WO2010083976A1 - Vorrichtung zum auflöten eines leiters auf einen schaltungsträger - Google Patents

Vorrichtung zum auflöten eines leiters auf einen schaltungsträger Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for soldering an electrical conductor to a metallization of a circuit substrate.
  • circuit board circuit boards are generally understood to understand. In the context of the present invention, this also includes, in particular, solar cells.
  • the thickness of the solar cells used is now getting smaller, so that even smaller forces are sufficient to lead to a fraction of the solar cell. This is extremely undesirable for understandable reasons.
  • CONFIRMA ⁇ ONCOPY being able to lead.
  • soldering iron or soldering tips tend to contamination, so that the processing process must be interrupted more frequently for cleaning.
  • soldering with hot air When soldering with hot air on the one hand, a high energy consumption is necessary to heat the air accordingly to soldering temperature.
  • soldering with hot air has the disadvantage that relatively long times must be provided for a heat transfer, so that such a device is limited in a cycle time to be achieved.
  • laser soldering is also proposed in the prior art. Again, this is relatively complex in terms of apparatus and therefore associated with disadvantages.
  • laser holders also unnecessarily heat down holders which are used for pressing the electrical conductor against the metallization in order to ensure perfect soldering.
  • the heat input is not constant, since this depends on the absorption rate of the metal surface. As a result, a complex temperature control is necessary.
  • Object of the present invention is therefore to develop a device of the type mentioned above in a manner that allows a quick soldering with high reliability and a relatively low expenditure on equipment.
  • the device for soldering the electrical conductor to a metallization of a circuit carrier has at least two contact elements which are arranged on both sides of the intended soldering point of the electrical conductor and via which an electrical connection is made. lectric heating current through the electrical conductor is to lead.
  • the invention is based on the finding that the electrical conductors used have an inherent resistance, which leads to a heating of the electrical conductor in the passage of electric current.
  • the electrical conductors used can be heated to temperatures of about 300 0 C. This temperature is sufficient, both to get the previously frequently used leaded solders for melting, which have a melting temperature of about 183 0 C, and lead-free solders, in which the soldering temperatures are above 210 0 C.
  • the method of soldering by means of an electrical heating current also has the advantage that over the solder joint no bulky soldering units such as soldering iron or soldering tips etc. must be provided. Instead, this space can be used to arrange a large number of hold-downs between the contact elements with which the electrical conductor is to be pressed as consistently as possible onto the metallization during soldering in order to achieve good soldering over longer sections.
  • Individual hold-downs can also be connected electrically conductive. So it is possible if required to apply individual sections of the electrical conductor during soldering with additional power or to pass through individual sections and less power. Thus, for example, critical points during soldering can be specially taken into account.
  • a laser is additionally provided, with the soldering z. B. can be supported at critical points.
  • the hold-down devices provided are arranged such that there are gaps between the hold-downs in which the electrical conductor can buckle when it elongates due to the thermal expansion occurring during its heating.
  • the hold-downs can in particular be combined into groups in pairs.
  • the hold-down can be designed so that the buckling is limited.
  • the hold-downs are preferably provided with laterally projecting boundary elements which are at a distance from the contact point of the hold-down device and the electrical conductor.
  • the desired limitation of Aufbeulens can be achieved.
  • a device In order to ensure the buckling of the electrical conductor at the buckling points provided for this purpose, a device according to the invention has a pre-buckling element for the electrical conductor.
  • the electrical conductor can be pre-deformed by beads o. ⁇ ., Which are attached to it.
  • This Vorverformungen can be attached, for example, the electrical conductor by means of a roller over which the electrical conductor runs when it is supplied to the position at which it is soldered. Such a roller would then have a deformation element at suitable intervals on the circumferential surface over which the electrical conductor passes.
  • the hold-downs are also provided with heat transfer brakes in the region where they contact the electrical conductor. This also applies to the support elements on which the circuit carrier rests in a one-sided soldering.
  • the hold-downs at the surfaces and / or points of contact, where they touch the electrical conductor have a high coefficient of friction in order to prevent undesired slippage of the electrical conductor in this area.
  • non-contact hold-downs which press the electrical conductor by means of air or gas streams directed at him.
  • the contact elements it is proposed for the contact elements to store them slidably, so that it can not come to such a thermal expansion to a compression of the electrical conductor between the contact elements, the could lead to unwanted buckling of the conductor.
  • a separating element for the electrical conductor is provided in the region of at least one of the contact elements with which the electrical heating current is introduced into the electrical conductor.
  • an electrical conductor can be fed endlessly and cut as needed especially after soldering to a suitable length.
  • the separating element is preferably mounted slidably together with the contact element.
  • the contact element and the separating element for the electrical conductor is spatially adjacent to the flat side of the circuit substrate at least on one side be arranged.
  • an electrical conductor which is in communication with the contact element, spaced from the metallization of the circuit substrate to which it is to be soldered.
  • adjacent to at least one contact element, which is arranged adjacent to a flat side of the circuit carrier to provide a deflection element for the electrical conductor with which the electrical conductor is brought close to the circuit carrier he is to be soldered.
  • the device In order to pass the electrical heating current through the electrical conductor, the device has a current control, which adjusts the voltage to the To keep the current through the electric conductor constant. Since the resistance of the electrical conductor changes with its temperature, a corresponding control is necessary.
  • the current control can be assigned a temperature measuring element for the electrical conductor, in order to regulate these to the required soldering temperature.
  • thermo measuring element One way to arrange the temperature measuring element is seen in particular to integrate it in a hold-down. This is an advantageous design solution, in particular in the case of a temperature-measuring element via a contact.
  • the temperature measurement is carried out indirectly by a computing element is provided which determines the temperature of the electrical conductor from the changing voltage to achieve a predetermined constant current, taking into account the changing resistance with the temperature.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a device according to the invention for soldering an electrical conductor to the metallization of a circuit substrate;
  • Figure 2 is a schematic diagram of a device according to Figure 1 in which on the underside another electrical conductor is soldered to a circuit carrier;
  • Figure 3 is a view of a detail of a device according to Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic diagram of an alternative device for soldering of electrical conductors on a circuit carrier.
  • Figure 5 is a schematic diagram of another alternative device for
  • FIG. 1 shows a carrier element 1 on which fixed support elements 2 are mounted. On these support elements is a solar cell 3, which carries a metallization on its upper side. An electrical conductor 4, which is generally referred to as "busbar" and which may, for example, be a tinned copper strip or the like, is soldered onto this metallization.
  • busbar an electrical conductor 4 which is generally referred to as "busbar" and which may, for example, be a tinned copper strip or the like, is soldered onto this metallization.
  • the illustrated electrical conductor is pressed by a plurality of hold-downs 5 on the metallization of the solar cell 3.
  • the hold-downs are arranged in pairs and there are Aufbeullücken 6 between the corresponding pairs, whose function will be discussed again below.
  • the hold-down device 5 are resiliently mounted on compression springs 9 and contact the electrical conductor by heat transfer brakes 8, which are made of poorly conductive plastic or poorly conductive heat ceramic and optionally also have a geometric shape, with only the smallest heat transfer surfaces between the heat transfer brake 8 and the They touched electrical conductor 4.
  • heat transfer brakes are formed for example as cutting or tips or as a crown-like element with several z. B. arranged on a circle tips.
  • a high current of 80 A to 120 A is then passed through the electrical conductor 4 and removed from it via the punch 12 of the contact element 11 again. Since the electrical conductor 4 has a resistance, it is heated by the high current to a high temperature, which is approximately at 300 ° C.
  • soldering and by flux which are introduced between the electrical conductor 4 and the metallization of the solar cell Ie 3 in a manner known to the expert, occurs due to this high temperature, a soldering of the electrical conductor 4 with the metallization of the solar cell 3 a.
  • the soldering temperatures occurring here are eutectic solder in the order of about 183 0 C and lead-free solder in a range of about 210 0 C.
  • the conductor 4 bulges in the region of the beads 7 which are arranged in the refilling gaps 6 between the pairs of hold-downs 5.
  • the desired and advantageous soldering can thus be carried out completely, at least in sections.
  • the temperature to which the electrical conductor 4 is heated by the heating current is detected by means of a temperature measuring element 14 in the form of a pyrometer.
  • This temperature measuring element is associated with a controller 21, via which the current is controlled, which is passed through the electrical conductor 4.
  • the temperature can also be done via a contacting measurement.
  • the temperature measuring element can also be integrated into a hold-down device 5 and in particular also into the tip of a heat transfer brake 8.
  • the substrates 13 is arranged at least in sections above the side surface of the solar cell 3.
  • a deflecting element 15 is arranged adjacent to the substrate 13, which contacts the electrical conductor 4 at the location he runs from the pad 13, presses on the surface of the solar cell 3 and on the existing metallization there.
  • the electrical conductor 4 via knives 16, which act as separating elements, cut off.
  • the cut can be placed in such a way that the cut end of the electrical conductor 4 remaining on the solar cell does not project laterally and outwardly beyond the edge of the solar cell 3.
  • At the other end of the electrical conductor 4 can be separated so that it forms a flag that extends beyond the edge of the solar cell 3 and can be soldered later on the bottom of a then adjacent solar cell to the two adjacent solar cells in series with each other turn.
  • the contact element 1 1 with its associated knife 16 before separation of the electrical conductor 4 has yet to move a piece and be spaced from the right edge of the solar cell here.
  • the flag formed in this way can then be soldered later to the underside of a solar cell to be arranged adjacently, as a result of which a series connection of solar cells takes place.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention. The same parts are provided with the same reference numerals.
  • the supports 2 act as a kind of hold-down for the further electrical conductor 17. Accordingly, they can also be designed and arranged or grouped like these.
  • the further electrical conductor 17 behaves in terms of expansion as the electrical conductor 4, so that in the example shown here, the fixed supports 2 are preferably grouped together with Aufbeullücken 18 in between, provided on the further electrical conductor 17 beads 19 come to rest , which were formed in this as the beads 7 in the electrical conductor. 4
  • a separate temperature measuring element 20 may be provided which monitors the precise Anlötung about the determination of the temperature of the further electrical conductor 17.
  • This further temperature measuring element, z. B. in the form of a pyrometer, is connected to the controller 21.
  • the electrical conductor 17 is cut off at the end of the Anlötvorgangs via knives 22, which act as dividing elements for him. Adjacent to these knives 22 there are also deflecting elements 23, with which the further electrical conductor 17 is pressed against the solar cell 3 during draining from the underlay 24.
  • the documents 24 serve as counter-element to the knives 22.
  • FIG. 3 This is shown in more detail in FIG. It can also be seen in FIG. 3 that the knives 16 and 22 are actuated by punches 25, which are controlled by the controller 21.
  • the relevant control lines 26 are merely indicated.
  • the punches 12 are also enclosed in this sliding bearing, so that the contact elements 10 and 11 which are arranged at the ends of the electrical conductor 4 and which occur due to the thermal expansion can join the movements.
  • FIG. 4 also shows, as an alternative embodiment to the previously discussed figures, that the hold-downs 5 with the heat transfer brakes 8 belonging to them are distributed uniformly along the electrical conductor 4, without the hold-downs being grouped together in groups.
  • individual hold-down 29 are also additionally formed as a contact element.
  • the electrical conductor 4 an additional electrical heating current can be supplied to these additional contact elements or already heating current can be derived.
  • different electrical heating currents are conducted through in the different sections of the electrical conductor 4 and so different soldering temperatures are to be generated. This special areas can be applied locally with special soldering temperatures.
  • FIG. 5 shows the schematic diagram of a further alternative device for soldering.
  • the electrical conductor 4 which is distributed uniformly along the electrical conductor 4 via hold-downs 5, which are distributed uniformly along the electrical conductor 4 with the heat transfer brakes 8 belonging to it, and Press sen on the solar cell 3.
  • the electrical conductor 4 is heated due to its inherent resistance and thus soldered to the metallization of the solar cell 3.
  • this bulge 30 develops in the area between two hold-downs.
  • the hold-down devices 5 are provided with limiting elements 31 on their heat transfer brakes 8 in the example shown here. These are aligned with their undersides 32 substantially parallel to the top of the solar cell 3 and border with their end faces 33 to each other, so that between them narrow slots 34 arise.
  • a limited space is created below the boundary elements 31 between them and the solar cell 3, within which the bulge 30 can develop.
  • this bulging is also limited by the space below the boundary elements 31.
  • Such a configuration can also lead to a particularly effective soldering of the conductor 4 on the solar cell 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters auf eine Metallisierung eins Schaltungsträgers. Unter einem Schaltungsträger wird insbesondere eine Solarzelle verstanden. Um auf der Metallisierung einer solchen Solarzelle einen elektrischen Leiter aufzulöten, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der zwei Kontaktelemente vorhanden sind, die beidseits der Auflötstelle des elektrischen Leiters angeordnet sind und über die ein elektrischer Heizstrom durch den elektrischen Leiter zu führen ist, wodurch dieser so erhitzt wird, dass er anzulöten ist. Die Vorrichtung weist dabei Niederhalter auf, um den elektrischen Leiter an die Solarzelle zu drücken und somit eine sichere Verlötung zu bewirken.

Description

Vorrichtung zum Auflöten eines Leiters auf einen Schaltunqsträqer
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters auf eine Metallisierung eines Schaltungsträgers.
Unter einem Schaltungsträger sind ganz allgemein Leiterplatten etc. zu verste- hen. Im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung werden darunter insbesondere auch Solarzellen verstanden.
Bei der Produktion von Fotovoltaikmodulen werden übliche Solarzellen mit einer Größe von etwas 16 x 16 cm in Reihe geschaltet, um die gewünschten e- lektrischen Spannungen zu erzeugen. Bei dieser Reihenschaltung von Solarzellen werden drahtförmige, vorzugsweise flache elektrische Leiter auf die Metallisierung einer Solarzelle aufgelötet. Eine derartige Metallisierung wird allgemein als „busbar" bezeichnet. Die Metallisierung ist beispielsweise aus Silber oder einer Silber/Aluminiumlegierung etc. auf die Vorderseite einer Solarzelle aufgebracht. Der elektrische Leiter, üblicherweise ein verzinntes Kupferband o. ä., wird dann an mehreren Punkten auf diese Metallisierung aufgedrückt und dabei - unter Zusatz von Lot und Flussmittel - unter Wärmezufuhr angelötet.
Die Dicke der verwendeten Solarzellen wird mittlerweile immer geringer, so dass auch bereits kleinere Kräfte ausreichen, um zu einem Bruch der Solarzelle zu führen. Dieser ist aus verständlichen Gründen äußerst unerwünscht.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von Fotovoltaikmodulen sind für das beschriebene Löten verschiedenste Verfahren vorgeschlagen worden:
Beim Löten mit Lötkolben bzw. mit Lötstempel ergibt sich zum einen das Problem, dass bereits kleine Kräfte, die beim Aufdrücken der Lötkolben bzw. Lötspitzen auftreten, zu einem Bruch der mittlerweile extrem dünnen Solarzellen
CONFIRMAΠONCOPY führen können. Außerdem neigen derartige Lötkolben bzw. Lötspitzen zu einer Verschmutzung, so dass der Verarbeitungsprozess häufiger für ein Reinigen unterbrochen werden muss.
Bei einem Löten mit Heißluft ist einerseits ein hoher Energieaufwand notwendig, um die Luft entsprechend auf Löttemperatur zu erhitzen. Außerdem hat das Löten mit Heißluft den Nachteil, dass für einen Wärmeübergang relativ lange Zeiten vorgesehen werden müssen, so dass eine derartige Vorrichtung in einer zu erreichenden Taktzeit beschränkt ist.
Es wird auch vorgeschlagen, mittels Induktion zu löten. Die hierfür notwendige Apparatur ist aber relativ aufwändig und komplex und damit auch störanfällig. Außerdem besteht das Risiko, dass durch Induktion innerhalb des Schaltungsträgers bzw. Solarzelle Thermospannungen erzeugt werden, die eventuell das Risiko von Mikrorissen o. ä. mit sich bringen, die auch später noch zu Ausfällen von Schaltungsträgern bzw. Solarzellen führen können.
Außerdem wird im Stand der Technik auch noch eine Laserlötung vorgeschlagen. Auch diese ist apparativ relativ aufwändig und insofern mit Nachteilen verbunden. Außerdem werden bei bekannten Ausführungsformen bei den La- serlötungen auch Niederhalter unnötigerweise miterwärmt, die für das Andrücken des elektrischen Leiters an der Metallisierung eingesetzt werden, um eine einwandfreie Verlötung zu gewährleisten. Auch der Wärmeeintrag ist nicht konstant, da dieser von der Absorptionsrate der Metalloberfläche abhängt. Da- durch ist eine aufwändige Temperaturregelung notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der oben genannten Art in einer Weise weiterzubilden, die ein schnelles Anlöten ermöglicht bei hoher Betriebssicherheit und einem relativ geringen apparativen Auf- wand.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Auflöten des elektrischen Leiters auf einer Metallisierung eines Schaltungsträgers wenigstens zwei Kontaktelemente aufweist, die beidseits der vorgesehe- nen Auflötstelle des elektrischen Leiters angeordnet sind und über die ein e- lektrischer Heizstrom durch den elektrischen Leiter zu führen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zur Grunde, dass die verwendeten elektrischen Leiter einen inhärenten Widerstand haben, der bei der Durchleitung von elektrischem Strom zu einer Erhitzung des elektrischen Leiters führt. Mit
Stromstärken zwischen 80 A und 120 A können die verwendeten elektrischen Leiter dabei auf Temperaturen von ca. 300 0C erhitzt werden. Diese Temperatur ist ausreichend, sowohl um die bisher häufig zum Einsatz gekommenen bleihaltigen Lote zum Schmelzen zu bekommen, die eine Schmelztemperatur von über 183 0C haben, als auch bleifreie Lote, bei denen die Löttemperaturen über 210 0C liegen.
Das Verfahren des Anlötens mittels eines elektrischen Heizstromes hat dabei auch den Vorteil, dass über der Lötstelle keine raumgreifenden Löteinheiten wie Lötkolben oder Lötspitzen etc. vorgesehen werden müssen. Dieser Raum kann stattdessen genutzt werden, um zwischen den Kontaktelementen eine hohe Anzahl von Niederhaltern anzuordnen, mit denen der elektrische Leiter während des Lötens möglichst durchgängig auf die Metallisierung zu drücken ist, um somit eine gute Anlötung über längere Abschnitte zu erreichen.
Einzelne Niederhalter können auch elektrisch leitend angeschlossen sein. So ist es möglich bei Bedarf einzelne Abschnitte des elektrischen Leiters beim Anlöten mit zusätzlichem Strom zu beaufschlagen oder aber durch einzelne Abschnitte auch weniger Strom zu leiten. So können beispielsweise auch kritische Stellen beim Löten speziell berücksichtigt werden.
Es ist dabei auch im Rahmen der Erfindung, wenn bei einer Vorrichtung ein Laser zusätzlich vorgesehen wird, mit dem die Lötung z. B. an kritischen Stellen unterstützt werden kann.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass auch wenn im hier vorliegenden Text teilweise nur von einem einseitigen Auflöten eines Leiters auf einem Schaltungsträger gesprochen wird, vorzugsweise auf der Oberseite, es auch im Rahmen der Erfindung ist, dass auf der Unterseite eine im Wesent- liehen gleichartige Anlötung vorgenommen wird. Es hat sich in diesem Zusammenhang erstaunlicherweise ergeben, dass ein Anlöten auf der Unterseite auch möglich ist, ohne dass durch den weiteren e- lektrischen Leiter, der auf der Unterseite anzulöten ist, ein elektrischer Heiz- ström geführt wird. Die Wärme, die mittels Heizstrom durch den auf der Oberseite anzulötenden Leiter erzeugt wird, ist ausreichend, um auch den auf der Unterseite angeordneten Leiter mit anzulöten. Eine Andrückung des elektrischen Leiters mittels einem oder mehreren Niederhaltern ist auch auf der Unterseite notwendig.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dabei die vorgesehenen Niederhalter so angeordnet, dass zwischen den Niederhaltern Lücken vorhanden sind, in denen der elektrische Leiter aufbeulen kann, wenn er sich aufgrund der bei seiner Erhitzung erfolgenden thermischen Ausdehnung längt. Die Niederhalter können bei dieser Ausgestaltung insbesondere paarweise zu Gruppen zusammengefasst sein. Des Weiteren können die Niederhalter so ausgebildet sein, dass das Aufbeulen begrenzt wird.
Hierzu sind die Niederhalter vorzugsweise mit seitlich überragenden Begren- zungselementen versehen, die einen Abstand zu der Kontaktstelle von Niederhalter und elektrischem Leiter haben. Durch den vorgesehenen Abstand kann die gewünschte Begrenzung des Aufbeulens erreicht werden.
Um das Aufbeulen des elektrischen Leiters an den hierfür vorgesehenen Auf- beullücken sicherzustellen, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein Vor- beulelement für den elektrischen Leiter auf. Hiermit kann der elektrische Leiter vorverformt werden durch Sicken o. ä., die an ihm angebracht werden.
Diese Vorverformungen können dabei beispielsweise am elektrischen Leiter mittels einer Walze angebracht werden, über die der elektrische Leiter läuft bei seiner Zuführung an die Position, an der er verlötet wird. Eine solche Walze hätte dann in passenden Abständen auf der Umfangsfläche, über die der elektrische Leiter läuft, ein Verformungselement.
Es ist aber, auch im Rahmen der Erfindung, wenn die für das Aufbeulen vorge- sehene Vorverformung durch einen Greifer o. ä. erfolgt, der den elektrischen Leiter im Bereich der zwischen den Niederhaltern vorgesehenen Aufbeullücken leicht vorverformt.
Damit über die Niederhalter nicht in ungewünschter Weise thermische Energie aus dem anzulötenden und erhitzten elektrischen Leiter abgeführt wird, sind die Niederhalter in dem Bereich, an dem sie den elektrischen Leiter kontaktieren, außerdem mit Wärmeübergangsbremsen versehen. Dies gilt auch für die Unterstützungselemente auf denen der Schaltungsträger bei einer einseitigen Lötung aufliegt.
Unter Wärmeübergangsbremsen sind Maßnahmen zu verstehen, die entweder die geometrische Form der Niederhalter betreffen, beispielsweise wenn die Niederhalter an ihren den elektrischen Leiter berührenden Teilen sehr spitz ausgeführt sind und somit nur eine sehr kleine Übergangsfläche aufweisen, oder aber auch indem sie (zumindest) in diesem Bereich aus einem schlecht Wärme leitenden Material, insbesondere einem hoch wärmefesten Kunststoff oder einem Keramikmaterial, bestehen.
Es ist dabei auch im Rahmen der Erfindung, wenn sowohl die genannten geometrischen als auch die genannten materialtechnischen Wärmeübergangsbremsen zum Einsatz kommen.
Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung wenn die oben angesprochenen Begrenzungselemente für das Aufbeulen des elektrischen Leiters in dem Bereich der Wärmeübergangsbremsen an den Niederhaltern angebracht sind.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Niederhalter an den Flächen und/oder Berührpunkten, an denen sie den elektrischen Leiter berühren, einen hohen Reibungskoeffizienten haben, um in diesem Bereich ein unerwünschtes Verrutschen des elektrischen Leiters zu verhindern.
Andererseits ist es auch im Rahmen der Erfindung, wenn berührungslose Niederhalter verwendet werden, die den elektrischen Leiter mittels auf ihn gerich- teter Luft- oder Gasströme andrücken. Um gerade auch bei einer solchen Ausführungsform eine thermische Ausdehnung des elektrischen Leiters kompensieren zu können, wird für die Kontaktelemente vorgeschlagen, sie gleitend zu lagern, so dass es durch eine solche thermische Ausdehnung nicht zu einer Stauchung des elektrischen Leiters zwischen den Kontaktelementen kommen kann, die zu einem unerwünschten Aufbeulen des Leiters führen könnte.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich we- nigstens einer der Kontaktelemente, mit denen der elektrische Heizstrom in den elektrischen Leiter eingeleitet wird, ein Trennelement für den elektrischen Leiter vorgesehen. Mit einem entsprechenden Messer bzw. einer entsprechenden
Schere kann ein elektrischer Leiter endlos zugeführt werden und bedarfsgerecht insbesondere auch nach dem Anlöten auf eine passende Länge geschnitten werden.
Bei einer gleitenden Lagerung der Kontaktelemente wird das Trennelement vorzugsweise zusammen mit dem Kontaktelement gleitend gelagert.
Da der elektrische Leiter mit seinem abgeschnittenen Ende zumindest auf einer Seite nicht seitlich über eine Solarzelle hinausragen darf, um im eingebauten Zustand der Solarzelle keine unerwünschten Kurzschlüsse zu verursachen, wird mindestens einseitig das Kontaktelement und das Trennelement für den elektrischen Leiter räumlich benachbart zur Flachseite des Schaltungsträgers angeordnet sein. Dadurch ist aber ein elektrischer Leiter, der mit dem Kontaktelement in Verbindung steht, von der Metallisierung des Schaltungsträgers beabstandet, an der er angelötet werden soll. Um diesen Abstand zu verringern, wird deswegen vorgeschlagen, benachbart zu wenigstens einem Kontaktelement, das benachbart zu einer Flachseite des Schaltungsträgers ange- ordnet ist, ein Umlenkelement für den elektrischen Leiter vorzusehen, mit dem der elektrische Leiter nahe an den Schaltungsträger herangebracht wird, an dem er anzulöten ist.
Um den elektrischen Heizstrom durch den elektrischen Leiter zu führen, weist die Vorrichtung eine Stromsteuerung auf, die die Spannung anpasst, um die über den elektrischen Leiter geführte Stromstärke konstant zu halten. Da sich der Widerstand des elektrischen Leiters mit seiner Temperatur ändert, ist eine entsprechende Steuerung notwendig. Der Stromsteuerung kann dabei ein Temperaturmesselement für den elektrischen Leiter zugeordnet sein, um die- sen auf die notwendige Löttemperatur zu regeln.
Eine Möglichkeit um das Temperaturmesselement anzuordnen, wird insbesondere darin gesehen, es in einem Niederhalter zu integrieren. Dies ist insbesondere bei einem die Temperatur über einen Kontakt messenden Element eine vorteilhafte konstruktive Lösung.
Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung, das Temperaturmesselement optisch auszuführen und somit die Temperatur des elektrischen Leiters beispielsweise über ein Pyrometer als Temperaturmesselement zu erfassen.
Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Temperaturmessung indirekt, indem ein Rechenelement vorgesehen ist, das aus der sich ändernden Spannung zur Erreichung eines vorgegebenen konstanten Stromes unter Berücksichtigung des sich mit der Temperatur ändernden Widerstandes die Tem- peratur des elektrischen Leiters ermittelt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt
Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters auf die Metallisierung eines Schaltungsträgers;
Figur 2 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß Figur 1 bei der auf der Unterseite ein weiterer elektrischer Leiter an einem Schaltungsträger aufgelötet wird;
Figur 3 die Ansicht eines Details einer Vorrichtung gemäß Figur 2;
Figur 4 eine Prinzipskizze einer alternativen Vorrichtung zum Auflöten von elektrischen Leitern auf einen Schaltungsträger.
Figur 5 eine Prinzipskizze einer weiteren alternativen Vorrichtung zum
Auflöten von elektrischen Leitern auf einen Schaltungsträger mit speziell ausgestalteten Niederhaltern.
In Figur 1 erkennt man ein Trägerelement 1 , auf dem feststehende Unterstützungselemente 2 montiert sind. Auf diesen Unterstützungselementen liegt eine Solarzelle 3, die an ihrer Oberseite eine Metallisierung trägt. Auf diese Metalli- sierung wird ein elektrischer Leiter 4 aufgelötet, der allgemein als „busbar" bezeichnet wird und bei dem es sich z. B. um ein verzinntes Kupferband oder ähnliches handeln kann.
Der dargestellte elektrische Leiter wird durch eine Vielzahl von Niederhaltern 5 auf die Metallisierung der Solarzelle 3 gedrückt. In dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel sind die Niederhalter jeweils paarweise angeordnet und zwischen den entsprechenden Paaren befinden sich Aufbeullücken 6, auf deren Funktion weiter unten noch einmal eingegangen wird.
Im Bereich der Aufbeullücken 6 ist der elektrische Leiter 4 durch ein (nicht dargestelltes) Vorbeulelement mit einer Sicke 7 vorverformt.
Die Niederhalter 5 sind über Druckfedern 9 federnd gelagert und kontaktieren den elektrischen Leiter durch Wärmeübergangsbremsen 8, die aus schlecht Wärme leitendem Kunststoff oder schlecht Wärme leitender Keramik gefertigt sind und gegebenenfalls auch eine geometrische Form haben, mit nur geringsten Wärmeübergangsflächen zwischen der Wärmeübergangsbremse 8 und dem von ihr berührten elektrischen Leiter 4. Derartige geometrische Wärmeübergangsbremsen sind beispielsweise als Schneiden oder Spitzen ausgebildet oder aber auch als ein kronenartiges Element mit mehreren z. B. auf einem Kreis angeordneten Spitzen.
Nachdem der elektrische Leiter 4 durch die Niederhalter 5 auf die Metallisierung der Solarzelle 3 gedrückt worden ist, wird er an seinen Enden mit zwei Kontaktelementen 10, 11 ergriffen. Über federbelastete Stempel 12 wird er ge- gen Unterlagen 13 gedrückt, wobei Stempel 12 und Unterlage 13 ein Kontaktelement bilden.
Durch den Stempel 12 im Kontaktelement 10 wird dann ein hoher Strom von 80 A bis 120 A durch den elektrischen Leiter 4 geleitet und von diesem über den Stempel 12 des Kontaktelementes 11 wieder abgenommen. Da der elektrische Leiter 4 einen Widerstand hat, wird er durch den hohen Strom auf eine hohe Temperatur erwärmt, die etwa bei 300 °C liegt. Durch Lot und durch Flussmittel, die zwischen dem elektrischen Leiter 4 und der Metallisierung der Solarzel- Ie 3 in einer für den Fachmann bekannten Weise eingebracht werden, tritt aufgrund dieser hohen Temperatur eine Verlötung des elektrischen Leiters 4 mit der Metallisierung der Solarzelle 3 ein. Die hierbei auftretenden Löttemperaturen liegen bei eutektischem Lot in der Größenordnung von über 183 0C und bei bleifreiem Lot etwa in einem Bereich von über 210 0C.
Durch die mit der Temperaturerhöhung einhergehende Ausdehnung des elektrischen Leiters 4 beult der Leiter 4 im Bereich der Sicken 7, die in den Aufbeullücken 6 zwischen den Paaren von Niederhaltern 5 angeordnet sind, auf. Im Bereich der Niederhalter 5 kann damit die gewünschte und vorteilhafte Anlö- tung zumindest abschnittweise vollständig erfolgen. Indem die Niederhalter an den Bereichen, an denen sie den elektrischen Leiter 4 berühren, einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen, wird dabei ein unerwünschtes Verrutschen des elektrischen Leiters wirksam unterbunden.
Die Temperatur, auf die der elektrische Leiter 4 durch den Heizstrom erhitzt wird, wird mittels eines Temperaturmesselementes 14 in Form eines Pyrometers erfasst. Dieses Temperaturmesselement ist einer Steuerung 21 zugeordnet, über die der Strom geregelt wird, der durch den elektrischen Leiter 4 geleitet wird.
Außer durch einen wie hier dargestellten Pyrometer kann die Temperatur auch über eine kontaktierende Messung erfolgen. In einem solchen (hier nicht dargestellten) Fall kann das Temperaturmesselement auch in einen Niederhalter 5 und dabei insbesondere auch in die Spitze einer Wärmeübergangsbremse 8 integriert werden. Es ist davon auszugehen, dass zumindest eine der Unterlagen 13 zumindest abschnittweise oberhalb der Seitenfläche der Solarzelle 3 angeordnet ist. Damit am Rand dieser Unterlage 13 der elektrische Leiter 4 über eine kurze Dis- tanz unmittelbar in die Nähe der auf der Solarzelle vorhandenen Metallisierung zu bringen ist, ist benachbart zur Unterlage 13 ein Umlenkelement 15 angeordnet, das den elektrischen Leiter 4 an der Stelle, an der er von der Unterlage 13 abläuft, auf die Oberfläche der Solarzelle 3 und auf die dort vorhandene Metallisierung drückt.
Am Ende des Anlötvorganges wird der elektrische Leiter 4 über Messer 16, die als Trennelemente fungieren, abgeschnitten. Der Schnitt kann dabei so platziert sein, dass das abgeschnittene, an der Solarzelle verbleibende Ende des elektrischen Leiters 4 die Kante der Solarzelle 3 nicht seitlich und außen über- ragt.
Am anderen Ende kann der elektrische Leiter 4 so abgetrennt werden, dass er eine Fahne bildet, die über die Kante der Solarzellen 3 hinausragt und später auf der Unterseite einer dann benachbarten Solarzelle angelötet werden kann, um die beiden dabei nebeneinander liegenden Solarzellen in Reihe miteinander zu schalten.
Um eine solche Fahne abzuschneiden, muss bei einer wie hier dargestellten Vorrichtung das Kontaktelement 1 1 mit dem ihm zugeordneten Messer 16 vor dem Abtrennen des elektrischen Leiters 4 noch ein Stück verfahren und von der hier rechts liegenden Kante der Solarzelle beabstandet werden. Die derart gebildete Fahne kann dann später auf die Unterseite einer benachbart anzuordnenden Solarzelle gelötet werden, wodurch eine Reihenschaltung von Solarzellen erfolgt.
In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Als wesentlicher Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist hier zu sehen, dass parallel zum ersten elektrischen Leiter 4 auf der Unterseite der Solarzelle 3 ein weiterer elektrischer Leiter 17 ist. Dieser liegt auf den Unterstützungen 2 auf und wird durch die Wärme, die im elektrischen Leiter 4 mittels des Durchleitens von einem Heizstrom erzeugt wird, auf der Unterseite der Solarzelle 3 angelötet.
Die Unterstützungen 2 fungieren dabei quasi als Niederhalter für den weiteren elektrischen Leiter 17. Sie können demgemäß auch wie diese ausgestaltet und angeordnet bzw. gruppiert werden.
Der weitere elektrische Leiter 17 verhält sich ausdehnungsmäßig wie der elektrische Leiter 4, so dass in dem hier dargestellten Beispiel auch die feststehenden Unterstützungen 2 vorzugsweise in Gruppen zusammengefasst sind mit Aufbeullücken 18 dazwischen, in die an dem weiteren elektrischen Leiter 17 vorgesehene Sicken 19 zu liegen kommen, die in diesen eingeformt wurden wie die Sicken 7 im elektrischen Leiter 4.
Auch für den weiteren elektrischen Leiter 17 kann ein separates Temperaturmesselement 20 vorgesehen sein, das über die Ermittlung der Temperatur des weiteren elektrischen Leiters 17 dessen präzise Anlötung überwacht. Auch die- ses weitere Temperaturmesselement, z. B. in Form eines Pyrometers, ist an die Steuerung 21 angeschlossen.
Auch der elektrische Leiter 17 wird am Ende des Anlötvorgangs über Messer 22, die für ihn als Trennelemente fungieren, abgeschnitten. Benachbart zu die- sen Messern 22 finden sich gleichfalls Umlenkelemente 23, mit denen der weitere elektrische Leiter 17 beim Ablaufen von den Unterlagen 24 gegen die Solarzelle 3 gedrückt werden. Die Unterlagen 24 dienen dabei als Gegenelement zu den Messern 22.
In der Figur 3 ist dies detaillierter dargestellt. Man erkennt in der Figur 3 auch, dass die Messer 16 bzw. 22 durch Stempel 25 betätigt werden, die von der Steuerung 21 angesteuert werden. Die diesbezüglichen Steuerleitungen 26 sind lediglich angedeutet.
In der Figur 3 sind die Enden der Leiter 4 bzw. 17 in dem Bereich zwischen der Wärmeübergangsbremse 8 des Niederhalters 5 sowie der Unterstützung 2 und den Stellen, an denen diese Leiter durch die Messer 16 bzw. 22 abgetrennt werden, auch in einem gestrichelten Verlauf 27 dargestellt. Dies deutet die Ausweichmöglichkeiten dieser Leiter in dem genannten Bereich an, die auf- grund von Wärmedehnung notwendig ist.
In der Figur 4 ist diesbezüglich eine alternative Ausführungsform skizziert. Bei dieser werden die Messer 16 und 22 zusammen mit den ihnen zugeordneten Unterlagen 13 bzw. 24 gleitend (vgl. Doppelpfeile 28) gelagert.
Bei den Messern 16 und den ihnen zugeordneten Unterlagen 13 sind dabei auch die Stempel 12 in diese gleitende Lagerung mit eingeschlossen, so dass damit die Kontaktelemente 10 und 11 , die an den Enden des elektrischen Leiters 4 angeordnet sind, die aufgrund der thermischen Ausdehnung auftreten- den Bewegungen mitmachen können.
In der Figur 4 ist außerdem als alternative Ausführungsform zu den zuvor diskutierten Figuren dargestellt, dass die Niederhalter 5 mit den zu ihnen gehörenden Wärmeübergangsbremsen 8 gleichmäßig entlang des elektrischen Lei- ters 4 verteilt sind, ohne dass die Niederhalter gruppenweise zusammenge- fasst sind.
Des Weiteren sind bei dieser Ausführungsform einzelne Niederhalter 29 auch zusätzlich als Kontaktelement ausgebildet. So kann an diesen zusätzlichen Kontaktelementen dem elektrischen Leiter 4 ein zusätzlicher elektrischer Heizstrom zugeführt werden oder aber bereits Heizstrom abgeleitet werden. Dadurch werden in den unterschiedlichen Abschnitten des elektrischen Leiters 4 unterschiedliche elektrische Heizströme durchgeleitet und es sind so unterschiedliche Löttemperaturen zu erzeugen. Damit können spezielle Bereiche lokal mit speziellen Löttemperaturen beaufschlagt werden.
In der Figur 5 ist die Prinzipskizze einer weiteren alternativen Vorrichtung zum Auflöten dargestellt. Man erkennt auch hier wieder den elektrischen Leiter 4, der über Niederhalter 5, die mit den zu ihm gehörenden Wärmeübergangs- bremsen 8 gleichmäßig entlang des elektrischen Leiters 4 verteilt sind und die- sen auf die Solarzelle 3 drücken. Durch die Durchleitung eines hohen elektrischen Stromes über die federbelasteten Stempel 12 durch den elektrischen Leiter 4 wird der elektrische Leiter 4 aufgrund seines inhärenten Widerstandes erwärmt und damit an der Metallisierung der Solarzelle 3 angelötet. Auch bei dieser Darstellung erkennt man, dass durch die mit der Temperaturerhöhung einhergehende Ausdehnung des elektrischen Leiters 4 dieser im Bereich zwischen zwei Niederhaltern Ausbeulungen 30 entwickelt.
Um den Raum für die Ausbeulungen zu begrenzen sind die Niederhalter 5 an ihren Wärmeübergangsbremsen 8 in dem hier dargestellten Beispiel mit Begrenzungselementen 31 versehen. Diese sind mit ihren Unterseiten 32 im Wesentlichen parallel zur Oberseite der Solarzelle 3 ausgerichtet und grenzen mit ihren Stirnflächen 33 so aneinander, so dass zwischen ihnen enge Schlitze 34 entstehen. Damit wird unterhalb der Begrenzungselemente 31 zwischen diesen und der Solarzelle 3 quasi ein begrenzter Raum geschaffen, innerhalb dessen sich die Ausbeulung 30 entwickeln kann. Diese Ausbeulung wird aber dabei durch den Raum unterhalb der Begrenzungselemente 31 auch beschränkt. Eine derartige Ausgestaltung kann auch zu einer besonders effektiven Anlötung des Leiters 4 auf der Solarzelle 3 führen.
Lediglich der guten Ordnung halber sei noch erwähnt, dass ein Ablängen des Leiters 4 in einem separaten Arbeitsgang nach dem Löten erfolgen kann und dass in der Figur 5 auch verschiedene Einzelteile, die in den anderen Figuren dargstellt sind, der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden.
Es sei abschließend noch erwähnt, dass die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Ober- bzw. Unterseiten auch ausgetauscht werden können, und dass auch derartige Ausführungsbeispiele mit vertauschten Anordnungen durch die vorliegende Erfindung mit erfasst sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Auflöten eines elektrischen Leiters (4) auf eine Metallisierung eines Schaltungsträgers (3), dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Kontaktelemente (10, 11 ) aufweist, die beidseits der Auflötstelle des elektrischen Leiters (4) angeordnet sind und über die ein elektrischer Heizstrom durch den elektrischen Leiter (4) zu führen ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wärme, die mittels des Durchleitens des elektrischen Heizstromes im elektrischen Leiter (4) erzeugt wird, parallel zum elektrischen Leiter (4) ein weiterer elektrischer Leiter (17) anzulöten ist erzeugt Wärme.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktelementen (10, 11 ) Niederhalter (5, 2) angeordnet sind, mit denen der elektrische Leiter (4, 17) während des Lötens auf die Metallisierung des Schaltungsträgers (3) zu drücken ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalter (5, 2) gruppenweise angeordnet sind mit dazwischen befindlichen Aufbeullücken (6, 18) für den elektrischen Leiter (4, 17).
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorbeulelement vorgesehen ist, um den elektrischen Leiter (4, 17) im Bereich der Aufbeullücken (6, 18) für ein eventuelles Aufbeulen vorzuverfor- men.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalter (5) mit Wärmeübergangsbremsen (8) versehen sind.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalter (5) mit Begrenzungselementen (31 ) versehen sind, um die Bildung von Ausbeulungen (30) des Leiters (4) zu begrenzen.
8. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich wenigsten einer der Kontaktelemente (10, 11 ) ein Trennele- ment (16, 22) für den elektrischen Leiter (4, 17) vorhanden ist.
9. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie benachbart zu wenigstens einem Kontaktelement (10, 1 1 ), das be- nachbart zu einer Flachseite des Schaltungsträgers (3) angeordnet ist, ein Umlenkelement (15, 23) für den elektrischen Leiter (4, 17) aufweist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stromsteuerung (21 ) umfasst.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein der Stromsteuerung (21) zugeordnetes Temperaturmesselement (14, 20) für den elektrischen Leiter (4, 17) aufweist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (14, 20) in einem Niederhalter (5) integriert ist.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement ein Rechenelement aufweist, das aus der Spannung zur Erreichung eines vorgegebenen Stromes den sich mit der Tem- peratur ändernden Widerstand und damit die Temperatur des stromdurchflos- senen elektrischen Leiters (4) ermittelt.
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