JP4897977B2 - 太陽電池印刷用乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池印刷用乾燥装置に関する。具体的には、結晶系シリコン・ウェーハ上に厚膜印刷方式により導電性銀ペースト、アルミペーストを用いて形成された太陽電池の電極構成要素を、短時間・省エネルギーで乾燥することができるとともに、占有面積も狭小で足り、かつ、クリーニング作業が不要な太陽電池印刷用乾燥装置を提供せんとするものである。

従来より、太陽電池の構成要素である電極などを、銀ペーストやアルミペースト等を用いてスクリーン印刷方式により結晶系シリコン・ウェーハ上に形成することが行われている。その場合、例えば、ウェーハの表面に銀ペーストにより電極を印刷して電極を形成し、裏面にも同様に銀ペーストにより電極を印刷するとともに、アルミペーストにより電極膜を印刷して形成する。この過程において、通常は、ウェーハの表面に印刷されウェット状態にある銀電極を乾燥させ、その安定を図ってから、ウェーハの裏面に銀電極およびアルミ電極膜を印刷し、これらについてもその安定を図るため、印刷されるごとにウェット状態にあるペーストを乾燥する。そのため、太陽電池印刷装置では、スクリーン印刷機の次段に、ウェーハ上に塗布されたペーストを乾燥する乾燥手段が配置されている。

従来より用いられている塗布されたペーストの乾燥手段としては、例えば、温風と赤外線を使用する温風赤外線乾燥炉方式がある。この温風赤外線乾燥炉方式では、スクリーン印刷機で印刷がなされたウェーハを、走行帯に金網を用いたメッシュ・コンベヤ・ベルト上に載置したうえで、内部に温風および赤外線が供給される乾燥炉内を所定距離走行させることにより、ウェット状態のペーストを乾燥させている。乾燥に要する時間は、３〜１５分である。

また、温風赤外線乾燥炉方式の他に、ペーストを乾燥する手段として、電熱ヒータを用いた電熱方式がある。この電熱方式では、電熱ヒータにより加熱される方形状の金属板を加熱面としたものを用い、この加熱面の上に、ウェーハを印刷された面を上面として載置して、印刷されてウェット状態にあるペーストを乾燥するようにしている。

しかしながら、温風および赤外線が供給される乾燥炉内を所定距離走行させることにより、ウェット状態にあるペーストを乾燥する温風赤外線乾燥炉方式には、つぎのような解決すべき課題がある。

まず、乾燥炉が占有する面積が大きいという課題である。例えば、太陽電池印刷装置でウェーハの表面に第１のスクリーン印刷機により電極を印刷し、その後、この電極を印刷した面を覆う薄膜を第２のスクリーン印刷機により印刷し、さらにウェーハの裏面に第３のスクリーン印刷機により電極を印刷する場合は、各スクリーン印刷機の次段にそれぞれ乾燥炉を設置する必要がある。その結果、乾燥炉の長さが例えば３．５ｍである場合は、太陽電池印刷装置全体の長さは２０ｍ以上となり、その占有面積は、極めて大きいものとなる。

また、温風赤外線乾燥炉方式では、乾燥炉内に温風を供給して、ウェット状態にあるペーストを乾燥すると、ペーストから有機溶剤を含んだバインダーが煙状態となって発生する。このバインダーは乾燥炉内を汚すため、これをダクトを介して外部に排出する必要がある。しかし、その際、熱も外部に逃げるため、エネルギーのロスが大きい。

のみならず、メッシュ・コンベヤ・ベルトによりウェーハを乾燥炉内で走行させる場合、厚さが極めて薄く（薄いもので０．１２mm）前工程で受けたダメージやストレスにより割れやすくなっているウェーハも含まれている。そのようなウェーハが割れると、その破砕片がメッシュの網目に詰まるため、そのクリーニングが必要となり、作業性を悪くしてしまう。以上のような解決すべき課題が、温風赤外線乾燥炉方式にはあった。

他方、電熱ヒータを用いてウェット状態にあるペーストを乾燥する電熱方式によると、加熱面を金属板により形成しているため、移載装置によりウェーハを加熱面に載置する際に、ウェーハが加熱面上で滑りやすい。ウェーハが滑ると、ウェーハが加熱面からはみ出したり、さらには、加熱面から落下してしまうこともある。

また、加熱面に穿設されたビス用の孔部などに、割れたウェーハの破砕片の端部が入り込んで、破砕片が突立することもある。そのような場合は、加熱面にウェーハを載置しようとしても、突立する破砕片が障害となって、ウェーハを適正な位置に載置することができないことになる。以上のような未解決の課題が、電熱ヒータを用いた電熱方式にはあった。

そこで、上記課題を解決するために、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、つぎのような手段を用いるようにした。すなわち、ペーストが塗布されたウェーハを加熱するための、電熱ヒータにより加熱される加熱面がウェーハを吸着するための複数の吸気孔を有する少なくとも１つの加熱部を配設する。加熱部より所定距離をおいた下方に、ペーストが塗布されたウェーハを水平方向において搬送し、かつ、加熱部の直下においてペーストが塗布されたウェーハを垂直方向において所定距離移動させる機構を配する。以上のような手段を、本発明では用いるようにした。

本発明によるならば、乾燥装置の全長を短くすることができるので、装置の占有面積を狭小なものとすることができる。また、熱伝導率が高いウェーハを加熱部により直接加熱するとともに、温風赤外線乾燥炉方式におけるように、外部に排出されるバインダーとともに熱が逃げるということもないことから、エネルギー効率が良く、乾燥時間が短縮化されるとともに、省エネルギーの要請にも応えることができる。

さらに、加熱部の加熱面にウェーハを吸着保持させるので、加熱面上にウェーハを単に載置する場合のように、移載しようとするウェーハが加熱面上で滑ることもない。したがって、ウェーハが加熱面からはみ出したり、加熱面から落下することがない。

また、ウェーハが割れて破砕片が生じたとしても、破砕片は下方に落下する。その結果、装置のクリーニング作業が不要となり、メンテナンス上の負担が軽減されるとともに、ウェーハの破砕片の端部がビス用の孔部などに入り込んで破砕片が突立し、それがウェーハを加熱部の加熱面に当接させる際の障害になることがなく、良好な作業性を確保することができる。したがって、本発明によりもたらされる効果は、実用上極めて大きい。

本発明の一実施例の構成を示す側面図である。 図１に示した加熱部の加熱面に設けられた吸気孔を示す構成図である。 図１に示したウェーハ支持部の構成を示す斜視図である。 図３に示した掛止爪の構成を示す側面図である。 図１に示したウェーハ支持部の掛止爪の他の構成を示す側面図である。 図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６および図７とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６、図７および図８とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６、図７、図８および図９とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６、図７、図８、図９および図１０とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６、図７、図８、図９、図１０および図１１とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。 図６、図７、図８、図９、図１０、図１１および図１２とともに図１に示した実施例の動作を説明するための説明図である。

本発明による太陽電池印刷用乾燥装置は、ペーストが塗布されたウェーハを加熱する、電熱ヒータにより加熱される加熱面にウェーハを吸着するための複数の吸気孔を設けた４つの加熱部を、水平方向に等間隔に配設する。ペーストが塗布されたウェーハを掛止する掛止爪を有する５つのウェーハ支持部を、加熱部の下方に所定の間隔をおいて水平方向に等間隔に配設する。この５つのウェーハ支持部を、水平方向および垂直方向において所定距離移動させて、ペーストが塗布されたウェーハを４つの加熱部により順次加熱する。以下、実施例により詳しく説明する。

本発明の一実施例の構成を、図１に示し説明する。ここで、図１は、本実施例における太陽電池印刷用乾燥装置の構成を示す側面図である。

図１において、本実施例における太陽電池印刷用乾燥装置では、電熱ヒータにより加熱される方形状の金属板を加熱面とする４つの加熱部１１ａ〜ｄが用いられている。電熱ヒータとしては、ヒータ容量が例えば２００Ｗのものを用い、５０〜２５０℃の範囲で加熱温度を設定する。

各加熱部１１ａ〜ｄは、横設された方形状の固定板１０の下面に、加熱面を下側にして水平方向（図面上で左右方向）に等間隔に取り付けられている（固定板１０を支持するための支持部材の図示は、省略している。）。また、図２（底面図）に示すように、各加熱部１１ａ〜ｄの加熱面１２には、ウェーハを吸着保持するための複数の吸気孔１３−１〜−５が設けられている。

図１において、加熱部１１ａ〜ｄの下方には、図示されてはいないスクリーン印刷機により印刷がなされたウェーハを支持するための５つのウェーハ支持部２０ａ〜ｅが、各加熱部１１ａ〜ｄと所定の間隔をおいて水平方向に等間隔に配設されている。このウェーハ支持部２０ａ〜ｅの構成の詳細は、図３に示されている。

図３（斜視図）において、ウェーハ支持部２０ａ〜ｅには、ウェーハの端部を掛止するための４つの掛止爪２１−１〜−４が用いられており、各掛止爪２１−１〜−４は、細い四角柱状の支柱２３−１〜−４によりそれぞれ支持されている。

ここにおける掛止爪２１−１〜−４は、図４（側面図）に示すように、その先端部に、アール状に凹んだ掛止面２２−１を有する突起が設けられており、この掛止面２２−１に、破線で示すウェーハ１００が、印刷された面を下面として、その下面の端縁が線接触で掛止する。ウェーハ１００における印刷された面の端部には、幅５mm程度の非印刷部分があり、ウェーハ１００の端縁が、掛止爪２１−１先端部の掛止面２２−１に接触しても、塗布されたペーストに影響を及ぼすことはない。なお、スクリーン印刷機により印刷されたウェーハ１００は、乾燥装置に供給される前に、印刷された面が下面となるように、反転機により上下面が反転される。

図３において、各掛止爪２１−１〜−４を支持する支柱２３−１〜−４は、平面形状がエ字状に形成された連結部材２４に、それぞれの下端が固着されている。ウェーハ１００を掛止するための手段としては、図５（側面図）に示すように、掛止爪２１Ｂ−１を所定の角度で下方に傾斜させて、その傾斜面をウェーハ１００を掛止する掛止面としてもよい。

図１において、以上のような構成の各ウェーハ支持部２０ａ〜ｅは、板状の支持部材を介して方形状の可動板３０上に、等間隔に固定されている。各ウェーハ支持部２０ａ〜ｅが固定された可動板３０は、その下面に、３つのスライダ３１ａ〜ｃが等間隔に取り付けられており、各スライダ３１ａ〜ｃは、垂直方向（図面上で上下方向）において移動可能な方形状の昇降板３３上に固定されたガイド・レール３２と嵌合している。

可動板３０は、図示されてはいないモータの駆動により、水平方向において所定距離移動する。また、昇降板３３は、回転軸４０の両端部に取り付けられた各偏心カム４１ａ，４１ｂが回転することにより、案内ロッド４２ａ，４２ｂに案内されて垂直方向において所定距離移動する。

つぎに、以上のように構成された乾燥装置を作動させた場合の動作について、図６ないし図１３により説明する。

図６は、スクリーン印刷機により印刷がなされ、反転機により印刷された面が下面となったウェーハ１００が、各偏心カム４１ａ，４１ｂが回転して昇降板３３が上昇することにより、最上点に位置している最も上流側（図面上で左側）のウェーハ支持部２０ａに、移載装置によって移されて、これにより支持されている状態を示している。移載装置によりウェーハ１００がウェーハ支持部２０ａに移されるまでは、可動板３０は、移動することなく停止している。

ウェーハ１００が、ウェーハ支持部２０ａにより支持されたならば、図７に示すように、昇降板３３が下降することによりウェーハ支持部２０ａが最下点に下降する。ウェーハ支持部２０ａが下降したならば、図８に示すように、可動板３０が、図面上で右方向に所定距離移動して停止する。これにより、ウェーハ支持部２０ａにより支持されたウェーハ１００は、最も上流側の加熱部１１ａの加熱面１２（図２）の直下の位置に達する。

そこで、図９に示すように、各偏心カム４１ａ，４１ｂを回転して昇降板３３が上昇することにより、ウェーハ支持部２０ａは所定距離上昇する。これに伴い、ウェーハ支持部２０ａにより支持されたウェーハ１００における印刷されていない面が、加熱部１１ａの加熱面１２に当接する。同時に、図示されてはいない吸気機構の駆動により、加熱部１１ａの加熱面１２に設けられた複数の吸気孔１３−１〜−５（図２）を介する吸気により、ウェーハ１００は、加熱部１１ａの加熱面１２に吸着保持される。

ウェーハ１００が、加熱部１１ａの加熱面に吸着保持されたならば、図１０に示すように、昇降板３３が下降することにより、ウェーハ支持部２０ａは、加熱部１１ａの加熱面１２に吸着保持されたウェーハ１００より離れる。

ウェーハ１００よりウェーハ支持部２０ａが離れると、図１１に示すように、可動板３０を図面上で左方向に所定距離移動させて、最も上流側のウェーハ支持部２０ａをスタート位置まで戻す。そこで、図１２に示すように、ウェーハ支持部２０ａを上昇させて、スクリーン印刷機により印刷がなされたつぎのウェーハ１００を、移載装置によりウェーハ支持部２０ａに移して、これにより支持する。

同時に、加熱部１１ａの加熱面１２に設けられている吸気孔１３−１〜−５を介する吸気を解除して、加熱されたウェーハ１００を上流側から２番目のウェーハ支持部２０ｂにより支持する。

そこで、図１３に示すように、ウェーハ１００を支持したウェーハ支持部２０ａ，２０ｂを下降させる。その後は、上述したところと同様の動作が繰り返されることになる。その結果、ペーストが塗布されたウェーハ１００は、順次４つの加熱部１１ａ〜ｄにより加熱され、最も下流側のウェーハ支持部２０ｅが図１０に示す位置にあるときに、ウェーハ１００は本装置より排出されることになる。

以上のような動作により、ウェーハ１００が最も上流側のウェーハ支持部２０ａに支持されてから本装置より排出されるまでに要する時間は、各加熱部１１ａ〜ｄの加熱温度をそれぞれ１５０℃とし、加熱時間をそれぞれ３秒とした場合、２８秒であり、極めて短時間でウェット状態にあるペーストを乾燥することができる（同等の処理を従来の温風赤外線乾燥炉により得ようとすれば、要処理時間は３〜５分である。）。しかも、加熱部１１ａ〜ｄによりウェーハ１００を直接加熱するので、エネルギー効率が良く、省エネルギーを実現することが可能となる。

また、本装置の占有面積は、１．８ｍ×０．４２ｍであり、その占有面積を狭小なものとすることができ、省スペースの要請に応えることができる（同等の処理を従来の温風赤外線乾燥炉により得ようとすれば、そのサイズは３．５ｍ×０．６５ｍとなる。）。さらに、加熱部１１ａ〜ｄの加熱面にウェーハ１００を吸着保持させることから、加熱面上にウェーハ１００を載置する場合のように、ウェーハ１００が加熱面上で滑ることもない。

そのうえ、ウェーハ１００が割れて破砕片が生じたとしても、破砕片は下方に落下するので、装置のメンテナンス上の負担を軽減することができる。それとともに、ウェーハ１００の破砕片の端部が孔部に入り込み、これにより突立する破砕片が、ウェーハ１００を加熱部１１ａ〜ｄの加熱面に当接させる際の障害になるということもない。

以上においては、４つの加熱部１１ａ〜ｄと、５つのウェーハ支持部２０ａ〜ｅとを用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。少なくとも１つの加熱部と、少なくとも１つのウェーハ支持部とを用いる場合について、本発明は適用され得るものである。１つのウェーハ支持部を用いる場合は、そのスタート位置でウェーハ１００を支持した後、ウェーハ支持部を加熱部直下まで移動させ、そこで、ウェーハ支持部を上昇させて加熱部によりウェーハ１００を加熱し、設定された加熱時間が経過したならば、ウェーハ支持部を下降させた後、これを装置よりウェーハ１００を排出し得る位置まで移動させ、ウェーハ１００が排出されたならば、ウェーハ支持部をスタート位置まで戻すようにする。

また、ウェーハ１００を水平方向および垂直方向において移動させるための手段は、図１に示した機構に限られない。孔部が設けられたベルトあるいはメッシュのベルトであってウェーハ１００の端部を支持するための支持具を備えたコンベヤを用いて、ウェーハ１００を水平方向において移動させるとともに、加熱部の直下の位置で、ベルトの孔部あるいはメッシュの網目を挿通する４本の昇降ロッドにより、ウェーハ１００を垂直方向において移動させるようにしてもよい。

１０ 固定板
１１ａ〜１１ｄ 加熱部
１２ 加熱面
１３−１〜１３−５ 吸気孔
２０ａ〜２０ｅ ウェーハ支持部
２１−１〜２１−４，２１Ｂ−１ 掛止爪
２２−１ 掛止面
２３−１〜２３−４ 支柱
２４ 連結部材
３０ 可動板
３１ａ〜３１ｃ スライダ
３２ ガイド・レール
３３ 昇降板
４０ 回転軸
４１ａ，４１ｂ 偏心カム
４２ａ，４２ｂ 案内ロッド
１００ ウェーハ

Claims (1)

1. ペーストが塗布されたウェーハ（１００）を加熱するための、電熱ヒータを備え前記電熱ヒータにより加熱される加熱面（１２）に前記ペーストが塗布されたウェーハを吸着するための複数の吸気孔（１３−１〜１３−５）が設けられた少なくとも１つの加熱手段（１１ａ〜ｄ）と、
   前記ペーストが塗布されたウェーハの端部を支持して水平方向において移動させるための、前記少なくとも１つの加熱手段の下方に所定の間隔をおいて配設された移動手段（２０ａ〜２０ｅ，３０，３１ａ〜３１ｃ，３２）と、
   前記少なくとも１つの加熱手段の直下において前記ペーストが塗布されたウェーハを支持して垂直方向において所定距離移動させるための昇降手段（３３，４０，４１ａ，４１ｂ）とを
   具備した太陽電池印刷用乾燥装置。

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