TWI458108B - 渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法 - Google Patents

Description

渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法

本發明是有關於一種渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法。

一般來說，渠道主要是用於隔絕、區隔以及串接元件，因此其圖形分布位置以及形成方式皆會影響元件模組的特性。以銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池模組製程為例，目前對於CIGS薄膜太陽能電池模組的渠道刻劃技術大多是採用雷射切割以及機械切割。但是，雷射切割的高能量容易對薄膜材料產生變異，而傳統機械切割存在所形成的渠道平整度不佳以及機械切割工具之使用壽命不高的問題。

本發明提供一種渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法，其可以解決以傳統渠道刻劃裝置所存在的問題。

本發明提出一種渠道刻劃裝置，其包括平台、導桿結構、支撐載具以及針具裝置。導桿結構位於平台上。支撐載具固定於導桿結構上，其中基材放置於支撐載具上。針具裝置位於支撐載具之上方，其中所述針具裝置包括針具固持件以及固定於針具固持件上的多個針具，所述針具排列成至少一直線。

本發明提出一種渠道刻劃方法，此方法包括提供渠道刻劃裝置，其包括針具裝置，其中所述針具裝置包括針具固持件以及固定於針具固持件上的多個針具，所述針具排列成至少一直線。進行刻劃程序，所述刻劃程序包括使針具裝置沿著一特定方向移動，以使針具各自於基材上刻劃出子溝渠，且所述針具所刻劃出的子溝渠連接成一溝渠。

由於本發明之渠道刻劃方法是使用多個直線排列之針具來形成單一溝渠，因此此種方法相較於傳統方法來說較為省時，且因各針具刻劃的距離不長，因而可以避免刻劃碎屑的產生而對渠道平整度造成不良的影響。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明一實施例之渠道刻劃裝置的示意圖。圖2是根據本發明一實施例之渠道刻劃裝置中的針具裝置的示意圖。請參照圖1以及圖2，本實施例之渠道刻劃裝置是用來對基材200進行渠道刻劃程序，所述渠道刻劃裝置包括平台100、導桿結構102、支撐載具104以及第一針具裝置310。根據一實施例，上述之渠道刻劃程序可進一步包括控制器400以及第二針具裝置330。上述之基材200為絕緣基材、導電基材或是已形成有絕緣膜層或導電膜層之基材。

導桿結構102位於平台100上。位於平台100上之導 桿結構102可在Z方向上進行升降的移動。

支撐載具104固定於導桿結構102上，支撐載具104主要是用來承載基材200。在此，支撐載具104可進一步包括固定結構，以使的基材200可以固定於支撐載具104上。由於基材200是固定於支撐載具104上，因此透過導桿結構102在Z方向的移動，便可以使得位於支撐載具104上之基材200能夠隨之升降至特定的高度位置。

第一針具裝置310位於支撐載具104之上方。所述第一針具裝置310包括針具固持件314以及固定於針具固持件314上的多個針具318，且所述針具318是排列成至少一直線，如圖2A所示。為了清楚的說明本實施例，圖2A僅繪製出一排針具318。實際上，第一針具裝置310可包含多排的針具318，例如圖2B所示，第一針具裝置310可包含兩排的針具318。換言之，針具318可於針具固持件314排列成各種陣列形式。而當第一針具裝置310包含更多排的針具318時，針具固持件314可設計成平板狀結構，以使得多排的針具318固定於針具固持件314上。此外，針具固持件314可進一步固定於移動裝置312上。當移動所述移動裝置312時即可帶動針具固持件314以及針具318的移動。

承上所述，在上述之第一針具裝置310中，每一排的針具318中之相鄰的兩個針具318之間相距一特定距離。另外，而針具318可為刀狀針具、針狀針具、滾輪針具或是錐狀針具。另外，根據一實施例，在針具318之上方之 針具固持件314上可進一步裝設噴氣清潔裝置(未繪製出)，所述噴氣清潔裝置可以往針具318噴出氣體，以清除針具318刻劃之後所殘留的碎屑。

另外，本實施例之渠道刻劃裝置可進一步包括第二針具裝置330。所述第二針具裝置330可如同圖2A或是圖2B所示，其包括針具固持件314以及固定於針具固持件314上的多個針具318。

值得一提的是，本實施例之渠道刻劃裝置是以兩個針具裝置(第一針具裝置310以及第二針具裝置330)為例來說明，但本發明不限制渠道刻劃裝置中的針具裝置的數目。換言之，在其他的實施例中，渠道刻劃裝置可以僅使用一個針具裝置，或是使用三個或是三個以上之針具裝置。另外，第一針具裝置310以及第二針具裝置330上的針具318的數目可以相同或是不相同，且第一針具裝置310以及第二針具裝置330上的針具318的材質、長度、硬度、間距等等條件可以相同或是不相同，其主要是根據實際製程應用所需而定。

請參考圖1，控制器400與第一針具裝置310、第二針具裝置330、平台100以及導桿結構102電性連接，以控制第一針具裝置310(第二針具裝置330)與支撐載具104之間的相對位置。

以上述渠道刻劃裝置對基材進行渠道刻劃程序的詳細說明如下。

圖3A至圖3B是根據本發明一實施例之渠道刻劃方法 的示意圖。為了清楚的說明本實施例之方法，圖3A以及圖3B只繪示出基材200以及第一針具裝置310(或第二針具裝置330)。

請同時參照圖1以及圖3A，首先使第一針具裝置310與支撐載具104上的基材200進行X方向與Y方向上的對位。之後，利用導桿結構102使第一針具裝置310與支撐載具104上基材200進行Z方向的定位。更詳細來說，控制器400是控制第一針具裝置310在XY方向上移動，以使得第一針具裝置310是對應於基材200之預定形成渠道之處，並且控制導桿結構102在Z方向上移動，以使得第一針具裝置310之針具318能夠與基材200之表面接觸。

之後，進行第一刻劃程序，如圖3A所示。詳細來說，所述第一刻劃程序包括使第一針具裝置310沿著第一方向D1移動，以使第一針具裝置310之針具318各自於基材200上刻劃出第一子溝渠202。在進行上述之第一刻劃程序時，可同時使用噴氣清潔裝置(未繪示)進行噴氣清潔步驟，以清除針具318刻劃所產生的碎屑。當完成第一刻劃程序之後，由第一針具裝置310之針具318所刻劃出的第一子溝渠202可連接成第一溝渠210，如圖3B所示。上述之第一子溝渠202(第一溝渠210)的寬度為1~1000微米，其主要是與針具318的尺寸有關。

值得一提的是，為了說明本實施例，圖3A以及圖3B中僅繪示出其中一條第一溝渠210為例來說明。實際上，當第一針具裝置310包括多排針具318時，於進行第一刻 劃程序之後可於基材200上形成平行排列的多條第一溝渠210。特別是，每一第一溝渠210是由多個第一子溝渠202連接而成。

在以第一針具裝置310進行第一刻劃程序之後，控制器400控制第一針具裝置310自基材200上移開並且控制第二針具裝置330往基材200靠近。類似地，控制器400控制第二針具裝置330在XY方向上移動，以使得第二針具裝置330對應基材200之預定形成渠道之處，並且控制導桿結構102在Z方向上移動，以使第二針具裝置330在Z方向上能夠與基材200之表面接觸。

接著，利用第二針具裝置330進行第二刻劃程序。所述第二刻劃程序與上述第一刻劃程序相似，亦即第二刻劃程序包括使第二針具裝置330沿著第二方向移動，以使第二針具裝置330之針具318各自於基材200上刻劃出第二子溝渠(未繪示)，且第二針具裝置330之針具318所刻劃出的第二子溝渠(未繪示)連接成第二溝渠(未繪示)。類似地，在進行上述之第二刻劃程序時，可同時使用噴氣清潔裝置進行噴氣清潔步驟，以清除針具318刻劃所產生的碎屑。類似地，若第二針具裝置330包括多排針具318時，於進行第二刻劃程序之後，可於基材200上形成多條平行排列的第二溝渠(未繪示)。

值得一提的是，在上述之實施例中，第一針具裝置310與第二針具裝置330都是在基材200上進行渠道刻劃，但本發明不限於此。換言之，在其他的實施例中，第一針具 裝置310是對基材200進行渠道刻劃，而第二針具裝置330是對基材200上之另一膜層進行渠道刻劃。

另外，在上述之實施例中，所述渠道刻劃方法是以形成第一溝渠以及第二溝渠為例來說明。在其他的實施例中，亦可以以上述第一針具裝置310或是第二針具裝置330進行第三或是更多的渠道刻劃程序。

圖4是根據本發明另一實施例之渠道刻劃裝置中的針具裝置的示意圖。請參照圖4，此實施例之針具裝置與圖2A之針具裝置相似，因此相同的組件以相同的符號表示，且不再重複說明。圖4之實施例與圖2A之實施例不相同的是，針具裝置除了針具固持件314之外，還包括固定在針具固持件314上的至少一主針具354以及至少一輔助針具352。主針具354以及輔助針具352輪替設置。根據一實施例，主針具354以及輔助針具352的硬度不相同，例如針具354的硬度大於輔助針具352的硬度。根據另一實施例，主針具354以及輔助針具352的長度不相同，例如主針具354的長度大於輔助針具352的長度。

利用圖4之針具裝置來進行的渠道刻劃方法如下所述。

圖5A至圖5B是根據本發明另一實施例之渠道刻劃方法的示意圖。類似地，為了清楚的說明本實施例之方法，圖5A以及圖5B只繪示出基材200以及第一針具裝置310(或第二針具裝置330)。

請參照圖1以及圖5A，首先使第一針具裝置310與 基材200進行X、Y、Z方向上的對位。第一針具裝置310與基材200之間的X、Y、Z方向的對位方法與先前於圖3A以及圖3B所述之實施例所述相同或是相似。

接著，進行第一刻劃程序，以使得第一針具裝置310之輔助針具352於基材200上刻劃出輔助子溝渠214，且第一針具裝置310之主針具354於基材200上刻劃出主子溝渠212。在本實例中，主針具354的長度大於輔助針具352的長度，因此所形成的主子溝渠212的深度大於輔助子溝渠214的深度。之後，當完成第一刻劃程序之後，輔助子溝渠214與主子溝渠212局部重疊(輔助子溝渠214與主子溝渠212之重疊區域為230)，以形成完整的溝渠210。

為了說明輔助子溝渠214與主子溝渠212局部重疊，特別以圖6之關係圖來說明。請參照圖6，舉例來說，倘若輔助針具352是從座標(0,0)開始刻劃形成輔助子溝渠214，且主針具354是從座標(0,4)開始刻劃形成主子溝渠212。於進行第一刻劃程序之後，輔助針具352是從座標(0,0)刻劃至座標(0,5)，以形成輔助子溝渠214。也就是，輔助子溝渠214之兩端的座標分別是(0,0)以及(0,5)。另外，主針具354是從座標(0,4)刻劃至座標(0,9)，以形成主子溝渠212。也就是，主子溝渠212之兩端的座標分別是(0,4)以及(0,9)。換言之，座標(0,4)至座標(0,5)的區域即為輔助子溝渠214以及主子溝槽212的重疊區域。

上述圖5A以及圖5B之渠道刻劃方法中所使用的第一針具裝置310具有輔助針具352以及主針具354。當基材 200屬於較硬之基材時，使用此種第一針具裝置310可以使得基材200較不易產生裂痕，且所形成的渠道會較為平整。

此外，在進行第一刻劃程序之後，亦可以使用第二針具裝置330來進行第二刻劃程序。在此，第二刻劃程序可以採用圖3A至圖3B所示之步驟(亦即所使用的針具裝置之針具皆為相同的針具)，或者是採用圖5A至圖5B之步驟(亦即所使用的針具裝置之針具包含主針具以及輔助針具)。

以上所述之渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法可以應用於各種電子元件或是半導體元件的製程當中。在以下之說明中，是將本發明之渠道刻劃裝置以及渠道刻劃方法應用於太陽能電池模組的製造過程之中，但本發明不以此為限。

圖7A至圖7C是根據本發明一實施例之太陽能電池模組的製造流程示意圖。請參照圖7A，在基板500上形成金屬層502。之後，利用如圖1所示之渠道刻劃裝置對金屬層502進行第一渠道刻劃程序，以形成多個第一溝渠504(圖示只繪示其中一個為例)。根據一實施例，上述之金屬層502例如是鉬(Mo)或是其他適合用於電極的金屬材料。

接著，在基板500上形成半導體層506以及緩衝層508，以覆蓋金屬層502以及第一溝渠504之後，利用如圖1所示之渠道刻劃裝置對半導體層506以及緩衝層508進 行第二渠道刻劃程序，以形成多個第二溝渠510(圖示只繪示其中一個為例)，如圖7B所示。上述之半導體層506例如是銅銦鎵硒(CuInGaSe₂₎ 或是其他適合用於太陽能電池的半導體材料。上述之緩衝層508例如是硫化鎘(CdS)或是其他可與半導體層506搭配使用的緩衝材料。

之後，在基板500上形成透明導電層512，以覆蓋緩衝層508以及第二溝渠510之後，利用如圖1所示之渠道刻劃裝置對透明導電層512進行第三渠道刻劃程序，以形成多個第三溝渠514(圖示只繪示其中一個為例)，如圖7C所示。上述之透明導電層512例如是氧化鋅(ZnO)或是其他適合作為透明電極的導電材料。

以上述圖7A至圖7C之步驟所形成太陽能電池模組為銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池模組，但本發明不限於此。承上所述，上述之第一溝渠504、第二溝渠510以及第三溝渠514的寬度為1~1000微米。第一溝渠504與第二溝渠510之間的水平距離為1~100000微米。第二溝渠510與第三溝渠514之間的水平距離為1~100000微米。

綜上所述，本發明之渠道刻劃裝置之針具裝置包括針具固持件以及固定於針具固持件上的針具，且針具排列成至少一直線。因此，當使用此渠道刻劃裝置對基材進行刻劃程序時，所述多個針具可各自於基材上刻劃出子溝渠，且於進行刻劃程序之後，所形成的子溝渠可連接成完整之溝渠。由於本發明之渠道刻劃方法是使用多個直線排列之針具來形成單一溝渠，因此此種方法相較於傳統方法來說 較為省時，且因各針具刻劃的距離不長，因而可以避免刻劃碎屑的產生而對渠道平整度造成不良的影響。換言之，本發明之方法可以形成平整度較佳的渠道。

實例

在此實例中，針具裝置上之針具是排列成2＊3的陣列。所述具有2*3陣列的針具之針具裝置可刻劃出兩條渠道(渠道一以及渠道二)，其中每條渠道(渠道一以及渠道二)是由3根針具所形成。在此，針具材質為不繡鋼，每根針具約行走0.45公分。另外，每條渠道(渠道一以及渠道二)的全長度約1.2公分且平均寬度為117微米。以此針具裝置進行刻劃之後有經過空氣氣鎗噴洗，以清除表面細屑。

圖8A至圖8F為上述針具裝置所刻劃出的雙渠道之俯視圖。圖8A至圖8C為渠道一，其中圖8A為第一根針具所刻劃出之渠道，圖8B和圖8C則分別為第二和三根針具所刻劃出之渠道。圖8D至圖8F為渠道二，其中圖8D為第一根針具所刻劃出之渠道，圖8E和圖8F則分別為第二和三根針具所刻劃出之渠道。由上述圖8A至圖8F可以清楚地看見渠道一和渠道二皆呈現平滑邊線。此外，第一根針具與第二根針具所刻劃出的渠道銜接處(即圖8B以及圖8E的最前端)並不會產生渠道崩毀或者是龜裂，而導致寬度增加的現象。相同的現象也同時出現在圖8C以及圖8F(即第二根針具和第三根針具的前端渠道)。由此實例可知，利用多根針具來形成一條渠道是可行的。另一方面， 所刻劃出的渠道內部亦呈現光亮的金屬背電極，也就是說不會殘留刻劃不完全的碎片，以及斷裂面導致兩邊薄膜的連通。

圖9為上述實例之渠道一以及渠道二之寬度分布曲線圖。在此是利用α-step膜厚測量儀來定義渠道寬度。對於渠道一來說，最大寬度為123.2微米，最小寬度為114.8微米，平均寬度約117.3微米，標準差為2.71。對於渠道二來說，最大寬度為122.3微米，最小寬度為115.7微米，平均寬度約117.4微米，標準差為2.46。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧平台

102‧‧‧導桿結構

104‧‧‧支撐載具

200‧‧‧基材

310、330‧‧‧針具裝置

400‧‧‧控制器

312‧‧‧移動裝置

314‧‧‧針具固持件

318‧‧‧針具

202‧‧‧第一子溝渠

210‧‧‧第一溝渠

352‧‧‧輔助針具

354‧‧‧主針具

214‧‧‧輔助子溝渠

212‧‧‧主子溝渠

230‧‧‧重疊區域

500‧‧‧基板

502‧‧‧金屬層

504‧‧‧第一溝渠

506‧‧‧半導體層

508‧‧‧緩衝層

510‧‧‧第二溝渠

512‧‧‧透明導電層

514‧‧‧第三溝渠

圖1是根據本發明一實施例之渠道刻劃裝置的示意圖。

圖2A以及圖2B是根據本發明實施例之渠道刻劃裝置中的針具裝置的示意圖。

圖3A至圖3B是根據本發明一實施例之渠道刻劃方法的示意圖。

圖4是根據本發明另一實施例之渠道刻劃裝置中的針具裝置的示意圖。

圖5A至圖5B是根據本發明另一實施例之渠道刻劃方 法的示意圖。

圖6是圖5A以及圖5B之方法所形成的渠道之關係圖。

圖7A至圖7C是根據本發明一實施例之太陽能電池模組的製造流程示意圖。

圖8A至圖8F是利用本發明之渠道刻劃裝置所形成的渠道的實例照片。

圖9是根據本發明之實例之渠道一以及渠道二之寬度分布曲線圖

100‧‧‧平台

102‧‧‧導桿結構

104‧‧‧支撐載具

200‧‧‧基材

310、330‧‧‧針具裝置

400‧‧‧控制器

Claims (19)

1. 一種渠道刻劃裝置，其用以對一基材進行渠道刻劃，包括：一平台；一導桿結構，位於該平台上；一支撐載具，固定於該導桿結構上，其中該基材放置於該支撐載具上；以及一第一針具裝置，位於該支撐載具之上方，其中該第一針具裝置包括一第一針具固持件以及固定於該第一針具固持件上的多個第一針具，且該些第一針具排列成至少一直線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第一針具於該第一針具固持件上排列成一陣列。
3. 如申請專利範圍第1項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第一針具包括至少一主針具以及至少一輔助針具。
4. 如申請專利範圍第3項所述之渠道刻劃裝置，其中該主針具以及該輔助針具的硬度不相同，或是該主針具以及該輔助針具的長度不相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第一針具包括刀狀針具、針狀針具、滾輪針具或是錐狀針具。
6. 如申請專利範圍第1項所述之渠道刻劃裝置，更包括一第二針具裝置，位於該支撐載具之上方，其中該第二針具裝置包括一第二針具固持件以及固定於該第二針具固 持件上之多個第二針具，且該些第二針具排列成至少一直線。
7. 如申請專利範圍第6項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第二針具於該第二針具固持件排列成一陣列。
8. 如申請專利範圍第6項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第二針具包括至少一主針具以及至少一輔助針具。
9. 如申請專利範圍第8項所述之渠道刻劃裝置，其中該主針具以及該輔助針具的硬度不相同，或是該主針具以及該輔助針具的長度不相同。
10. 如申請專利範圍第6項所述之渠道刻劃裝置，其中該些第二針具包括刀狀針具、針狀針具、滾輪針具或是錐狀針具。
11. 一種渠道刻劃方法，包括：提供一渠道刻劃裝置，其包括一第一針具裝置，其中該第一針具裝置包括一第一針具固持件以及固定於該第一針具固持件上的多個第一針具，且該些第一針具排列成至少一直線；以及進行一第一刻劃程序，該第一刻劃程序包括使該第一針具裝置沿著一第一方向移動，以使該些第一針具各自於一基材上刻劃出一第一子溝渠，且該些第一針具所刻劃出的該些第一子溝渠連接成至少一第一溝渠。
12. 如申請專利範圍第11項所述之渠道刻劃方法，其中該些第一針具於該第一針具固持件上排列成一陣列，以及 於進行該第一刻劃程序之後，該些第一針具於該基材上刻劃出的該些第一子溝渠連接成多條平行的第一溝渠。
13. 如申請專利範圍第11項所述之渠道刻劃方法，其中該些第一針具包括至少一主針具以及至少一輔助針具，以及於進行該第一刻劃程序時，該輔助針具於該基材上刻劃出一輔助子溝渠，且該主針具於該基材上刻劃出一主子溝渠，且該輔助子溝渠與該主子溝渠局部重疊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之渠道刻劃方法，其中該主子溝渠的深度大於該輔助子溝渠的深度。
15. 如申請專利範圍第11項所述之渠道刻劃方法，其中該渠道刻劃裝置更包括一第二針具裝置，該第二針具裝置包括一第二針具固持件以及固定於該第二針具固持件上之多個第二針具，且該些第二針具排列成至少一直線，於進行該第一刻劃程序之後，更包括進行一第二刻劃程序，該第二刻劃程序包括使該第二針具裝置沿著一第二方向移動，以使該些第二針具各自於該基材上刻劃出一第二子溝渠，且該些第二針具所刻劃出的該些第二子溝渠連接成至少一第二溝渠。
16. 如申請專利範圍第15項所述之渠道刻劃方法，其中該些第二針具於該第二針具固持件上排列成一陣列，以及於進行該第二刻劃程序之後，該些第二針具於該基材上刻劃出的該些第二子溝渠連接成多條平行的第二溝渠。
17. 如申請專利範圍第15項所述之渠道刻劃方法，其中該第二針具固持件之該些第二針具包括至少一主針具以及至少一輔助針具，以及於進行該第二刻劃程序時，該輔助針具於該基材上刻劃出一輔助子溝渠，且該主針具於該基材上刻劃出一主子溝渠，且該輔助子溝渠與該主子溝渠局部重疊。
18. 如申請專利範圍第17項所述之渠道刻劃方法，其中該主子溝渠的深度大於該輔助子溝渠的深度。
19. 如申請專利範圍第11項所述之渠道刻劃方法，其中渠道刻劃裝置更包括一控制器、一平台、位於該平台上之一導桿結構以及固定於該導桿結構上之一支撐載具，且該基材放置於該支撐載具上，於進行該第一刻劃程序之前，利用該控制器使該第一針具裝置進行X方向以及Y方向的定位，並利用該導桿結構使該支撐載具與該第一針具裝置之間進行Z方向的定位。