专利名称：太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装方法，采用自动控制技术，实现对太阳电池片抗辐照玻璃盖片的自动封装操作，属于IC后封装其中，盖片胶的外溢将严重影响封装的成品率，甚至影响航天器的外观质量。因此，能否将错位、气泡的大小和数量等限制在一定的指标范围内(玻璃盖片与太阳电池片的边缘错位不大于0.3mm；玻璃盖片与太阳电池片之间Φ1mm的气泡不多于2个，Φ0.5mm的气泡不多于3个)，将直接关系到太阳电池的使用寿命。更重要的是，手工操作过程中的粘结剂对操作人员还具有一定的危险性和有害性。因此，能否实现太阳电池片与抗辐照玻璃盖片封装的自动化，是提高太阳电池片制造质量的关键。
对现有IC封装技术的检索发现，中国发明专利“可防止溢胶的基板式半导体装置封装方法”(申请号00134545)公开了一种半导体装置封装方法，但只解决了基板式半导体装置的溢胶问题，没有解决胶层中的气泡问题，因此不适用于太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装操作。为了解决上述问题，已有一种“太阳电池封装胶层厚度可控的连续滴胶方法”(申请号03115776.9)，采用数字控制技术将太阳电池片表面的胶层厚度严格控制一定的指标范围内(小于0.1mm)，为太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装操作创造了条件。理论上讲，可以将封装作业在真空容器里进行，从而避免气泡的出现，但存在机构设计复杂、成本高、操作困难等问题。
为实现这样的目的，本发明针对一定形状和尺寸的太阳电池，通过实验来选择玻璃盖片与太阳电池片之间封装的倾斜角度，应用计算机进行封装单元的运动轨迹编程，确定吸附抗辐照玻璃盖片的吸盘姿态，通过采用自由落体、倾斜下降的封装方式，使气泡的大小和数量满足指标的要求。而玻璃盖片和太阳电池片之间的相对位置则可通过机器人的精确控制定位和定位块来保证。
本发明的方法包括如下具体步骤(针对一块电池片和一块抗辐照玻璃盖片情况)1、测量确定太阳电池的外形尺寸，设定工作温度为15～25℃的室内温度。
2、确定玻璃盖片的送料位置和太阳电池片的目标位置；3、确定玻璃盖片的定位位置(定位机构)；4、根据气泡大小和数量的指标要求(玻璃盖片与太阳电池片之间Φ1mm的气泡不多于2个，Φ0.5mm的气泡不多于3个)，选择玻璃盖片的倾斜角度为2～3度，吸盘的吸附压力为0.5～1bar，封装单元的移动速度为10mm/s～20mm/s，用计算机对封装单元的运动轨迹进行编程形成封装的运动轨迹文件。
5、将封装运动轨迹文件通过串行通讯接口下载入三自由度直角坐标机器人的控制器内。
6、将太阳电池片手工放置到自动移动机构下的工作位置，将玻璃盖片手工放置在送料位置。
7、将机器人复位，使吸盘自动移动到玻璃盖片上方，然后启动机器人，控制真空发生器的电磁阀，通过吸盘将玻璃盖片提起，保持玻璃盖片与太阳电池的相对高度为3～8cm。
8、控制封装单元沿指定的轨迹以10mm/s至20mm/s的速度运动到太阳电池片的正上方，使玻璃盖片与水平面倾斜一定的角度。
9、控制封装单元向下运动到定位处，使玻璃盖片的一条边与电池片的定位端线接触。
10、关闭电磁阀，使玻璃盖片在重力的作用下与电池片以一很小的角度自由下落，直至玻璃盖片与太阳电池片完全重合为止。
11、取出放置电池片的托盘，在加热器内(50～70摄氏度)固化20到30分钟，或在室温内自然固化1至2个小时，直到固化完毕，完成自动封装过程。
理论分析与实验结果表明，由于利用了胶的扩散原理和非牛顿流体特性，通过玻璃盖片和太阳电池片之间形成的狭缝对胶层的均匀挤压，将玻璃盖片和胶层之间空气自然排出，实现了封装质量的控制。通过调整倾斜角度等参数，可将气泡大小和数量限制在一定的指标范围内(Φ1mm的气泡不多于2个，Φ0.5mm的气泡不多于3个)。
本发明的这种封装方法也能有效控制胶的外溢现象，从而避免了胶对电池的污染。同时，由于采用了自动操作方式，解决了玻璃盖片和太阳电池片之间的错位现象(重复定位精度为±0.02mm，远远小于错位小于0.3mm的指标要求)，同时也减少了人工操作过程中太阳电池的碎片现象(碎片率小于0.5％)，避免了有毒介质对人身健康的损害。
本发明采用交流伺服来实现封装机构位置的精密控制，使得电池碎片率、器件的污染、气泡数量和大小等指标要求均得到满足。更重要的是，本发明取代了现有对太阳电池抗辐照玻璃盖片的手工封装操作，精度、成品率、效率都大幅度提高。本发明不仅可应用于空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装前涂胶工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域。
图1为有均匀胶层的太阳电池片示意图。
图1中，太阳电池3的上方有均匀的胶层2，胶层2厚度小于0.1mm，太阳电池3的右边有定位块4。
图2为吸盘吸附玻璃盖片的示意图。
图2中，吸盘5吸附玻璃盖片1。
图3为封装过程1示意图。
图3中，吸盘5吸附玻璃盖片1运动到太阳电池片3的上方，倾斜角度为2～3度。
图4为封装过程2示意图。
图4中，吸盘5吸附玻璃盖片1向下运动，与太阳电池片3接触，并紧贴挡块4，位于太阳电池片3的正上方。
图5为封装过程3示意图。
图5中，吸盘5松开，使玻璃盖片1自由下落，同时挡块4防止玻璃盖片1向右滑动。
如图1所示，在太阳电池3上面有均匀的胶层2，太阳电池3的右边有定位块4。抗辐照玻璃盖片1的厚度为0.12mm，外形尺寸为40.20×20.10mm；太阳电池3的厚度为0.20mm。胶层2的厚度小于0.1mm。本发明利用胶体的非牛顿流体特性，通过玻璃盖片1和太阳电池片3之间形成的狭缝对胶层2的均匀挤压作用，将玻璃盖片1和胶层2之间空气自然排出，实现了封装质量的控制。具体方法如下室温下(15～25℃)测量太阳电池3的外形尺寸为40.25×20.20，根据所要求的胶层内气泡大小和数量要求，选择玻璃盖片1的倾斜角度(2～3度)、封装单元的移动速度(10mm/s～20mm/s)、吸盘的大气压力(0.5bar～1bar)等参数，用计算机对封装单元的运动轨迹进行编程。将运动轨迹文件以波特率9.6kbps串行下载到三自由度直角坐标机器人(行程X＝400，Y＝400，Z＝200毫米，重复定位精度0.02毫米)内部控制器的RAM内。
将太阳电池片3放置到自动移动机构下的工作位置，玻璃盖片1放置到送料位置，由封装机构夹持吸盘(20mm×10mm)进行封装作业。
控制封装机构移动到送料位置，降低封装机构高度使其与玻璃盖片1接触，开启真空开关，使吸盘5吸住玻璃盖片1(图2)。封装机构提起，启动三自由度直角坐标机器人的内部控制器，控制封装机构沿指定的轨迹以10mm/s至20mm/s的速度运动到太阳电池片3的正上方，旋转吸盘5，使玻璃盖片1倾斜2～3度(图3)。控制封装机构向下运动到定位处，使玻璃盖片1的一条边与电池片的定位块4接触(图4)。关闭电磁阀，使玻璃盖片1在重力的作用下与电池片3以一很小的角度自由下落，直至玻璃盖片1与太阳电池片3完全重合为止。
取出放置电池片的托盘，在加热器内(50～70摄氏度)固化20到30分钟，或在室温内自然固化1至2个小时，直到固化完毕为止。自动封装过程结束。
本发明中参数的具体选择，可以通过实验来确定。要注意玻璃盖片的倾斜角度要合适，才能使狭缝中的气泡自然排出。另外，控制吸盘的气动装置的压力也要选择恰当(0.5bar～1bar)，避免明显的气流出现。
权利要求
1.一种太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装方法，其特征在于包括如下具体步骤1)测量确定太阳电池的外形尺寸，设定工作温度为15～25℃的室内温度；2)确定玻璃盖片的送料位置和太阳电池片的目标位置；3)确定玻璃盖片的定位位置；4)根据气泡大小和数量的指标要求，选择玻璃盖片的倾斜角度为2～3度，吸盘的吸附压力为0.5～1bar，封装单元的移动速度为10mm/s～20mm/s，用计算机对封装单元的运动轨迹进行编程形成封装的运动轨迹文件；5)将封装运动轨迹文件通过串行通讯接口下载入三自由度直角坐标机器人的控制器内；6)将太阳电池片手工放置到自动移动机构下的工作位置，将玻璃盖片手工放置在送料位置；7)将机器人复位，使吸盘自动移动到玻璃盖片上方，然后启动机器人，控制真空发生器的电磁阀，通过吸盘将玻璃盖片提起，保持玻璃盖片与太阳电池的相对高度为3～8cm；8)控制封装单元沿指定的轨迹运动到太阳电池片的正上方，使玻璃盖片与水平面倾斜一定的角度；9)控制封装单元向下运动到定位处，使玻璃盖片的一条边与电池片的定位端线接触，关闭电磁阀，使玻璃盖片在重力的作用下与电池片以小角度自由下落，直至玻璃盖片与太阳电池片完全重合；10)取出放置电池片的托盘，在加热器内固化或在室温内自然固化，完成自动封装过程。
全文摘要
一种太阳电池片与抗辐照玻璃盖片的自动封装方法，针对一定形状和尺寸的太阳电池，通过实验来选择玻璃盖片与太阳电池片之间封装的倾斜角度，应用计算机进行封装单元的运动轨迹编程，确定吸附抗辐照玻璃盖片的吸盘姿态，然后将运动轨迹文件和控制命令下载到三自由度直角坐标机器人的控制器内，通过采用自由落体、倾斜下落的封装方式，使气泡的大小和数量满足指标的要求，玻璃盖片和太阳电池片之间的相对位置可通过机器人的精确定位控制和定位块来保证。本发明减少了封装过程中器件的碎片率和污染现象，也避免了有毒粘结剂对操作人员健康的损害，封装效率大幅度提高。
文档编号H01L31/18GK1440083SQ0311615
公开日2003年9月3日 申请日期2003年4月3日 优先权日2003年4月3日
发明者付庄, 曹其新, 赵言正, 陈鸣波, 张军, 唐则祁 申请人:上海交通大学