이동으로 스크라이빙 작업이 완료되지만 일반적인 실시에서는 더 많은 횟수의 이동이 필요할 것이다.

도 3.

도 3은 도 1에서 도시된 것과 유사한 장치의 평면도이다. 솔라 패널(31)은 X방향으로 이동가능하고 스캐너 유닛(32)은 Y방향으로 패널 전체 상에서 이동이 가능하다. 솔라 패널은 이전에 이미 레이저로 스크라이브(33)된, 하나 또는 그 이상의 필름 레이어를 가지며, 패널은 추가 레이어로 코팅된 상태에서 상기 윗부분의 코팅층에 이미 존재하는 라인들에 매우 근사하고 평행한 새로운 세트의 라인(34)을 스크라이브하는 것이다. 이 경우에서 탐지기(35)는 도시된 바와 같이 스캐너 유닛에 장착된다. 탐지기는 아래를 향하고 있고 패널 위에서 존재하는 스크라이브 라인(33)의 위치를 탐지하고 기록하기 위하여 Y축 스테이지에서 암호기와 결합되어 사용된다. 탐지기는 스캐너 광선 중심으로부터 X방향으로 위치되며 그것은 처리되고 있는 밴드(37)에 이웃한 밴드(36)에 위치하게 된다. 도시된 바와 같이, 탐지기는 스크라이브 밴드(36)의 너비만큼 광선 라인 중심으로부터 이격되는데, 이로써 탐지기가 이웃한 밴드의 중심에 대응한 라인 위치 데이터를 기록할 수 있게 된다.

스크라이브될 이웃 밴드 내 임의의 지점에서 패널 표면을 관찰하기 위하여 탐지기는 스캐너 광선 중심 위치로부터 다른 X방향 및 Y방향으로 장착될 수 있다. BTS 동안, 이웃 밴드에 미리 스크라이브된 라인 위치의 정보는 컴퓨터에 의해 수집되어지고 저장된다. 패널은 X방향으로 이동되므로 측정된 밴드는 스캐너 아래로 위치되고, 처리된 스크라이브 라인 위치 데이터는 스캐너 조절기에 다운로드되며, 미리 스크라이브된 라인의 예정된 위치로부터의 편차 보정을 위하여, 스캐닝하는 동안 광선의 궤도를 정정하기 위하여 사용된 처리 데이터와 함께 측정된 밴드 상에서 BTS 라인 스크라이빙 공정이 실시된다.

도 3은 스캐너를 9번 패스시켜 완전히 처리되는 패널의 실시예를 도시하고 있으며, 상기 패널은 스크라이브 라인들을 서로 연결시키는 9개의 밴드를 포함하게 될 것이다. 도3에 도시된 상태는 2번째 패스 중간에서의 처리 과정이다. 스캐너는 도면의 위를 향해 Y 방향에서 움직이고 있고, 헤드 위의 탐지기가 스크라이브 된 이웃밴드에서 아래의 레이어의 미리 스크라이브된 라인 섹션의 위치를 탐지하는 동안 스캐너는 스캐너 아래에 있는 밴드에서 두 번째 스크라이브 섹션을 스크라이브하고 있다.

도 4.

도 4는 도 2에서 도시된 것과 유사한 장치의 평면도이다. 솔라 패널(41)은 X방향으로 이동가능하고, 두 개의 스캐너 유닛(42, 42’)은 패널 위에서 Y방향으로 이동가능하다. 솔라 패널(41)은 이미 적용된, 미리 레이저로 스크라이브 된 라인(43)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 필름 레이어를 가지고 있으며, 패널 (41)은 추가적인 레이어로 코팅된다. 공정의 목적은 미리 스크라이브된 라인들에 대해 매우 근사하고 평행한 새로운 라인 세트(44)를 스크라이브하는 것이다. 이 경우에 두 개의 탐지기(45, 45’)는 도시되는 바와 같이 각각의 스캐너 유닛에 부착된다. 탐지기들은 아래쪽 방향을 향하고 있으며, X축 스테이지의 암호기와 연계하여 패널상의 미리 스크라이브된 라인(43)을 감지하고 기록한다. 이 탐지기들은 스캐너 광선 중심 위치로부터 Y방향으로 이격되어 배치되므로, 막 처리된 밴드에 이웃하는 밴드 내에 존재하는 스크라이브 라인 섹션의 끝에 근접한 위치에의 패널 표면을 보게 된다.

도시된 바와 같이, 탐지기중 하나는 광선의 중심선에서부터 스크라이브 밴드 폭의 1/2만큼 이격되며, 다른 하나는 스크라이브 밴드 폭의 3/2배만큼 이격되어 이웃한 밴드 내 라인 말단에 대응하는 라인 위치 데이터를 기록한다.

스크라이브될 이웃 밴드 내의 스크라이브 라인들의 말단지점 근방에서의 패널 표면을 관찰하기 위하여, 탐지기는 스캐너 유니트에 대하여 다른 위치에 장착될 수 있다. 두 번째 레벨의 BTS 스크라이빙 공정동안, 이웃 밴드에서 미리 스크라이브된 라인 양 끝의 위치 데이터는 컴퓨터에 의해 수집되고 저장된다. 스캐너는 Y방향으로 이동되므로 측정된 밴드들은 스캐너 아래에 위치되고, 처리된 스크라이브 라인 위치 데이터는 스캐너 조절기에 다운로드되며, 미리 스크라이브된 라인의 예정된 위치로부터의 편차 보정을 위하여, 스캐닝하는 동안, 광선의 궤도를 정정하기 위하여 사용된 처리 데이터와 함께 측정된 밴드 상에서 BTS 라인 스크라이빙 공정이 실시된다.

도 4는 스캐너를 3번 패스시켜 완전히 처리되는 패널의 실시예를 도시하고 있으며, 상기 패널은 스크라이브 라인들을 서로 연결시키는 6개의 밴드를 포함하게 될 것이다. 도4에 도시된 상태는 2번째 패스 중간에서의 처리 과정이다. 패널은 도면의 오른쪽을 향하여 X방향으로 움직이고 있으며 각각의 헤드 위의 두 개의 탐지기들이 미리 스크라이브 된 이웃 밴드에서, 아래쪽의 레이어 스크라이브 라인 섹션의 위치와 각도를 탐지하는 동안, 두 개의 스캔 헤드는 스캔 헤드 아래의 밴드에서 두 번 째 스크라이브 섹션을 스크라이빙하고 있다.

Claims (8)

1. 패널 위 얇은 코팅에 정확하게 라인을 레이저로 스크라이빙(scribing)하는 방법으로서, 특히 솔라패널(11)에 적용되며, 레이저 광선 스캐너 유닛(13)을 이용하고, 광학 시스템과 스캐너 렌즈를 포함하는 것에 있어서,

   전체 라인 길이의 일부인 패널(11) 위의 라인(15)들의 섹션(sections)을 스크라이브하기 위하여 첫 번째 방향(X방향)으로 레이저 광선을 움직이기 위하여 유닛(13)을 사용하는 공정;

   스크라이브된 라인으로 밴드(16)를 형성하기 위해 첫 번째 방향(X)에 직각인 두 번째 방향(Y방향)으로 패널(11)상에서 연속적으로 유닛(13)을 이동시키는 공정.

   차후 성형되는 각 밴드를 성형시키기 위한 스크라이브 시작 위치를 이전 밴드 성형에서의 스크라이브 라인 말단의 종점과 일치시킴으로써 모든 스크라이브 라인들은 상호 연결되도록 유닛(13)을 위치시키는 공정;

   패널의 전체에 연속적인 스크라이브된 라인을 형성시키기 위해, 상기 공정들을 반복하여 다수의 평행한 스크라이브 라인들로 된 밴드를 형성시키는 공정;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
2. 제 1항에 있어서, 패널(11)의 표면 위에 레이저 광선(12)의 초점을 맞추기 위하여 광학 시스템과 스캐너 렌즈(13)를 제공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 광학 시스템과 스캐너 렌즈(13)가 패널(11)의 표면에 조사되는 레이저 광선(12)의 형태를 결정하고(shaped), 균일(homogenized)하게 하고, 이미지를 형성시키는(imaged) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 하나 이상의 스캐너 유닛(23, 23)을 사용하며, 각각의 유닛(23, 23’)은 평행한 방향으로 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정들이 진공상태(vacuum chamber)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 스캐너(42)에 탐지기(45)가 포함되어, 첫 번째 스크라이빙 실시에 이어지는 두 번째 스크라이빙 실시 과정에서, 첫 번째 스크라이빙 실시에 대하여 두 번째 스크라이빙 실시의 정확한 시작점을 결정하기 위하여, 처리된 밴드에 이웃한 패널(41)의 영역에 존재하는 레이어 위에서 탐지기(45)가 미리 스크라이브된 라인(43)의 위치를 탐지하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
7. 제 2, 3, 4 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 스캐너(42)에 장착된 탐지기(45, 45’)가 최소 두 개 이상이어서, 두 번째 스크라이빙이 실시되는 동안, 첫 번째 스크라이빙 실시와 관련해서 두 번째 스크라이빙 실시의 정확한 시작점의 각도와 위치를 결정하기 위하여, 처리된 밴드에 이웃한 패널(41)의 영역에 존재하는 레이어 위에서 탐지기(45, 45‘)가 미리 스크라이브된 라인의 말단 위치를 탐지하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이빙 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 스크라이빙 방법에 의하여 레이저 스크라이빙이 형성된 제품.

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