TWI414642B - Apparatus and method for making electrical contact with a flat article in a continuous processing device - Google Patents

Description

用於在連續處理裝置中對平直物品進行電接觸的裝置及方法

本發明係關於平直物品在電解或濕化學連續處理裝置內的傳送(確切言之，係輸送)及電接觸。舉例而言，該物品係需在至少一過程內在使用外電路電流之情況下接受單面電解處理的晶圓、矽太陽電池、印刷電路板或雜合物。其中，該物品無需接受處理的面不被處理液潤濕或污染。再小之潤濕痕跡亦須避免，以免該物品報廢。

公開案DE 10 2005 038 449 A1及EP 0 992 617 A2揭示應用甚廣之連續處理裝置，該等連續處理裝置具有帶滾子及小輪之傳統被驅動輸送構件，該等輸送構件之形式為帶有輥環及輥軸的輥子。

藉由在連續處理裝置內布置此種輸送構件，可按規定用處理液潤濕物品之頂面及底面。若僅需或僅允許潤濕物品之底面，則至少該物品之電解處理的技術難度明顯更大。在此情況下，處理液僅觸及薄物品之底面。為能進行可靠的電接觸，須至少自一面對該扁平物品施加接觸力。公開案DE 10 2005 039 100 A1即關於此種電鍍裝置。在一框架內藉由密封件防止觸及物品(例如，太陽電池形式之基板)之底面的處理液進入物品頂面。極軟之壓輥將太陽電池壓緊在框架突出部之觸點上，以便實現電接觸。該框架用於容置多個太陽電池。

在最初所提及的兩個公開案中，傳送構件及接觸構件在物品之頂面及底面上滾動。傳送構件係用於傳送物品。接觸構件用於傳送物品且對該物品進行電接觸，抑或僅用於物品之電接觸。

即便處理液液面及傳送軌道高度調節至僅使物品底面被潤濕的程度，物品頂面依先前技術仍無法保持完全乾燥，因為物品係分段穿過連續處理裝置，若以太陽電池為例，則是依次平行穿過連續處理裝置。每兩個物品之間均存在一約10 mm至30 mm的間隙，下文將該橫向於傳送方向或輸送方向的間隙稱為橫向間隙。下部旋轉輸送構件完全浸沒在處理液內，被處理液潤濕。在該等輸送構件之相對側(亦即，在物品之頂面)布置有其他輸送構件。該等其他輸送構件在最初為乾燥的物品頂面上滾動。輸送完一段物品後即會出現一橫向間隙。當該間隙出現時，特定言之係在物品極薄及/或該橫向間隙具有上述長度之情況下，仍保持乾燥的上部輸送構件會在被潤濕的下部輸送構件上發生短時滾動。在此過程中，上部輸送構件自下部輸送構件上吸收處理液。該部分處理液隨後被輸送至下一物品之頂面的表面。

連續處理裝置在輸送方向上由100個或100個以上旋轉傳送軸(以下簡稱「軸」)構成。該等軸橫向於傳送方向在整個傳送軌道上延伸。根據輸送軌道之寬度在該等軸上布置有許多輸送構件。鑒於軸數較大，處理液自下部輸送構件傳輸至物品頂面之效果會重複100次或100次以上。在此情況下，即便處理液液面不觸及物品頂面，該等輸送構件亦會至少在傳送軌道區域內使物品頂面被潤濕。

為了能在單面噴射處理範圍內使物品無需潤濕之頂面保持乾燥，DE 690 00 361 T2建議使用一種對該頂面起保護作用的護蓋裝置。然此種解決方案在本發明之濕處理範圍內不適用，因為在物品之邊緣區域內，無密封構件即無法避免之毛細縫隙亦會使液體非期望地到達物品頂面。若附加採用密封構件，則須以較大單位壓力將該等密封構件壓緊在物品頂面上，此點會使物品受損，甚至引起物品之碎裂。此種密封構件由DE 88 12 212 U1揭示，在該案中，該等密封構件已卡在待處理物品之底面，藉此防止蝕刻劑被傳輸至須保持乾燥的頂面。然在底面布置密封構件之方案無疑會使底面處理不充分，此點並非為本發明所期望。

公開案DE 103 13 127 B4及WO 2005/093788均揭示可在連續處理裝置中實施的基板濕化學蝕刻法，其中，對液面進行調節，僅使基板底面連同其邊緣一起被潤濕。由於扁平物品僅與下部輸送構件接觸，故物品頂面不會被潤濕。然此種保持頂面乾燥的方法並不適用於物品之電解處理。若欲在陰極底面(亦即，處於電解質內之待電鍍面)成功進行電接觸，則需要接觸構件在該電解質內發生連續陽極脫金屬。然此點在實際的貴金屬上無法實現。該等貴金屬在已知電解質內無法陽極溶解。故藉由此種方式無法實現電鍍觸點的脫金屬。故在頂面無需電鍍、但需保持乾燥之情況下，人們嘗試在電解質以外實現該面上的電接觸。然該等習知上部接觸構件在兩個相繼物品之間的橫向間隙內被潤濕。在該等接觸構件陰極化之情況下，其在橫向間隙區域內亦被充分電鍍，然此點係需要避免的。

本發明之目的係在連續處理裝置內實現僅需接受單面(亦即，底面)濕化學處理或電解處理之物品的水平輸送，該處理係使用外電路電流，其中，沿傳送軌道分布之物品的頂面布置有與該物品接觸的接觸構件，僅觸及該扁平物品之底面的處理液不會被傳輸至該乾燥頂面。

該目的藉由如獨立項1之裝置及如獨立項13之方法而達成。各附屬項係說明本發明之有利實施方式。對晶圓、太陽電池或雜合物的處理方法特定言之係指電鍍、電解蝕刻及電解拋光。本發明亦適用於其他濕處理，例如摻雜、活化、鈍化、調質及化學蝕刻，前提是藉由外電路電流可使該等處理過程加速或得到改良。此類處理方法應用於生產件數極大之物品。為此，該等連續處理裝置係用於生產至少尺寸保持不變的物品。

下文僅以電鍍及電鍍所需之陽極為例對本發明進行說明。然本發明在使用外電路電流之情況下亦適用於其他處理法。其中，所需之相對電極可為陽極或陰極，觸點及物品可為陰極或陽極。

以常規尺寸156×156 mm² 之太陽電池為例對本發明進行說明。然本發明亦不受限制地適用於需在連續處理裝置內分段處理之其他扁平物品。

對太陽電池的處理係一極為特別的技術挑戰。此類矽晶圓之厚度為140 μm或以下。故其極其易碎。濕處理時需保持乾燥的頂面表面通常會與處理液發生極劇烈的反應，故須為其提供可靠的防潤濕保護。此意為，位於上述橫向間隙內之上部輸送構件及/或接觸構件亦不得被下部輸送構件或其他結構元件潤濕。此點亦適用於接受處理時頂面需保持乾燥的分段式產品。

通常將多個相同物品(例如，太陽電池)並行(亦即，依次並排)送入連續處理裝置內。橫向於傳送方向布置的軸相應地包含許多輸送軌道，例如8個輸送軌道，每個軸上布置有所需之傳送構件及/或接觸構件。下文將用大寫字母表示該等輸送軌道，例如表示8個輸送軌道的A至H。每個軸在連續處理裝置內沿輸送方向所處的位置用數字表示，例如位置Pos.1表示該連續處理裝置之第一軸。

本發明在底面上僅設置輸送構件，該等輸送構件之縱向間距及橫向間距取決於該物品之尺寸。本發明在頂面上設置接觸構件，該等接觸構件同時亦可用作輸送構件。該物品之兩個面上之該等構件的數量較佳彼此不等。電解質之液面觸及該物品之底面，藉此可對該面進行濕處理。在上部接觸構件及/或上部輸送構件所處之位置上，電解質之液面根據本發明至少下降至在觸點或輸送構件前方不存在物品之情況下該等接觸構件及/或輸送構件亦不會被潤濕的程度。此種液面下降係藉由局部發生作用的溢流件而實現。

輸送時，該物品在輸送方向上至少由位於下部軸上的輸送構件承載及輸送。該等輸送構件可設計為位於旋轉軸上的傳送輪、傳送環、傳送盤。該等軸或輥子沿輸送方向之間距a通常與該物品及該橫向間隙的尺寸無關。該間距主要以該物品之長度為準。為確保可靠輸送，每次須至少有兩個帶輸送構件的軸沿輸送方向與該物品嚙合。

在圖1中，沿傳送方向箭頭2所示之方向輸送物品1。在此過程中，旋轉從動軸3起輸送構件之作用。如圖所示，該等軸3可配備環形件4，該等環形件規定該輸送構件之最終外徑。物品1放置在隨軸3一起旋轉的環形件4上。因溢流管5(相關說明見下文)而產生之抽吸效應亦要求對環形件4加以利用，藉此可對物品1進行精確遵循傳送軌道之傳送。亦可將小輪軸或輥子用作輸送構件。輥子具有相應大小之外徑。可在每個輸送軌道A、B、C等區域內為每個輸送構件3分配至少一接觸構件。在圖1中，每三個輸送構件3之間即設置有一附圖未作圖示的接觸構件。根據本發明，電解質之液面在該等接觸構件區域內下降至不與該物品嚙合之觸點亦不會被潤濕的程度。此點在工作容器內藉由定域布置的電解質溢流管而實現。在圖1所示之實施例中，溢流管5或下流管係用於局部降低液面。該等溢流管之頂端一直延伸至靠近物品1之底面所處平面的位置，以免物品傳送受阻。亦即，溢流管5之溢流緣略低於工作容器之處理液的常規液面。透過該高度差可對每溢流管之處理液溢出量進行調節。溢流管5之另一末端位於與工作容器分離之下部容器內，該下部容器用作收集器及泵坑。沿傳送方向之接觸構件數選定為，每個物品1總是有至少一觸點處於嚙合狀態。溢流管、接觸構件上之觸點及軸3上之環形件4均橫向於傳送方向較佳逐位錯開布置，以免產生潤濕痕跡。

圖2展示位於靜止布置之接觸構件7上的觸點6。觸點6係為滑動觸點，該等滑動觸點在物品1之導電頂面9上滑動，同時將電解處理所需之電流傳輸到物品1上。舉例而言，觸點6由導電的細絲狀李支線或彈性薄帶構成。亦可用旋轉觸點代替滑動觸點6。該等旋轉觸點在旋轉從動軸上在相應之接觸軌跡及溢流管區域內位於物品1之頂面9上。該接觸輪之真正接觸構件同樣為細絲狀李支線或彈性薄帶。該等觸點在物品1之頂面9上滾動。在此過程中，該等觸點為物品傳送提供支持，藉此可實現更大之接觸力。若需以大電流密度對一物品之底面進行整面處理，則此點尤為有利。在此情況下，可藉由每個旋轉觸點傳輸更大之電流，例如10安。

該電流自頂面9穿過該物品到達底面10，該底面係為真正意義上的處理面。藉由此種電接觸方式可避免陰極觸點6被電鍍，此點極為有利。故亦無需對該等觸點進行脫金屬處理，於本發明而言，此種脫金屬處理需極大之技術投入。

為可靠避免觸點6金屬化，該等觸點不得與電解質發生接觸。此點藉由溢流件而實現，該溢流件在此展示為溢流管5。電解質11在與工作容器12內之液體分離的情況下以層流方式沿溢流管5之內壁穿過工作容器12的底部14進入下部容器13，該下部容器用作收集器及泵容器。

電解質11藉由至少一泵15自下部容器13回流至工作容器12，從而完成電解質循環。

固定於接觸構件7上之觸點6在一預力作用下機械滑動到物品1之頂面9上，同時將電流傳輸至該物品上。該情形由附圖之左半部分加以圖示。在橫向間隙8區域內，該滑動或旋轉觸點被消除應力，發生伸展，且下沉至物品1之底面10所處平面下方。在此過程中，該觸點既不接觸溢流管5被潤濕的內壁，亦不與同樣被電解質潤濕的軸3或輸送構件發生接觸。該情形展示於右側溢流管處。

亦可在接觸構件區域內布置用於代替溢流管5之長形溢流件。舉例而言，橫向於傳送方向之溢流槽即屬於此種長形溢流件。

軸3貫穿溢流管5，且對溢流管5起支承作用。藉此可對物品自其底面10至溢流管5在該面上之開口所處高度的高度位置進行極精確的調節。在此情況下，即便在極大型之連續處理裝置內，結構元件之尺寸的溫度相關變化亦不會對物品與溢流管之間實現溢流所需間隔的距離產生影響。

為構建電解池，工作容器12中的電解質11內布置有至少一可溶性或不溶性陽極16。此通常亦稱相對電極的陽極16與至少一電鍍電源17電氣相連，抑或通常與一電源電氣相連。藉此實現由接觸構件7、觸點6、物品1、工作容器12內之電解質11及陽極16構成的電鍍電路。實現該電路之前提係該物品自頂面9向底面10導電。金屬基板情況即如此。向陽面需接受電鍍處理的矽太陽電池最初在給定極性下不導電。僅當該向陽面得到充分照射時，該太陽電池之電阻方會以再生方式變小，該太陽電池方能傳導電鍍電流。為此須將光導入電解池內。此點藉由光源18而實現，該光源較佳布置在橫向於傳送方向的輸送構件之間。

圖3a展示圖2之A-B截面。彈性預力觸點6抵靠在物品1之頂面9上，且與之電接觸。待電解處理面(例如，太陽電池之向陽面)通常較小，因而待接觸電流亦較小，例如1安。故亦僅需施加較小之接觸力。試驗結果表明，滑動觸點之該接觸力對物品之傳送無任何影響。在完全不使用上部輸送構件之情況下，若該等觸點掠過物品1，則亦可實現精確遵循傳送軌道之傳送。以寬度為10 mm之扇形體形式並排布置的銅製、不銹鋼製或貴金屬製細絲狀李支線適合用作彈性觸點6。可如刮刀般掠過物品頂面之導電材料製較寬彈性帶亦適合用作觸點6。

圖3b展示圖2之C-D截面。在該圖所示之瞬間，接觸構件7及觸點6位於兩個物品1之間的橫向間隙8區域內。彈性觸點6處於消除應力狀態。該觸點之下緣雖可位於工作容器內之電解質的常規液面下方，然觸點並不被潤濕。陰極化觸點6受到溢流管5的保護。故該觸點亦未被電鍍。

在電解質不斷溢出之情況下，物品1之待處理底面10上亦持續進行電解質交換。在此情況下，進行電解處理即可使用大小適度的電流密度，例如適用於酸性鍍銅池的10 A/dm² 。故藉由本發明之溢流件不僅可實現不要求觸點脫金屬的乾式電接觸，同時亦可在物品之待處理底面實現有利的流體動力條件。

1．．．物品

2．．．傳送方向箭頭

3．．．軸/輸送構件

4．．．環形件/O形環

5．．．溢流件/溢流管/下流管

6．．．觸點

7．．．接觸構件

8．．．橫向間隙

9．．．物品頂面/接觸面

10．．．物品底面/處理面

11．．．電解質/處理液

12．．．工作容器

13．．．下部容器

14．．．底部

15．．．泵

16．．．陽極/相對電極

17．．．電鍍電源/電源

18．．．光源

a．．．間距

A、B、C、D、E．．．輸送軌道

圖1為輸送構件及工作容器內之溢流管之布置方式的局部俯視圖；圖2為用於對太陽電池進行電解處理之連續處理裝置的側視圖；圖3a為一觸點在電接觸過程中之情形沿傳送方向的示意圖；及圖3b為該情形在觸點區域內出現橫向間隙時的示意圖。

1．．．物品

2．．．傳送方向箭頭

3．．．軸/輸送構件

4．．．環形件/O形環

5．．．溢流管/下流管

6．．．觸點

7．．．接觸構件

8．．．橫向間隙

9．．．物品頂面/接觸面

10．．．物品底面/處理面

11．．．電解質/處理液

12．．．工作容器

13．．．下部容器

14．．．底部

15．．．泵

16．．．陽極/相對電極

17．．．電鍍電源/電源

18．．．光源

Claims (17)

1. 一種在連續處理裝置中用於對分段形式的物品(1)進行水平輸送、及電接觸的裝置，該物品具有一上接觸面(9)及一下處理面(10)，其藉由對該接觸面(9)施以外電路電流、同時在保持接觸面(9)乾燥、並將處理面(10)浸入一處理液(11)之情況下，僅對該等物品之處理面(10)進行電解處理或電氣輔助濕化學濕處理，其包括：- 一工作容器(12)，其配置有複數下部旋轉輸送構件(3)及若干溢流管(5)，該等下部旋轉輸送構件以水平配置而垂直於一傳送方向(2)，該等溢流管(5)的頂部到達靠近該等物品(1)的底面的平面處，該等溢流管(5)的另一端終止於一下部容器(13)中，該下部容器(13)與該工作容器(12)分開；- 複數觸點(6)，配置於該等溢流管(5)的上方；藉此，該等物品(1)之上接觸及/或輸送係在工作容器(12)之若干區域內進行，其中在該等區域內，該處理液(11)之液面，藉由溢流件(5)之作用，低於該工作容器(12)內之其餘液面。
2. 如請求項1之裝置，其特徵在於，該工作容器(12)內之處理液(11)的液面，高於該等溢流管(5)之溢流緣。
3. 如請求項1之裝置，其特徵在於，觸點(6)係設計成為滑動觸點或旋轉觸點，其中， 該等觸點，即使在一放鬆狀態下，在一橫向間隙(8)的區域內不會接觸該處理液(11)及該連續處理裝置之若干結構元件被該處理液潤濕的若干表面。
4. 如請求項1之裝置，其特徵在於，該等觸點係由細絲狀李支線或彈性柔韌帶構成。
5. 如請求項1之裝置，其特徵在於，若干下部旋轉輸送構件(3)，就其高度位置方面，係支承在該等溢流管(5)上或支承在該等溢流管(5)中。
6. 如請求項1之裝置，其特徵在於，該等輸送構件(3)配有若干環形件(4)，該等環形件因而沿一傳送軌道逐位錯開偏移布置，且垂直於傳送方向(2)。
7. 如請求項1之裝置，其特徵在於，該等溢流管設計為下流管(5)，且至少一觸點(6)分配給每一下流管(5)。
8. 如請求項1至7中任一項之裝置，其特徵在於，若干光源(18)配置於該工作容器(12)內以對該等物品(1)進行照射，該等物品為太陽電池形式。
9. 如請求項1至7中任一項之裝置，其特徵在於，該工作容器(12)內配置有用於電鍍的可溶性或不溶性陽極(16)。
10. 如請求項1至7中任一項之裝置，其特徵在於，該工作容器(12)內安裝有用於對過程施加影響的若 干相對電極，該等相對電極由一電源供電。
11. 如請求項1之裝置，其係用於若干太陽電池之電鍍。
12. 一種在連續處理裝置中用於對分段形式的物品(1)進行水平輸送、及電接觸的方法，其使用如請求項1至11中任一項界定之裝置，該方法係藉由將外電路電流施加在該接觸面(9)、同時保持接觸面(9)乾燥、及將處理面(10)浸入處理液(11)之情況下，僅對該物品之處理面(10)進行電解處理或電氣輔助化學濕處理，其特徵在於，該裝置包括：- 一工作容器(12)，其配置有複數下部旋轉輸送構件(3)及若干溢流管(5)，該等下部旋轉輸送構件以水平配置而垂直於一傳送方向(2)，該等溢流管(5)的頂部到達靠近該等物品(1)的底面的平面處，該等溢流管(5)的另一端終止於一下部容器(13)中，該下部容器(13)與該工作容器(12)分開；- 複數觸點(6)，配置於該等溢流管(5)的上方；其中，藉由該等溢流管(5)，將該等物品(1)之上接觸及/或輸送區域的區域的處理液(11)的液面進行調整，使該液面低於該工作容器(12)內之其餘液面，藉此亦使滑動觸點或旋轉觸點在無需對任何物品進行電接觸之一放鬆狀態下，不會受該處理液(11)潤濕。
13. 如請求項12之方法，其特徵在於，該等溢流管(5)為下流管，若干輸送構件(3)在該等下流管上提供一支承，，該支承隨時對從該物品 (1)之底面(10)到該下流管之上緣間的距離的瞬時結構變化進行補償，使該距離保持恆定不變。
14. 如請求項12之方法，其特徵在於，該等物品(1)藉由從該工作容器(12)溢出該等溢流管(5)之處理液(11)，而吸附在該等下部傳送構件(3，4)上而可靠傳送。
15. 如請求項12之方法，其特徵在於，藉由將該處理液(11)從該工作容器(12)內溢出該等溢流管(5)，使在該物品之待處理的底面(10)上實現液體交換。
16. 如請求項12至15中任一項之方法，其特徵在於，在該工作容器(12)內用至少一光源(18)照射太陽電池，以便處理該等太陽電池之向陽面。
17. 如請求項12之方法，其係用於對太陽電池進行電鍍。