(57)【要約】【課題】アルミ導電性部材の酸化被膜を確実に除去すると共に、再酸化を防ぎつつ、はんだとの低抵抗接合を実現する。【解決手段】アルミ導体性部材上にフラックスの液膜を形成し、液膜の上から物理的に酸化被膜を除去し、はんだを塗布する。そのままリフロー処理を行うことで、アルミ導電性部材とはんだバンプ間の再酸化を防ぎつつ、低抵抗の接合を実現する。【選択図】図１
2013193118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ導電性部材上にフラックスの液膜を形成する工程と、
前記アルミ導体性部材のはんだ搭載予定箇所を、前記フラックスの液膜の上から物理的に研磨し、前記はんだ搭載予定箇所の酸化被膜を除去する工程と、
前記はんだ搭載予定箇所に、はんだを搭載する工程と、
前記はんだが搭載された前記アルミ導体性部材をリフロー処理することにより、前記フラックスの液膜を揮発させずにはんだバンプを形成する工程と、
前記アルミ導電性部材及び他の導電性部材を前記はんだバンプを介して接合する工程とを備えたことを特徴とするアルミ導電性部材の接合方法。
【請求項２】
基材と、該基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、該アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止材と、前記封止材の前記アルミ配線とは反対側の面に配設された透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記アルミ配線上にフラックスの液膜を形成する工程と、
前記アルミ配線のはんだ搭載予定箇所を、前記フラックスの液膜の上から物理的に研磨し、前記はんだ搭載予定箇所の酸化被膜を除去する工程と、
前記はんだ搭載予定箇所に、はんだを搭載する工程と、
前記はんだが搭載された前記アルミ配線をリフロー処理することにより、前記フラックスの液膜を揮発させずにはんだバンプを形成する工程と、
前記アルミ配線及び前記電極を前記はんだバンプを介して接合する工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ配線等のアルミニウムの導電性部材を電気的に接合するためのはんだを用いたアルミ導電性部材の接合方法、および太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールとして、例えば特許文献１、２に記載されているように、電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池セルが提案されている。
このような太陽電池モジュールでは、絶縁性の基材の表面に接着剤層を介して配線パターンを被着して積層体を構成し、当該積層体を太陽電池用バックシートに積層させてなる部品を太陽電池モジュール用基材として市場に流通させることがある。
【０００３】
例えば図２に示す太陽電池モジュール用基材としての積層体２００では、基材２０１の上に接着剤層２０２を介して配線パターン２０３を接着したシート部材を、バックシート２１０の表面に積層させている。
この積層体２００では、配線パターン２０３と太陽電池セルの裏面に設けた電極とが導電性接続材料（はんだ）によって接合されて通電することになる。
【０００４】
ところで、上述した各特許文献１及び２に記載された積層体において、積層体に積層する金属箔の配線パターンとして主に銅製の配線パターンが用いられていたが、銅は高価であるため比較的低廉なアルミ配線を用いることが提案されている。
アルミ配線の上に太陽電池セルの電極をはんだ付けする場合、アルミはんだ等を用いることが好ましい。アルミ配線は表面にアルミナからなる酸化被膜が形成されているために、そのままではアルミはんだが導通状態で接着されない。そのため、アルミはんだにフラックス成分を混入させ、接合時にアルミ配線の酸化被膜をフラックス成分で溶解させて除去することが行われていた。
【０００５】
このようなアルミはんだとして、例えば以下のようなものがあった。アルミはんだは、合成樹脂中に粉体状のアルミを混合させると共に、フラックスとしてフッ酸、塩酸、硫酸、硝酸クロム酸などの強酸や強アルカリの水溶液を混合させていた。このフラックスによってアルミ配線の表面の酸化被膜を溶解させて除去していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１８６９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アルミはんだに混入されるフラックスは強酸や強アルカリの成分のために劇毒物を含んでいて毒性が強く、またアルミ配線の表面にフラックスの強酸や強アルカリ中和用の酸が残存すると母材を侵食するおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、アルミ導電性部材の表面の酸化被膜を確実に除去した後、再酸化を防ぎつつ、金属種によらないはんだを使用し、アルミ導電性部材とはんだバンプ間を低抵抗で接合する方法の提案を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、アルミ導電性部材上にフラックスの液膜を形成する工程と、前記アルミ導体性部材のはんだ搭載予定箇所を、前記フラックスの液膜の上から物理的に研磨し、前記はんだ搭載予定箇所の酸化被膜を除去する工程と、前記はんだ搭載予定箇所に、はんだを搭載する工程と、前記はんだが搭載された前記アルミ導体性部材をリフロー処理することにより、前記フラックスの液膜を揮発させずにはんだバンプを形成する工程と、前記アルミ導電性部材及び他の導電性部材を前記はんだバンプを介して接合する工程とを備えたことを特徴とするアルミ導電性部材の接合方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、基材と、該基材の一方の面に接着剤層を介して配設されたアルミ配線と、該アルミ配線に接続された電極を有する太陽電池セルと、該太陽電池セルを封止する封止材と、前記封止材の前記アルミ配線とは反対側の面に配設された透光性前面板とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、前記アルミ配線上にフラックスの液膜を形成する工程と、前記アルミ配線のはんだ搭載予定箇所を、前記フラックスの液膜の上から物理的に研磨し、前記はんだ搭載予定箇所の酸化被膜を除去する工程と、前記はんだ搭載予定箇所に、はんだを搭載する工程と、前記はんだが搭載された前記アルミ導体性部材をリフロー処理することにより、前記フラックスの液膜を揮発させずにはんだバンプを形成する工程と、前記アルミ配線及び前記電極を前記はんだバンプを介して接合する工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアルミ導電性部材の接合方法によれば、アルミ導電性部材の酸化被膜を確実に除去すると共に、フラックス液膜でアルミ導電性部材を覆うことでアルミ導電性部材の再酸化を防ぎつつ、アルミ導電性部材及び他の導電性部材の低抵抗接合を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示す図であり、はんだによって太陽電池セルとアルミ配線を接合して構成される太陽電池モジュールを分解状態で模式的に示す縦断面図
【図２】従来の太陽電池用バックシートに設けた配線パターンを示す縦断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るアルミ導体性部材の接合方法について、図１を参照して詳細に説明する。
まず、本発明に係るアルミ導体性部材の接合方法を用いた太陽電池モジュールの製造方法について、図１により説明する。図１は、本発明の実施形態を示す図であり、はんだによって太陽電池セルとアルミ配線を接合して構成される太陽電池モジュールを分解状態で模式的に示す縦断面図である。
【００１４】
図１に示す太陽電池モジュール１は、金属箔パターン積層体２と、この金属箔パターン積層体２の裏面側に設けられたバックシート３と、金属箔パターン積層体２の表面側に配列された複数の太陽電池セル４と、複数の太陽電池セル４を金属箔パターン積層体２の上（表面側）で封止する封止材５と、封止材５の表面側に設けられた透光性前面板６とを備えている。
【００１５】
そして、バックシート３にはシールド材としてのバリア層が設けられている。バックシート３のバリア層は、湿度遮蔽性や酸素遮断性を有するアルミ箔膜またはアルミ箔膜と基材８の樹脂材料との複合積層フィルムを使用することができる。
バックシート３の表面に積層された金属箔パターン積層体２は、絶縁性の基材８と、接着剤層９と、所定の回路パターンが形成された金属箔パターンとしてのアルミ配線１０とが積層されてなるものである。
【００１６】
基材８はフィルム状またはシート状に形成され、その材料は、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、スチレン、またはこれらを共重合した樹脂を用いることが可能である。
接着剤層９は、例えば熱硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、またはこれらを共重合した段階硬化型接着剤を加熱して硬化させることで形成されている。
【００１７】
アルミ配線１０は間隙を開けて所定の配線パターンを形成して配列されており、アルミ配線１０の間隙には絶縁樹脂１２が配設されている。図１に示すように、アルミ配線１０は表面にアルミナからなる酸化被膜１０ａが形成されやすく、太陽電池セル４の裏面に配設された例えば銀等からなる電極１３との電気接続のためにはこの酸化被膜１０ａを除去することが望ましい。アルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３とを電気的に接続して導通させるためにはんだ１５が導電性接続材料として設けられている。
【００１８】
また、太陽電池セル４を封止して絶縁する封止材５として、例えばＥＶＡフィルムが用いられている。封止材５は、太陽電池セル４を挟み込むように２枚以上のＥＶＡフィルムを積層して形成してもよい。更に封止材５の表面に接着される透光性前面板６は例えばガラスパネル等が用いられている。
なお、上述した太陽電池モジュール１は最終製品の構成であるが、バックシート３からアルミ配線１０及び絶縁樹脂１２を含む金属箔パターン積層体２までの積層体を製品単位として出荷されることがあり、或いは更にはんだ１５を含む場合もある。
【００１９】
次に、太陽電池モジュール１で用いられる本発明の実施形態であるアルミ配線１０とはんだ１５の接合方法について、図１を参照しつつ説明する。
【００２０】
まず、アルミ配線１０上を覆い尽くすようにディスペンサなどを用いフラックスを一様に塗布し、フラックスの液膜を形成する。このフラックスの液膜は次の工程にて、アルミ配線１０の再酸化を防ぐ保護層として機能させるため、アルミ配線１０上に留まるような、一定程度の粘度を有することが望ましい。
【００２１】
次いで、アルミ配線１０上のはんだ１５を塗布するエリアを物理的に研磨し、アルミ配線１０上に形成されている酸化被膜を除去する。この際に、アルミ配線の再酸化を防ぐために、フラックスの液膜は残す必要がある。
【００２２】
次いで、アルミ配線１０の表面にはんだ１５を搭載する。なお、はんだ１５は、アルミ配線の形状などに合わせ、ペーストはんだ、ボールはんだ、シートはんだなどから選択可能である。例えば、はんだペーストの場合はスクリーン印刷や、オフセット印刷、インクジェット印刷等による各種のパターン印刷や、ディスペンサを用いてアルミ配線１０上に所定のパターンに塗布することが可能である。
【００２３】
次いで、はんだ１５を搭載したアルミ配線１０をリフロー処理などにより加熱することで、はんだバンプを形成する。なお、加熱条件ははんだに含まれる金属の種類、配合比率により、適宜規定する必要がある。
また、はんだバンプ形成後にアルミ配線１０を洗浄しフラックスを除去することが望ましい。これにより物理研磨時に発生した酸化被膜の削り屑なども併せて除去することが出来る。物理研磨に使用する研磨ヘッドは、配線の形状、はんだ搭載部の面積などに合わせ、形状や材質を適宜変更してよい。
【００２４】
本発明で使用するフラックスは、ロジンおよび溶剤と活性剤から構成され、ロジンと共に酸化除去機能を有する活性剤としては、数種類の有機酸、アミン類、ハロゲン類などが考えられるが、使用するはんだに含まれる金属種、金属種が複数の場合には配合比率などに応じて適宜構成成分、混合比などを変更するのが好ましい。
また、液膜形成に使用するフラックスは次の工程にて搭載するはんだのフラックスとして用いるため、必ずしもアルミ用のフラックスである必要はない。
さらに、アルミ配線１０の再酸化を防ぐ目的から、本発明で使用するフラックスの溶剤としては、はんだの溶融温度付近まで揮発することのない高沸点のアルコールなどを使用する必要がある。フラックスの溶剤として、このような高沸点の溶剤を用いることにより、上記リフロー処理の際にフラックスの液膜を揮発させずにはんだバンプを形成することができる。
【００２５】
次いで、太陽電池セル４の電極１３をアルミ配線１０上に形成したはんだバンプに、位置合わせして載置させる。そして、このはんだバンプを含む金属箔パターン積層体２を加熱することで、太陽電池セル４の電極１３をはんだバンプを介してアルミ配線１０に電気的に導通させて接合する。
その後、封止材５によって太陽電池セル４を封止して、更にその上に透光性前面板６を積載して一体化させることで、太陽電池モジュール１を製造できる。
【００２６】
本発明で使用するはんだは、太陽電池モジュール向けに使用する場合、太陽電池モジュールを構成する各種部材に合わせ、低融点のはんだを選択する必要がある。
【００２７】
なお、本発明による太陽電池モジュール１におけるアルミ配線１０の接合方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換が可能であり、これらも本発明に含まれる。
【００２８】
また、上述の実施形態では、はんだ１５を、印刷やディスペンサ等によって太陽電池モジュール１のアルミ配線１０上にパターニングして太陽電池セル４の電極１３を実装できるようにしたが、本発明による導電性部材の接合方法によれば、太陽電池モジュール１におけるアルミ配線１０と太陽電池セル４の電極１３との接合方法に限定されることなく、ＩＣタグのアンテナや、導電体や回路パターン等の各種の導電性部材の接合方法に用いることができる。例えば、アルミ配線１０に代えて、各種導電性部材（例えばアルミ導電性部材）を採用し、電極１３に代えて、他の各種導電性部材（例えば、アルミや銀等、適宜の導電性金属部材）を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、太陽電池モジュールにおけるアルミ配線と太陽電池セルの電極との接合の他、ＩＣタグのアンテナや、導電体や回路パターン等の各種の導電性部材の接合等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  太陽電池モジュール
２  金属箔パターン積層体
３  バックシート
４  太陽電池セル
５  封止材
６  透光性前面板
８  基材
９  接着剤
１０  アルミ配線
１０ａ  酸化被膜
１２  合成樹脂
１３  電極
１５  はんだ
２００  積層体
２０１  基材
２０２  接着剤層
２０３  配線パターン
２０３ａ  酸化被膜
【図１】
2013193118.tif 000003
【図２】
2013193118.tif 000004