Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischenPatents im Europäischen Patentblatt kann jedermann nach Maßgabe der Ausführungsordnung beim EuropäischenPatentamt gegen dieses Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebührentrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).

Printed by Jouve, 75001 PARIS (FR)

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(12) EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45) Veröffentlichungstag und Bekanntmachung des Hinweises auf die Patenterteilung: 13.03.2019 Patentblatt 2019/11

(21) Anmeldenummer: 13762418.5

(22) Anmeldetag: 22.08.2013

(51) Int Cl.:B23K 10/02 (2006.01) H01L 31/05 (2014.01)

(86) Internationale Anmeldenummer: PCT/EP2013/067478

(87) Internationale Veröffentlichungsnummer: WO 2014/033047 (06.03.2014 Gazette 2014/10)

(54) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERBINDEN VON LEITERN MIT SUBSTRATEN

METHOD AND DEVICE FOR BONDING CONDUCTORS TO A SUBSTRATE

MÉTHODE ET DISPOSITIF DE LIAISON DE CONDUCTEURS À UN SUBSTRAT

(84) Benannte Vertragsstaaten: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30) Priorität: 28.08.2012 DE 102012107896

(43) Veröffentlichungstag der Anmeldung: 08.07.2015 Patentblatt 2015/28

(73) Patentinhaber: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH93059 Regensburg (DE)

(72) Erfinder: SHIRINOV, Elshad93049 Regensburg (DE)

(74) Vertreter: Reichert & Lindner Partnerschaft PatentanwälteBismarckplatz 893047 Regensburg (DE)

(56) Entgegenhaltungen: DE-A1-102010 013 850 US-A1- 2002 056 473

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbin-den von Leitern mit Substraten.[0002] Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtungzum Verbinden von Leitern mit Substraten. Eine Positi-oniereinheit positioniert einen Leiter in einem zu verbin-dendem Abschnitt auf oder nahe dem Substrat. In min-destens einer Plasmaquelle wird ein Plasma erzeugt.Mindestens eine Zuleitung dient zum Zuführen von ei-nem Verbindungsmaterial in das Plasma der Plasma-quelle.[0003] Des Weiteren können mehrere erfindungsge-mäße Vorrichtungen in einem System integriert werden,welches zur parallelen Bearbeitung eines oder mehrererSubstrate ausgelegt ist.[0004] Zum Verbinden von Metallwerkstücken kom-men in der industriellen Fertigung, wie z.B. der Automo-bil-, Schiff-, Flugzeugindustrie verschiedene thermischeFügeverfahren zum Einsatz. Bekannte Fügeverfahrenumfassen Metallschutzgas-Löten (MSG-Löten), Laser-Löten, Induktionslöten, Plasmalöten, Plasma-Pulver-Lö-ten oder Plasma-Pulver-Auftragslöten. Bei diesen Löt-verfahren wird zumeist ein Verbindungsmaterial in Pul-ver-, Fülldraht- oder Drahtform aufgeschmolzen. Dasaufgeschmolzene Verbindungsmaterial kann eine metal-lurgische Lötverbindung mit den Metallwerkstückendurch Diffusion, Schweißung der Grenzflächen eingehenund sie so verbinden. Beim Lötprozess müssen die Me-tallwerkstücke nicht oder nur teilweise aufgeschmolzenwerden.[0005] Beim Plasma-Pulver-Auftraglöten wird z.B. einMetallpulver aus hartstoffverstärkten Al-Basismaterialauf einem Al-Basisgrundwerkstoff angebracht, um dieVerschleißbeständigkeit der Substratoberfläche zu erhö-hen. Bekannt sind auch thermische Spritzverfahren, wiePlasmaspritzen unter Einsatz von Pulvern in Atmosphäreoder im Vakuum, Flammspritzen unter Einsatz von Dräh-ten oder Pulvern, Lichtbogenspritzen mit dem Draht oderFülldraht, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit demPulver.[0006] Die deutsche Patentschrift DE 100 19 095 B4offenbart ein Verfahren zum thermischen Fügen von Tei-len aus Metall durch Plasma-Pulver-Löten. Aus demPlasmabrenner wird ein Plasmastrahl auf die zu fügen-den Teile aus Metall gerichtet. Plasmabrenner und diezu fügenden Teile aus Metall sind relativ zueinander be-züglich einer Richtung verfahrbar. Über im Plasmabren-ner integrierte Pulverauslässe wird ferner ein in einemFördergas getragener Pulverstrom auf den Auftreffbe-reich des Plasmastrahls auf den zu fügenden Teilen ge-richtet, wo das Pulver vom Plasma geschmolzen wird.Insbesondere kann das Pulver ein Metallpulver mit Zu-sätzen von Flussmittel sein. Zusätzlich kann über imPlasmabrenner integrierte, die Pulverauslässe umlie-gende Auslässe ein Inertgas ausströmen, so dass derLötprozess in einen Schutzgasmantel geführt werdenkann.

[0007] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007042 082 A1 offenbart eine Lötvorrichtung zum Löten vonSolarzellen. Sie weist eine Laserlöteinrichtung auf, dieentlang einer Oberfläche einer zu lötenden Solarzelleverfahrbar ist. Die Vorrichtung beinhaltet eine Niederhal-tereinrichtung zum Niederhalten eines Lotbandes auf derSolarzelle. Das Lotband besteht vorzugsweise aus ei-nem lotbeschichteten Kupferstreifen. Die Niederhalter-einrichtung ist benachbart zum Laserlötelement und inLötrichtung vorne angeordnet. Sie wird zusammen mitdem Laserlötelement mit konstantem Abstand über derSolarzelle verfahren. Bevorzugt erfolgt das Niederhaltendes Lotbandes ebenfalls berührungslos über eine Luft-düse. Hierzu kann heiße Pressluft verwendet werden,die zusätzlich Solarzelle und Leiter vor dem Laser-Löt-prozess vorwärmen kann. Alternativ kann die Niederhal-tereinrichtung auch als höhenverstellbare Rolle ausge-bildet sein.[0008] Die europäische Patentanmeldung EP 1 748495 A1 offenbart Verfahren und eine Vorrichtung zumHerstellen eines Solarzellenstring aus mehreren anein-ander gereihten, mit Lötbändern elektrisch in Reihe ge-schalteten und mechanisch verbundenen Solarzellen,insbesondere Siliziumzellen. Die Lötbänder sind an denSolarzellen zugewandten Flächen mit Lötzinn überzo-gen. Jeweils ein Ende jedes Lotbandes ist abwechselndauf die Oberseite und auf die Unterseite zweier benach-barter Solarzellen gelegt. Die so vorbereitete Solarzel-lenanordnung wird über eine oder mehrere Vorheizzo-nen geführt und vermittels Induktionslöten zu einem So-larzellenstring verlötet. Ein Induktor kann gleichzeitig alsbewegbarer Niederhalter fungieren. Die Solarzellen wer-den von einem Förderband schrittweise und getaktet un-ter dem Induktor verfahren, wobei typische Taktzeitenbei 6 bis 7 Sekunden liegen.[0009] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008046 330 A1 offenbart Verfahren zur elektrischen Kontak-tierung von Kontaktdrähten an einer Seite einer Solar-zelle durch Laser- oder Induktionslöten. Vorzugsweiseist der Kontaktdraht ein verzinnter Kupferflachdraht. Zukontaktierende Solarzellen weisen mindestens einenmetallischen streifenförmigen Bereich (Busbar) auf. Aufdiesen wird ein Kontaktdraht aufgelötet, wobei die Löt-dauer bzw. die Dauer des Energieeintrags an den Löt-bereich 300 ms oder mehr beträgt. Ferner kann der Löt-bereich mit Luft gekühlt werden. Dies erlaubt eine Sen-kung der Temperatur im Lötbereich während des Lötpro-zesses bis auf 100°C bis 120°C.[0010] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009000 262 A1 offenbart thermisches Fügeverfahren zumHerstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischenwenigstens zwei Flächen eines oder mehrerer Werkstü-cke mittels wenigstens einer Fügenaht. Dabei werdenZusatzwerkstoff verwendet, die bereits vor dem Fügenauf wenigstens ein Werkstück aufgebracht werden. DieSchweißenergie wird über eine Schweißdüse oder -kopfmittels eines Laser-, Elektronen-, Plasmastrahls oder ei-nes Lichtbogens erbracht. Die Schweißdüse kann relativ

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zum Werkstück entlang einer Richtung verfahren wer-den, wobei das Werkstück und/oder die Schweißdüsebeweglich sein können.[0011] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 52043 A1 offenbart Verfahren zum Metallschutzgas-Löten(MSG-Löten) von metallischen Werkstoffen unter Ver-wendung von Lotwerkstoffen und eines elektrischenLichtbogens mit abschmelzender oder mit nichtab-schmelzender Elektrode. Der Lötprozess findet in einerSchutzgasatmosphäre statt. Das Schutzgas enthält eineoder mehrere inerte Gaskomponenten. Neben Inertga-sen kann das Schutzgas Aktivgaskomponenten wie Sau-erstoff oder Kohlendioxid enthalten.[0012] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008011 249 A1 offenbart verschiedene Lithographieverfah-ren zur Plasmabeschichtung von Musterstrukturen aufSubstratoberflächen. Zunächst wird eine Negativmaskeder gewünschten Struktur auf der Substratoberflächeaufgebracht. Anschließend werden Substratoberflächeund Negativmaske mittels Plasma vollflächig beschich-tet. Nach einem Lift-off-Prozess der beschichteten Ne-gativmaske verbleibt die auf dem Substrat verbleibendeBeschichtung innerhalb der Konturen des gewünschtenMusters.[0013] Die internationale Patentanmeldung WO2011/120714 A2 offenbart Solarzellen sowie Verfahrenund Vorrichtungen zur ihrer Herstellung. Dabei wird we-nigstens ein Leiter mechanisch und elektrisch leitend mitder Solarzelle und/oder weiteren Leitern durch einen leit-fähigen Überzug verbunden. Leiter können die Funktionvon Sammel- oder Busbarleiter einer Solarzelle ausfül-len. Der leitfähige Überzug wird aus einer Lösung elek-trolytisch oder galvanisch abgeschieden oder durchPlasmasprühen abgeschieden.[0014] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010013 850 A1 offenbart ein Verfahren zum elektrischenVerbinden von Solarzellen für ein Solarmodul. Hierbeibefindet sich wenigstens ein Kontaktanschluss auf derSolarzelle. Zwischen dem Kontaktanschluss wird einelektrisches Leitungsmaterial angeordnet. Zum Verbin-den des Kontaktanschlusses mit dem elektrischen Lei-tungsmaterial wird in lokalen Bereichen mittels eines Nie-dertemperatur-Plasmaspritzverfahrens ein Kontaktma-terial zwischen dem Kontaktanschluss und dem elektri-schen Leitungsmaterial abgeschieden. Hierbei wird einehaftende elektrische Verbindung zwischen dem Lei-tungsmaterial und dem jeweiligen Kontaktanschlussausgebildet.[0015] Die US-amerikanische Patentanmeldung US2002/0056473 A1 offenbart ein Verfahren zur Ausbil-dung und Verbindung von Leiterbahnen auf Solarzellen.Hierbei werden mittels eines thermischen Spritzverfah-rens metallische Partikel auf einer Solarzelle abgeschie-den. Das thermische Spritzverfahren kann ein Plas-maspritzverfahren sein.[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einschnelles, kosteneffizientes, flexibel anwendbares,schonendes und einfaches Verfahren zur Herstellung

von langzeitstabilen Verbindungen von Leitern bzw. Lei-terbahnen auf Substraten bzw. deren Verbindung mitelektrischen Kontakten zu schaffen.[0017] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren,das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.[0018] Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun-de, eine flexibel anwendbare Vorrichtung zur schnellen,kosteneffizienten, einfachen, und schonenden Herstel-lung von langzeitstabilen Verbindungen von Leitern bzw.Leiterbahnen auf Substraten bzw. deren Verbindung mitelektrischen Kontakten zu schaffen.[0019] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrich-tung, die die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ver-schiedenartige Leiter und Substrate miteinander stoff-schlüssig verbinden. Es eignet sich für die Bearbeitungvon Substraten verschiedenster Form und Oberflächen-beschaffenheit, die aus elektrisch leitenden, halbleiten-den oder isolierenden Materialien bestehen oder zusam-mengesetzt sind. In einem Verfahrensschritt wird ein Lei-ter durch eine Positioniereinheit in einem zu verbinden-dem Abschnitt auf einem Substrat positioniert. Die Posi-tioniereinheit positioniert den Leiter im zu verbindendenAbschnitt auf oder in geringem Abstand über dem Sub-strat. Ferner wird ein Plasma in mindestens einer Plas-maquelle erzeugt und ein Verbindungsmaterial in dasPlasma zugeführt. Die Zuführung des Verbindungsma-terials kann innerhalb der Plasmaquelle erfolgen. Dabeiwird zumindest teilweise die Beschaffenheit des Verbin-dungsmaterials geändert. Unter der Änderung der Be-schaffenheit ist eine zumindest teilweise Änderung derphysikalischen Eigenschaften und/oder chemische Be-schaffenheit des Verbindungsmaterials zu verstehen. Ei-ne derartige Aktivierung des Verbindungsmaterials kannvollständig oder teilweise, z.B. nur an den Oberflächender Bestandteile des Verbindungsmaterials, erfolgen, in-dem vorzugsweise der Massenstrom des Verbindungs-materials in die Plasmaquelle mit dem durch das Plasmagetragenen Wärmestrom abgestimmt wird. Der Plasma-strahl und darin enthaltenes aktiviertes Verbindungsma-terial wird durch je mindestens eine Düse aus der min-destens einen Plasmaquelle auf den zu verbindendenAbschnitt gerichtet ausgeleitet. Somit wird aktiviertesVerbindungsmaterial auf dem zu verbindendem Ab-schnitt abgeschieden. Das aktivierte Verbindungsmate-rial bildet eine Ablagerung, welche Leiter und Substratstoffschlüssig verbindet.[0021] Die Positioniereinheit kann zusätzlich zur Zu-führung des Leiters ausgebildet sein. Der Leiter kannzum Beispiel ein metallischer Draht mit oder ohne Be-schichtung aus Oxidationsschutz oder Lot sowie mit inHohlräumen eingeschlossenen Flussmitteln sein. DiePositioniereinheit kann eine Drahtwickelspule sein, überdie der Leiter kontinuierlich zur Verfügung gestellt wird.[0022] Eine Relativbewegung wird zwischen dem zuverbindenden Abschnitt entlang eines Verbindungspfa-des auf dem Substrat und der mindestens einen Plas-maquelle ausgeführt. In verschiedenen Ausführungsfor-

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men der Relativbewegung können entweder Substratoder Plasmaquelle und Positioniereinheit ortsfest sein.[0023] Vorzugsweise werden die mindestens einePlasmaquelle und die Positioniereinheit in einem kon-stanten Abstand und mit derselben Vorschubgeschwin-digkeit entlang des Verbindungspfades verfahren. Eben-so ist eine Relativbewegung zwischen Plasmaquelle undPositioniereinheit vorzusehen, so dass zusätzliche Ab-lagerungen auch abseits des Verbindungspfades aus-gebildet werden können.[0024] Das Verbindungsmaterial, welches einer Plas-maquelle zugeführt wird, kann aus mehreren Material-komponenten zusammengesetzt sein. Die Materialkom-ponenten und deren Mischungsverhältnis in der Ablage-rung können entlang des Verbindungspfades variiertwerden. Desgleichen können die Schichtdicke und dieSchichtbreite entlang des Verbindungspfades variiertwerden.[0025] Gemäß einer Ausführungsform kann der Plas-maquelle mindestens eine weitere Plasmaquelle entlangdes Verbindungspfades in einer Vorschubrichtung nach-geordnet sein. Mit der weiteren Plasmaquelle kann aufder Ablagerung eine weitere Ablagerung aus einem dem-selben oder einem andersartigen Verbindungsmaterialaufgetragen werden. Abstand und Vorschubgeschwin-digkeit können so gewählt sein, dass die Ablagerung vordem Abscheiden der weiteren Ablagerung bereits er-starrt ist. Die weitere Ablagerung wird zumindest teilflä-chig auf der Ablagerung abgeschieden.[0026] Erfindungsgemäß wird mit einer Wärmesenkeder Leiter gekühlt. Oft sind der Wärmeausdehnungsko-effizient und die Wärmekapazität des Leiters höher alsdie des Substrats oder des Verbindungsmaterials. Sol-che Unterschiede in der Wärmeausdehnung können zumechanischen Verspannungen und Rissen in der Abla-gerung aus Verbindungsmaterial führen. Die Erfindungsieht daher vor, den Leiter gegenüber dem Substrat oderdem Verbindungsmaterial zumindest teilweise selektivzu kühlen. Dadurch wird der Unterschied in der wärmein-duzierten Ausdehnung des Leiters im zu verbindendenAbschnitt an die des Substrates und des Verbindungs-materials angeglichen und zumindest teilweise kompen-siert.[0027] Über die Positioniereinheit wird eine Druckkraftauf den Leiter ausgeübt, so dass dieser gegen das Sub-strat gedrückt wird. Zusätzlich kann eine Zugkraft auf denLeiter in Richtung der Vorschubrichtung eingestellt wer-den. Die von der Positioniereinheit ausgeübten Kräftevermeiden, dass der erhitze Abschnitt des Leiters sichvom Substrat aufwölbt und dass Bindungsfehler wie z.B.wie Hohlräume oder Delaminationen, in der Ablagerungaus Verbindungsmaterial entstehen.[0028] Ferner kann beim Substrat und/oder beim Lei-ter im zu verbindendem Abschnitt durch den Plasma-strahl eine physikalische und/oder chemische Aktivie-rung vorgenommen werden. Beispielsweise können Ver-schmutzungen oder Oxidschichten entfernt werden, eskann die Oberflächenbeschaffenheit von Leiter und Sub-

strat zur besseren Benetzbarkeit mit Verbindungsmate-rial verändert werden. Zusätzlich kann mindestens eineder mindestens einen Plasmaquelle in Vorschubrichtungvorgeordnete weitere Plasmaquelle eine Plasmabe-handlung von Leiter und/oder Substrat durchführen.[0029] Weiterhin kann das Verbindungsmaterial Mate-rialkomponenten aus mindestens einem Pulvertyp um-fassen oder vollständig pulverförmig sein. Ein solchesVerbindungsmaterial kann erfindungsgemäß mit einemTrägergas oder einer Trägerflüssigkeit durchmischt wer-den. Die Mischung aus Trägergas oder Trägerflüssigkeitund dem Verbindungsmaterial kann zudem vor Einlei-tung in die Plasmaquelle einer Homogenisierung unter-zogen werden. Beispielsweise kann dies durch eine Ul-traschallquelle, einen piezoelektrischen Aktuator oder ei-nen Pulverdüse bewirkt werden. Vorzugsweise sind dasTrägergas und/oder ein in die Plasmaquelle eingeleitetesPlasmagas Inertgase, wie z.B. Argon oder Stickstoff. DieInertgasatmosphäre verhindert die Oxidation der akti-vierten Oberflächen von Verbindungsmaterial, Leiter undSubstrat im Plasmastrahl. Außerdem können geringeMassenanteile von reduzierend wirkenden Gasen wieWasserstoff oder Kohlenstoffoxide zugesetzt werden.[0030] Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtungzum Verbinden von Leiter mit Substraten. Die Vorrich-tung umfasst eine Positioniereinheit zur Positionierungeines Leiters zumindest in einem Teil eines zu verbin-denden Abschnitts des Substrats. Des Weiteren umfasstdie Vorrichtung mindestens eine Plasmaquelle zur Er-zeugung eines Plasmas. Durch mindestens eine Zulei-tung kann dem Plasma der Plasmaquelle ein Verbin-dungsmaterial zugeführt werden. Der pulverförmige Be-standteil des Verbindungsmaterials wird als Pulver in Ge-binden bereitgestellt. Wie bereits beschrieben wird dasPulver mit dem Trägergas oder der Trägerflüssigkeit ge-mischt, so dass man das Verbindungsmaterial erhält, dasder Plasmaquelle mit der erforderlichen Fließfähigkeitzugeführt werden kann. An der Plasmaquelle ist mindes-tens eine Düse ausgebildet, durch die ein Plasmastrahlmit darin enthaltenem aktivierten Verbindungsmaterialauf den zu verbindenden Abschnitt gerichtet ist. Beson-ders vorteilhaft zur Abscheidung mehrerer formstruktu-rierter Ablagerungen ist es, die Öffnung der Düse miteinem Shutter zu versehen. Eine sich ausbildende Ab-lagerung verbindet den Leiter und das Substrat stoff-schlüssig.[0031] Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrich-tung mindestens ein Verstellsystem umfassen. Das Ver-stellsystem ist zum Erzeugen einer dreidimensionalenRelativbewegung des Substrats gegen die mindestenseine Plasmaquelle und die Positioniereinheit entlang ei-nes Verbindungspfades ausgebildet.[0032] Das Verstellsystem kann verschiedene Verstel-leinrichtungen umfassen. Eine erste Verstelleinrichtungist dem Substrathalter zugeordnet. Je eine zweite Ver-stelleinrichtung ist jeweils mit mindestens einer der Plas-maquellen verbunden. Eine dritte Verstelleinrichtung istmit der Positioniereinheit verbunden. Die Verstelleinrich-

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tungen sind zur Ausführung von beliebigen Translatio-nen und Kippbewegungen bezüglich der X-Koordinaten-richtung, Y-Koordinatenrichtung und/oder Z-Koordina-tenrichtung ausgelegt.[0033] Eine weitere Ausführungsform der erfindungs-gemäßen Vorrichtung sieht vor, dass jede der mindes-tens einen Plasmaquelle mindestens eine Zuleitung zurZufuhr von Verbindungsmaterial in das Plasma aufweist.[0034] Jede Zuleitung kann ferner eine Dosiereinheitumfassen. Eine erfindungsgemäße Dosiereinheit ist zurabstimmbaren Dosierung eines Trägergases und jeweilsmindestens einer Materialkomponente des Verbin-dungsmaterials ausgelegt. Abhängig vom Einsatzgebietder erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Dosier-einheiten zur Förderung und Dosierung von z.B. Drähten,pulverförmigen oder granularen Festkörpern, Flüssigkei-ten oder Gasen ausgelegt sein. Insbesondere ermöglichtsie, die Zufuhr einer Materialkomponente ganz zu unter-binden sowie gewünschte Mischungsverhältnisse zwei-er Materialkomponenten einzustellen.[0035] Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zumin-dest eine Wärmesenke auf, welche dem Leiter am zuverbindenden Abschnitt oder an der Positioniereinheitzugeordnet ist. Bevorzugt werden bei dieser Ausfüh-rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Leitermit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet. Dadurch kanndie Wärmesenke den Leiter vorzugsweise außerhalb desPlasmastrahls thermisch kontaktieren. Der vom Leitergetragene Wärmestrom in die Wärmesenke bewirkt eineeffektive Kühlung im zu verbindenden Abschnitt.[0036] Der mindestens einen Plasmaquelle kann zu-dem in Vorschubrichtung mindestens eine weitere Plas-maquelle vor- und/oder nachgeordnet sein. Eine vorge-ordnete Plasmaquelle dient beispielsweise einer mög-lichst vollflächigen Plasmavorbehandlung von Abschnit-ten der zu verbindenden Leiter und/oder Substrate.Ebenso kann entlang des Verbindungspfades eine zu-sätzliche Ablagerung auf dem Substrat aufgebracht wer-den, auf welche anschließend der Leiter positioniert underfindungsgemäß verbunden werden. Eine nachgeord-nete Plasmaquelle dient beispielsweise der Abschei-dung aus einem anderen Winkel als die Abscheidungaus der mindestens einen Plasmaquelle.[0037] Des Weiteren können mehrere erfindungsge-mäße Vorrichtungen in einem System integriert werden,welches zur parallelen Bearbeitung eines oder mehrererSubstrate ausgelegt ist. Insbesondere erlaubt ein sol-ches System, Leiter mit jeweils zwei oder mehr Substra-ten in einem Verfahrensschritt stoffschlüssig verbinden.Durch Abscheiden einer Ablagerung aus z.B. leitfähigemVerbindungsmaterial können die Substrate oder Kon-taktstellen so elektrisch miteinander verbunden werden.[0038] Die Breite der Ablagerung orthogonal zur Vor-schubrichtung ist neben der Ausgestaltung der Düsedurch ihren Abstand zum Substrat einstellbar. In die Ein-stellung der Schichtdicke der Ablagerung gehen erfin-dungsgemäß zusätzlich die Massenströme der Kompo-nenten des Verbindungsmaterials und des Plasmagases

sowie die Vorschubgeschwindigkeit ein. Typische Brei-ten der Ablagerung liegen beispielsweise bei 1 mm bis5,5 mm. Das Verfahren kann jedoch auch zur großflä-chigen Beschichtung eingesetzt werden. Auch geringereBreiten der Ablagerung sind durch das erfindungsgemä-ße Verfahren erzielbar, insbesondere durch Kombinationmit Lithographieverfahren.[0039] Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin,dass die von der Mischung aus Plasma und aktiviertemVerbindungsmaterial eingetragene Wärmemenge aufSubstrat und Leiter gegenüber gängigen Lötverfahrenreduziert werden kann. Dieser Wärmeeintrag kann durchModulieren der Plasmaeigenschaften, den Abstand vonDüse zum Substrat, Erhöhung der Vorschubgeschwin-digkeit und/oder zusätzliche Kühlung eingestellt werden.Wird beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit so ge-wählt, dass die Dauer des Plasma-Pulver-Beschich-tungsprozesses in einem zu verbindenden Abschnitt vonca. 1,0 x 3,5-5,5 mm2 weniger als 20 ms beträgt, dannliegt dort die Temperatur typischerweise im Bereich vonca. 70-150°C. Zum einen können dadurch thermisch sen-sible Substrate wie Solarzellen, Papier, Lebensmittel,Polymerfolien oder Kunststoppen (wie Thermoplasten,PA, PMMA, PPS, PBA, Nylon, ABS etc.) verarbeitet wer-den. Zum anderen können Substrate, Leiter, Verbin-dungsmaterialien oder Verbundmaterialien mit unter-schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verar-beitet werden, weil der im Vergleich zu Verfahren, wiez.B. dem Kontaktlöten, der geringere Wärmeeintrag denUnterschied der Wärmeausdehnung von Substraten,Leitern und Ablagerung von Verbindungsmaterial redu-ziert. Dadurch können Verspannung oder Rissbildung inder Ablagerung vermieden werden. Ferner erfolgt erfin-dungsgemäß der Wärmeeintrag nur lokal um einen be-grenzten Bereich um den zu verbindenden Abschnitt.Dies erlaubt die parallele Ausführung des erfindungsge-mäßen Verfahrens an mehreren benachbarten Abschnit-ten eines Substrats ohne Überschreitung eines gegebe-nen Schwellwertes für seine Gesamterwärmung.[0040] Die Materialkomponenten können elektrischleitfähig (z.B. Metallpulver, Graphit, Fullerene, wie z.B.carbon nanotubes, oder sonstige leitfähige anorganischeVerbindungen, wie z.B. Salze oder organische Verbin-dungen wie DNA oder lebensmitteltaugliche Sacharideoder Farbstoffe) oder elektrisch isolierend (z.B. Gläserwie Quarz, undotiertes Silizium, Siliziumnitrid, Keramikoder Polymere etc.) oder halbleitend (z.B. dotiertes Sili-zium oder Galliumarsenid etc.) sein. Ferner können dieMaterialkomponenten aus Legierungen oder Mischun-gen bestehen. Metallische Materialkomponenten umfas-sen erfindungsgemäß Weichlote (z.B. Zinn, Silber, Zinn-Silber oder deren Legierungen) und Hartlote (z.B. Zink,Aluminium, Nickel, Kupfer oder deren Legierungen), dieoft kostengünstiger als die genannten Weichlote sind undgute Benetzungseigenschaften aufweisen. Ferner kön-nen Materialkomponenten Flussmittel zur Erhöhung derFließfähigkeit metallischer Materialkomponenten oderReduktionsmittel zur chemischen Aktivierung der zu ver-

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bindenden Oberflächen von Substraten, Leiternund/oder Verbindungsmaterialien sein. Des Weiterenkönnen die vorgenannten Materialkomponenten in Füll-stoffen dispergiert oder in flüssigen Lösungsmitteln ge-löst sein. Die Materialkomponenten des Verbindungsma-terials können teilweise gasförmig entweichen und wer-den somit nur teilweise Bestandteil der Ablagerung. Ins-besondere kann erfindungsgemäß über eine geeigneteWahl des Mischverhältnisses der Materialkomponentender Wärmeausdehnungskoeffizient der Ablagerung ausVerbindungsmaterial dem Wärmeausdehnungskoeffizi-enten von Substraten oder Leitern angepasst werden.[0041] Je feinkörniger die pulverförmigen Material-komponenten des Verbindungsmaterials in Pulverformsind, desto größer ist ihre Gesamtoberfläche im Verhält-nis zu ihrem Volumen, und desto kälter kann der Plas-mastrahl sein, der das Verbindungsmaterial an- oder auf-schmilzt. Verglichen mit herkömmlichen Spritzverfahrenkönnen dadurch Ablagerungen mit geringer Porositäthergestellt werden, wobei ein geringer Wärmeeintrag indas Substrat resultiert. Die maximale Zugfestigkeit undLeitfähigkeit von elektrischem Strom und/oder Wärmekann durch den Querschnitt der Ablagerung und derWahl des Verbindungsmaterials beeinflusst werden. Jenach verwendeten Werkstoffen werden ausreichendeHaftfestigkeiten der Ablagerung auf dem Substrat bereitsmit Schichtdicken von ca. 10-500 mm erreicht.[0042] Zusätzlich kann die Düse als Diffusor zur bes-seren Durchmischung und Homogenisierung sowie zurEinstellung des Diffusionsgrades des Aerosols aus Plas-ma und aktiviertem Verbindungsmaterial ausgebildetsein.[0043] Ein Anwendungsgebiet für die Erfindung ist dieHerstellung von Solarzellenmodulen. Beispielhaft wer-den im Folgenden die Herstellung von Solarzellenmodu-len und dabei die technologischen Probleme beschrie-ben, welche von der Erfindung überwunden werden kön-nen.[0044] Mehrere Solarzellen werden durch einen odermehrere Leiterdrähte zu Solarzellenmodulen verbun-den. Eine einfache Reihe von verbundenen Solarzellen-modulen wird oft Solarzellen-String genannt. Aus Kos-tengründen werden die Komponenten von Solarzellenimmer materialeffizienter gestaltet. Zum Beispiel sind diehalbleitenden Wafer einer Solarzelle typischerweise nur180 mm dünn. Entsprechendes gilt für die Leiterdrähte.Damit sinken tendenziell die mechanische Stabilität undder maximal durchleitbare elektrische Strom einer Solar-zelle. Zur Strombegrenzung empfiehlt es sich, die Solar-zellen elektrisch in Reihe zu schalten. Die Leiterdrähteder photoelektrisch aktiven Seite (der Sonnenseite) einerSolarzelle werden mit der Schattenseite einer benach-barten Solarzelle verbunden. Die Schattenseite ist übli-cherweise teil- oder vollflächig metallisiert, z.B. mit einerstark Aluminium-haltigen Siebdruckpaste. Die Sonnen-seite trägt eine Vielzahl von Leiterfingern, die als Kollek-toren von durch den Photoeffekt getrennten Ladungsträ-ger fungieren. Da diese Leiterfinger lichtabschattend wir-

ken, wird ihre Gesamtfläche zur Wirkungsgradsteige-rung der Solarzelle möglichst minimiert. Gängige Verbin-dungsverfahren umfassen z.B. Induktions- bzw. Laser-Löten oder Galvanikverfahren. Sowohl Schatten- wieauch Sonnenseite sind typischerweise bezüglich derWahl des Lotmaterials nur eingeschränkt verlötbar. Ins-besondere ist die Werkstoffauswahl von Verbindungs-materialien z.B. auf bei Solarzellen gängigen AI-Sieb-druck- oder Al-PVD-Schichten beschränkt. In einem demVerlöten von Kontaktdrähten auf Sonnen- bzw. Schat-tenseite vorgelagerten Prozessschritt werden deshalbüblicherweise zusätzliche "Busbars" aus gut lötbarenund elektrisch leitfähigen Materialen (wie z.B. Ag, Snoder deren Legierungen) auf die Solarzelle metallisiert.Die Busbars wirken als elektrisch leitfähige Haftvermitt-lungsschicht zwischen Leiter und den Oberflächenmate-rialien der Solarzelle. Zwar erfüllen Weichlote auf Zinn-basis im Allgemeinen diese Anforderung, jedoch weisenihre Lotschichten auf bestimmten Substraten ungenü-gende Haftzugfestigkeiten auf.[0045] Für die elektrische Verbindung der Solarzellenmit einem Solarmodul kommen üblicherweise so ge-nannte Stringer-Lötautomaten zum Einsatz. Beim Lötenmit Stringer-Lötautomaten werden die Solarzellen z.B.vorgewärmt und der Kontaktdraht mittels Heizstempelnauf die Busbars auf der Solarzelle gelötet. Alternativ kannmittels einer Laser-Lötapparatur ein Leiterdraht kontakt-frei an metallisierten Busbars aufgelötet werden. Oft wirddabei der Kontaktdraht nicht über seine gesamte Kon-taktfläche zur Solarzelle sondern nur über eine geeigneteAnzahl von Lötpunkten verbunden. Beim Laser-Lötenkann im Vergleich zu Kontaktlötverfahren die Energie-einbringung auf das Substrat reduziert werden. Zusätz-lich kann der Überhitzung der Solarzelle z.B. durch Luft-kühlung entgegengewirkt werden. Bei zu hoher thermi-scher Belastung der Solarzelle können Bindungsfehlerwie Mikrorisse in der Lötverbindung oder mechanischeVerspannungen der Solarzelle entstehen. Die Aufbrin-gung von Busbars und Leiterdrähten auf die Solarzellein zwei getrennten Verfahrensschritten ist technisch undapparativ aufwendig und erhöht die Prozesskosten. Ins-besondere erfordert eine solche getrennte Verfahrens-führung einen zusätzlichen und potentiell fehlerbehafte-ten Repositionierungsschritt von Leiterdraht mit Busbar.[0046] Zur Herstellung einer gut haftenden Lötverbin-dung sowie zur Reduzierung der infolge der unterschied-lichen Ausdehnungskoeffizienten entstehenden Eigen-spannungen der benachbarten Bindungsmaterialen wirddie Solarzelle beim Lötprozess auf eine bestimmte Tem-peratur vorgewärmt. Dann wird der Kontaktdraht auf me-tallisierte Busbar aufgelötet. Eine Vorwärmung kann jenach Temperatur und Dauer der thermischen Belastungund Abkühlbedingungen die Solarzelle bzw. die Lötver-bindung schädigen. Zur Optimierung der Lötverbindungwerden bevorzugt Flachdrähte aus Kupfer mit volumen-bezogen großer Auflagefläche an Busbars auf der So-larzelle aufgelötet. Das Aspektverhältnis von Dicke zuBreite des Flachdrahtes beträgt typischerweise 1:10 bis

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1:20. Zur Verbesserung der Lötbarkeit wird der Kontakt-draht aus Kupfer verzinnt. Dies verursacht zusätzlicheProzess- bzw. Materialkosten.[0047] Nachfolgend sind erfindungsgemäße Ausfüh-rungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens zumVerbinden von Leitern mit Substraten anhand der beige-fügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese beispiel-haft konkretisierten Ausführungsformen sind nicht alsEinschränkungen für den Umfang der Erfindung zu wer-ten.[0048] Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Aus-führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2 eine schematische Schnittansicht der in Fi-gur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsge-mäßen Vorrichtung mit einem Verstellsystem;

Figur 3 eine schematische Schnittansicht der in Fi-gur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsge-mäßen Vorrichtung mit Dosiereinheiten;

Figur 4 eine schematische Seitenansicht der Zuord-nung einer Plasmaquelle zum zu verbindenden Lei-ter und dem Substrat;

Figur 5 eine schematische Seitenansicht einer wei-teren Möglichkeit der Zuordnung einer Plasmaquellezum zu verbindenden Leiter und dem Substrat;

Figur 6 eine schematische Seitenansicht der Zuord-nung von zwei Plasmaquellen zum zu verbindendenLeiter und dem Substrat;

Figur 7 eine schematische Seitenansicht einer wei-teren Möglichkeit der Zuordnung von zwei Plasma-quellen zum zu verbindenden Leiter und dem Sub-strat;

Figur 8 eine schematische Ansicht der Zuordnungvon zwei Plasmaquellen zum zu verbindenden Leiterund dem Substrat, wobei die Vorschubrichtung ausder Zeichenebene zeigt;

Figur 9A bis 9F verschiedene Querschnittsformenvon Leitern, die mittels der Ablagerung stoffschlüs-sig mit dem Substrat verbunden sind;

Figur 10A bis 10D Querschnittsprofile von verschie-denen Typen der Ablagerung und der Verbindungvon Leiter und Substrat;

Figur 11A und 11B Querschnittansichten verschie-dener Topologien des Substrats und der resultieren-den Verbindung von Leiter und Substrat;

Figur 12 eine schematische Draufsicht auf eine er-

findungsgemäß hergestellte Verbindung zwischenSubstrat und Leiter mit zusätzlichen Ablagerungen;

Figur 13 eine schematische Draufsicht auf erfin-dungsgemäß hergestellte und stoffschlüssige Ver-bindungen zwischen Substrat und Leiter;

Figur 14 eine schematische Ansicht einer Ausfüh-rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung miteiner Ausgestaltung der Positioniereinheit für denLeiter;

Figur 15 eine Detailansicht der in Figur 14 gezeigtenPositioniereinheit; und

Figur 16A-16E schematische Darstellungen desProduktionsprozesses eines Solarzellenmoduls.

[0049] In den Zeichnungen werden für gleiche odergleich wirkende Elemente der Erfindung identische Be-zugszeichen verwendet. Der Übersichtlichkeit halbersind in den Zeichnungen nur Elemente und Bezugszei-chen wiederholt aufgeführt, die für die dargestellten As-pekte der jeweiligen erfindungsgemäßen Ausführungs-form relevant sind.[0050] Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansichteiner Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich-tung 1. Der Schnitt ist parallel zur Vorschubrichtung Rund zur Vorschubgeschwindigkeit v gesetzt. In einerPlasmaquelle 50 wird ein Plasmagas 58 eingeführt undzu einem Plasma 51 gezündet. Beispielsweise kann diePlasmafizierung des Prozessgases 58 mit elektrischerEnergie aus einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) er-zeugt werden. Insbesondere kann eine gepulste oderkontinuierliche Gleich- oder Wechselspannung an einerElektrode 59 gegen das Gehäuse 500 der Plasmaquelle50 angelegt werden. Neben einstellbaren Parameternwie der angelegten Spannung, dem Massenstrom undder Zusammensetzung des Plasmagases 58 werden dieEigenschaften des Plasmas 51 auch durch die Geome-trie der Plasmaquelle 50 bestimmt. Über mindestens eineZuleitung 55 wird ein Verbindungsmaterial 30 in dasPlasma 51 eingeleitet. Im hier dargestellten Ausfüh-rungsbeispiel ist das Verbindungsmaterial 30 zumindestteilweise pulverförmig. Durch das Plasma 51 werden diephysikalischen Eigenschaften und/oder chemischen Ei-genschaften des Verbindungsmaterials 30 verändert.Somit erfolgt zumindest eine teilweise Änderung der Be-schaffenheit der Pulverteilchen des Verbindungsmateri-als 30. Eine Möglichkeit ist, dass der Aggregatszustand,die rheologische und/oder chemische Beschaffenheitder Pulverteilchen des Verbindungsmaterials 30 aktiviertwerden. Das Trägergas 35, in dem das pulverförmigeVerbindungsmaterial 30 untergemischt oder dispergiertist, erhöht seine Fließfähigkeit. Zur Vermeidung der Ver-klumpungsgefahr von Pulverteilchen kann zusätzlich ei-ne Homogenisierung der Mischung des Verbindungsma-terials 30 mit dem Trägergas 35 vorgesehen sein.

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[0051] Ferner können die Zuleitungen 55 für das Ver-bindungsmaterial 30 Heizelemente (nicht dargestellt)zum Vorwärmen des Verbindungsmaterials 30 aufwei-sen. Dadurch kann die mittlere Enthalpie des Plasmas51 zur Erzielung der angestrebten Aggregatszustands-änderung des Verbindungsmaterials 30 reduziert wer-den. Durch eine Düse 53 wird ein Plasmastrahl 52 unddarin enthaltenes aktiviertes Verbindungsmaterial 31aus der Plasmaquelle 50 ausgeleitet und auf einen zuverbindenden Abschnitt 32 gerichtet. Im zu verbinden-den Abschnitt 32 sind ein Substrat 20 und ein mit demSubstrat 20 zu verbindender Leiter 10 angeordnet. Ausdem im Plasmastrahl 52 enthaltenen und aktivierten Ver-bindungsmaterial 31 wird im zu verbindenden Abschnitt32 eine Ablagerung 33 abgeschieden, welche den Leiter10 und das Substrat 20 stoffschlüssig verbindet. Der Lei-ter 10 wird durch eine Positioniereinheit 40 im zu verbin-dendem Abschnitt 32 positioniert. Die Positioniereinheit40 kann beispielsweise rohrförmig ausgestaltet sein. Dierohrförmige Positioniereinheit 40 ist nicht mit dem Sub-strat 20 in Kontakt. Aus der rohrförmigen Positionierein-heit 40 wird der drahtförmige Leiter 10 zugeführt und des-sen Eigenspannung genutzt, um ihn mit einer einstellba-ren Druckkraft F1 gegen das Substrat 20 zu drücken.Ferner kann die Positioniereinheit 40 den drahtförmigenLeiter 50 mit einer Zugkraft F2 spannen. Wenn der Leiter10 im zu erhitzenden Abschnitt 32 unter Erhitzung durchden Plasmastrahl 52 eine höhere Wärmeausdehnung er-fährt, kann eine solche Zugspannung ein Aufwölben deserhitzten Abschnitts des Leiters 10 vom Substrat 20 undfolglich Bindungsfehler in der Ablagerung 33 vermeiden.[0052] Nach Erkalten der Ablagerung 33 kann sich derLeiter 10 jedoch entsprechend stärker zusammenziehenals das Substrat 20. Dies kann zu mechanischen Ver-spannungen und Verformungen des Substrats 20 undzu Bindungsfehlern wie Mikrorissen in der Ablagerung33 führen. Abhilfe schafft zum einen die Reduktion desWärmeeintrags durch das Plasma 51. Zum andern wirdder Leiter 10 insbesondere selektiv durch mindestenseine Wärmesenke 41 gekühlt, um seine vom Substrat 20verschiedene Wärmeausdehnung zumindest teilweisezu kompensieren. Eine Wärmesenke 41 kann z.B. direktam zu verbindenden Abschnitt 32 oder über die Positio-niereinheit 40 thermisch leitfähig an den Leiter 10 ange-koppelt werden. Eine Wärmesenke 41 kann beispiels-weise als Kühlgasstrom ausgebildet sein, der auf einenAbschnitt des Leiters 10 zwischen dem Plasmastrahl 52und der Positioniereinheit 40 gerichtet ist. Alternativ kanneine Wärmesenke 41 als wärmeleitfähiger Schleifkontaktausgebildet sein, der thermisch an eine Wärmesenke 41angekoppelt ist. Insbesondere kann die Wärmesenke 41in die Positioniereinheit 40 integriert sein. Eine solcheWärmesenke 41 kann beispielsweise ein kühlwasser-durchflossener Kupferblock oder ein regelbares Peltier-Element sein.[0053] Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansichtder in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungs-gemäßen Vorrichtung 1 mit einem Verstellsystem 60.

Das Verstellsystem 60 ist zum Erzeugen einer dreidi-mensionalen Relativbewegung des Substrats 20 gegen-über der mindestens einen Plasmaquelle 50 und der Po-sitioniereinheit 40 entlang eines Verbindungspfades 34(siehe Figur 12) ausgebildet. Entlang des Verbindungs-pfades 34 wird der zu verbindende Abschnitt 32 geführtund eine Ablagerung 33 abgeschieden. Sein Verlaufkann einer beliebigen Trajektorie auf einem oder meh-reren Substraten 20 folgen. Dementsprechend kann dieOrientierung von Vorschubrichtung R und Vorschubge-schwindigkeit v entlang des Verbindungspfades 34 (sie-he Figur 12) variieren. Die Ablagerung 33 kann auf demVerbindungspfad 34 durchgängig oder auch stückweiseabgeschieden werden. Durch Einstellen der Vorschub-geschwindigkeit v kann das Verstellsystem 60 z.B. dieVerbindungszeit pro Fläche eines zu verbindenden Ab-schnitts 32, die Dicke 33d der Ablagerung 33 und denWärmeeintrag auf Substrat 20 und Leiter 10 durch denPlasmastrahl 52 beeinflussen.[0054] Durch geeignete Anpassung der Geometrie derDüse 53 kann die Form (insbesondere die Aufweitung)und Richtung des aus der Plasmaquelle 50 austretendenPlasmastrahls 52 eingestellt werden.[0055] In einer besonderen Ausführungsform kann dasVerstellsystem 60 verschiedene Verstelleinrichtungen61, 62 und 63 umfassen. Durch eine erste Verstellein-richtung 61, welche einem Substrathalter 21 zugeordnetist, kann zumindest eine eindimensionale Bewegung inX-Koordinatenrichtung X oder in Y-KoordinatenrichtungY oder in Z-Koordinatenrichtung Z durchführbar sein.Durch eine zweite Verstelleinrichtung 62, welche mit derPlasmaquelle 20 verbunden ist, kann eine dreidimensi-onale Bewegung in X-Koordinatenrichtung X, Y-Koordi-natenrichtung Y und Z-Koordinatenrichtung Z ausgeführtwerden. Durch eine dritte Verstelleinrichtung 63, welchemit der Positioniereinheit 40 verbunden ist, kann zumin-dest eine dreidimensionale Bewegung in X-Koordinaten-richtung X, Y-Koordinatenrichtung Y und Z-Koordinaten-richtung Z durchgeführt werden. Die Verstelleinrichtun-gen 61, 62 und 63 sind zur Ausführung von beliebigenTranslationen und Kippbewegungen bezüglich der X-Ko-ordinatenrichtung X, Y-Koordinatenrichtung Y und Z-Ko-ordinatenrichtung Z ausgelegt.[0056] Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansichtder in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungs-gemäßen Vorrichtung 1 mit Dosiereinheiten 56. Insbe-sondere kann jede Zuleitung 55 eine Dosiereinheit 56umfassen. Eine erfindungsgemäße Dosiereinheit 56 istzur abstimmbaren Dosierung eines Trägergases 35 undjeweils mindestens einer Materialkomponente 36 und 37des Verbindungsmaterials 30 ausgelegt. Mit ihr kann dieZufuhr einer Materialkomponente 36 und 37 ganz unter-bunden sowie beliebige Mischungsverhältnisse zweierMaterialkomponenten 36 und 37 und beliebige Mi-schungsgradienten entlang des Verbindungspfades 34(siehe Figur 12) eingestellt werden.[0057] Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansichtder Zuordnung einer Plasmaquelle 50 zum zu verbinden-

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den Leiter 10 und dem Substrat 20. Dabei sind Plasma-quelle 50 und Positioniereinheit 40 jeweils entlang einergegen die Normale 22 des Substrats 20 verkippten Ach-se 50R bzw. 40R auf den zu verbindenden Abschnitt 32gerichtet. Die Verkippung erfolgt dabei in Vorschubrich-tung R. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die ver-kippte Achse 50R der Plasmaquelle 50 stärker geneigtals die verkippte Achse 40R der Positioniereinheit 40.Durch diese Konfiguration entsteht eine Ablagerung zwi-schen Substrat 20 und Leiter 10. Das Substrat 20 undder Leiter 10 haben in diesem Fall keinen direkten stoff-lichen Kontakt.[0058] Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansichteiner weiteren Möglichkeit der Zuordnung einer Plasma-quelle 50 zum zu verbindenden Leiter 10 und dem Sub-strat 20. Der Unterschied zur Ausführungsform in Figur4 ist, dass die verkippte Achse 40R der Positioniereinheit40 stärker geneigt ist als die verkippte Achse 50R derPlasmaquelle 50. Bei der hier beschriebenen Ausfüh-rungsform ist die Dicke 33d der Ablagerung 33 an derOberseite des Leiters 10 größer als bei der Ausführungs-form in Figur 4. Die "Oberseite" ist dabei bezüglich derNormalen 22 des Substrats 20 definiert.[0059] Figur 6 zeigt eine schematische Seitenansichtder Zuordnung von zwei Plasmaquellen 50 und 501 zumzu verbindenden Leiter 10 und dem Substrat 20. Eineweitere Plasmaquelle 501 ist auf den zu verbindendenAbschnitt 32 gerichtet. Die weitere Plasmaquelle 501 istder Plasmaquelle 50 in Vorschubrichtung R vorgeordnet.Dadurch wird auf die Ablagerung 33, die aus noch nichterstarrtem, aktiviertem Verbindungsmaterial 31 besteht,eine weitere Ablagerung 331 aus einem weiteren Ver-bindungsmaterial 301 abgeschieden. Da sowohl dasVerbindungsmaterial 30 als auch das weitere Verbin-dungsmaterial 301 im aktivierten Zustand in Kontakt sind,wird die Diffusion der beiden Verbindungsmaterialien 30und 301 ineinander und somit die Haftung zwischen denAblagerungen 33 und 331 verstärkt. Allerdings erhöhtsich der gesamte Wärmeeintrag pro Fläche und Zeit, dabeide Plasmaquellen 50 und 501 zur gleichen Zeit odermit geringem Zeitversatz auf den gleichen zu verbinden-den Abschnitt 32 gerichtet sind. Die Auswahl der Verbin-dungsmaterialien 30 und 301 kann vom Benutzer je nachAnforderung getroffen werden. Die Verbindungsmateri-alien 30 und 301 können sich z.B. in allen Materialkom-ponenten 36 und 37 unterscheiden, sie können zum Teilübereinstimmen oder auch in allen Materialkomponen-ten 36 und 37 übereinstimmen.[0060] Figur 7 eine schematische Seitenansicht einerweiteren Möglichkeit der Zuordnung von zwei Plasma-quellen 50 und 501 zum zu verbindenden Leiter 10 unddem Substrat 20. Im Unterschied zur in Figur 6 darge-stellten Ausführungsform ist die weitere Plasmaquelle501 auf einen weiteren zu verbindenden Abschnitt 321gerichtet, welcher dem zu verbindenden Abschnitt 32 umeinen Abstand 39 beabstandet ist. Der Wärmeeintragaus der Plasmaquelle 50 kann dadurch zumindest teil-weise abgeführt werden, wobei der Abstand 39 und Vor-

schubgeschwindigkeit v die Abkühlzeit und somit die er-reichte Temperatur am weiteren zu verbindenden Ab-schnitt 321 beeinflussen. Es sinkt somit die lokale ther-mische Belastung des Substrats 20 pro Fläche und Zeit.Abstand 39 und Vorschubgeschwindigkeit v können überein Verstellsystem 60 so eingestellt werden, dass dasVerbindungsmaterial 30 der Ablagerung 33 im Zeitpunktder Abscheidung der weiteren Ablagerung 331 bereitserstarrt ist. Dies ist z.B. vorteilhaft der Herstellung einerweiteren Ablagerung 331 aus einem elektrisch isolieren-den weiteren Verbindungsmaterial 301 auf einer Abla-gerung 33 aus einem leitfähigen Verbindungsmaterial30.[0061] Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht der Zu-ordnung von zwei Plasmaquellen 50 und 501 zum zuverbindenden Leiter 10 und dem Substrat 20, wobei dieVorschubrichtung R aus der Zeichenebene zeigt. DerLeiter 10 wird von der Positioniereinheit 40 (hier nichtdargestellt) im zu verbindenden Abschnitt 32 auf demSubstrat 20 positioniert. Die beiden Plasmaquellen 50und 501 sind derart in Bezug auf den zu verbindendenLeiter 10 bzw. das Substrat 29 angeordnet, dass die Kip-pachsen 50R und 501R der Plasmaquellen 50 und 501jeweils bezüglich der Normalen 22 des Substrats 20 amOrt des zu verbindenden Abschnitts 32 jeweils um einenWinkel 50W bzw. 501W verkippt sind. Durch eine solcheVerkippung werden durch den Leiter 10 möglicherweiseverursachte Abschattungen für die Plasmaquellen 50und 501 auf dem Substrat 20 verringert oder vermieden.Alternativ kann der Leiter 10 von der Positioniereinheit40 im zu verbindenden Abschnitt 32 in einem geringenAbstand (nicht dargestellt) über dem Substrat 20 positi-oniert werden. Dadurch können Leiter 10 und Substrat20 ohne direkten Kontakt untereinander über eine Abla-gerung (nicht dargestellt) verbunden werden.[0062] Figur 9A bis 9F zeigen verschiedene Quer-schnittsformen 11 von Leitern 10, die mittels der Abla-gerung 33 stoffschlüssig mit dem Substrat 20 verbundensind. Die Querschnittform 11 des Leiters 10 kann bei-spielsweise rund (siehe Figur 9A), elliptisch (siehe Figur9B), rechteckig (siehe Figur 9C), v-förmig (siehe Figur9D), oder trapezförmig (siehe Figur 9E) sein. Ferner kannder Leiter 10 aus einer Vielzahl von Leiterdrähten oderaus einem Drahtgeflecht bestehen. Figur 9F zeigt exem-plarisch einen Leiter 10 aus zwei Leiterdrähten mit je-weils einer runden Querschnittsform 11. Der Leiter 10kann auch eine Ablagerung 33 sein. Je geringer die Auf-lagefläche 12 des Leiters 10 auf dem Substrat 20 gegen-über seiner Querschnittsform 11 ist, desto größer wirddie Haftungsfläche 13 zwischen Verbindungsmaterial 10und zum Substrat 20, und desto stabiler wird die Haftungzwischen Ablagerung 33 und Substrat 20.[0063] Figur 10A bis 10D zeigen Querschnittsprofilevon verschiedenen Typen der Ablagerung 33 und derVerbindung des Leiters 10 und des Substrats 20. Figur10A zeigt einen direkt auf dem Substrat 20 aufliegendenund ansonsten in der Ablagerung 33 eingebetteten Leiter10. Figur 10B zeigt einen Leiter 10, der vollständig von

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der Ablagerung 33 umgeben bzw. ummantelt ist. Figur10C zeigt einen Leiter 10, der auf der Ablagerung 33aufliegt. Ablagerung 33 und Leiter 10 sind von einer wei-teren Ablagerung 331 überdeckt. Die Ablagerung kannhierbei als Haftvermittlungsschicht (z.B. eine Busbar ei-ner Solarzelle) oder als elektrische Isolierschicht fungie-ren. In Figur 10D wird die in Figur 10C gezeigte Strukturvon einer zusätzlichen Ablagerung 332 überdeckt, dieals Schutzschicht vor mechanischer oder chemischerSchädigung, als Antireaktionsschicht, als Wärmeablei-tungsschicht ausgestaltet sein kann.[0064] Figur 11A und 11B zeigen Querschnittansich-ten von Substraten 20 verschiedener Topologien 23 undder resultierenden stoffschlüssigen Verbindung von Lei-ter 10 und Substrat 20. Figur 11A und Figur 11B zeigenein Substrat 20 mit runder bzw. beliebig ausgeformterTopologie 23.[0065] Figur 12 zeigt eine schematische Draufsichtauf eine erfindungsgemäß hergestellte Ablagerung 33zwischen Substrat 20 und Leiter 10 entlang eines Ver-bindungspfades 34. Insbesondere werden durch eineRelativbewegung der Plasmaquelle 50 gegenüber derPositioniereinheit 40 abseits des Verbindungspfades 34zusätzliche Ablagerungen 332 abgeschieden und stoff-schlüssig mit der Ablagerung 33 bzw. dem Substrat 20verbunden.[0066] Figur 13 zeigt eine schematische Draufsichtauf weitere Typen von erfindungsgemäß hergestelltenVerbindungen zwischen Substrat 20 und Leiter 10. Ers-tens kann eine Ablagerung 33 entlang des Verbindungs-pfades 34 aus einem einzigen Verbindungsmaterial 30bestehen. Zweitens kann an den Enden 341 und 342 derAblagerung 33 eine weitere Ablagerung 331 die Verbin-dung zwischen Leiter 10 und Substrat 20 mechanischverstärken. Beispielsweise kann das Substrat 20 eineSolarzelle, der Leiter 10 ein Kontaktdraht und die Abla-gerung 33 Busbar und eine leitfähige Lotschicht in einemsein. Wenn das Substrat 20 z.B. eine Solarzelle 200 ist,so ist es besonders vorteilhaft, die weitere Lotschicht 331aus einem Isolator wie Quarzglas (SiO2) herzustellen,um einen elektrischen Kurzschluss der Sonnenseite 203mit der gegenpoligen Schattenseite 202 der Solarzelle200 zu vermeiden. Drittens können entlang des Verbin-dungspfades 34 eine Ablagerung 33 aus einem Verbin-dungsmaterial 30 abgeschieden werden, die über eineÜbergangszone 333 stoffschlüssig und mit einem steti-gem Mischungsgradienten in eine weitere Ablagerung331 aus einem weiteren Verbindungsmaterial 301 über-geht. Durch ein erfindungsgemäßes System und unterAusführung der erfindungsgemäßen Verfahren könnenz.B. alle in Figur 13 dargestellten Verbindungen auf ei-nem Substrat 20 parallel hergestellt werden.[0067] Figur 14 zeigt eine schematische Ansicht einerweiteren Ausführungsform der Vorrichtung 1 aus Figur1 mit einer Ausgestaltung der Positioniereinheit 40. DiePositioniereinheit 40 ist als eine Umlenkrolle 42 ausge-bildet. Die Umlenkrolle 42 führt den Leiter 10 entlang desVerbindungspfades 32. Zur Vermeidung mechanischer

Schädigungen kann sie bezüglich des Substrats 20 kon-taktfrei ausgestaltet sein.[0068] Figur 15 zeigt eine Detailansicht der in Figur14 gezeigten Umlenkrolle 42, die in Vorschubrichtung Rum einen Winkel 43 gegen die Normale 22 des Substrats20 geneigt ist. Die Umlenkrolle 42 führt einen drahtför-migen Leiter 10 und kann eine Kraft F auf den Leiter 10ausüben. Die Kraft F setzt sich aus einer Druckkraft F1entlang der Normalen 22 des Substrats 20 und/oder einerZugkraft F2 entlang des Verbindungspfades 34 zusam-mensetzen.[0069] Figur 16A bis 16E zeigen schematische Dar-stellungen des Produktionsprozesses eines Solarzellen-moduls unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ver-fahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. DasSubstrat 20 ist hierbei eine Solarzelle 200. Eine Solar-zelle 200 umfasst typischerweise einen Wafer mit pn-Übergang 201. Der photoelektrisch aktive pn-Übergangzeigt zur der Sonnenseite 203 der Solarzelle 200. IhreSchattenseite 202 trägt gewöhnlich eine voll- oder teil-flächige Metallisierung aus z.B. Aluminium (AI) oderschwer lötbaren, stark Al-haltigen Siebdruckpasten. Ineinem ersten Verfahrensschritt erfolgt das Aufbringenvon Busbar und Leiter 10 auf der Schattenseite 202 derSolarzelle 200. Falls der drahtförmige Leiter 10 nicht be-reits vorgeschnitten ist, wird der Leiter 10 geschnitten,wobei ein Überstand 14 auf zumindest einer Seite 205der Solarzelle 200 verbleibt. In einem weiteren Schrittenfolgt das Drehen und Anordnen mehrerer Solarzellen 200derart, dass der Überstand 14 des Leiters 10 einer So-larzelle 200 auf der Sonnenseite 203 einer benachbartenSolarzelle 204 aufliegt. Schließlich erfolgt das Anlötendes Überstand 14 des Leiters 10 der Solarzelle 200 aufder auf der Sonnenseite 203 der benachbarten Solarzelle204. Dadurch entsteht ein elektrisch in Reihe geschalte-ter Solarzellenstring bzw. ein Solarzellenmodul.[0070] Ein erfindungsgemäßes System und die erfin-dungsgemäßen Verfahren eignen sich insbesondere zurparallelen oder konsekutiven Ausführung der Schrittedes Aufbringens von Busbar und Leiter 10 auf einer So-larzelle 200 und des Anlötens des Leiters 10 auf einerbenachbarten Solarzelle 204.[0071] Insbesondere hat die Ablagerung 33, die denLeiter 10 und das Substrat 20 stoffschlüssig verbindet,die Funktionen sowohl einer herkömmlichen Busbar alsauch einer herkömmlichen Lotschicht inne. Zudem kannder Plasmastrahl 52 und im Plasmastrahl 52 enthalteneAktivstoffe die Solarzelle 200 vorwärmen und/oder im zuverbindenden Abschnitt 32 physikalisch und/oder che-misch aktivieren. Entsprechend erfolgt die Herstellungder Ablagerung 33 in einem Schritt. Ferner entfällt unterVerwendung der Erfindung ein Repositionierungsschrittdes Leiters 10 auf der Busbar.[0072] Durch Abstimmung der Prozessparameter(z.B. der Vorschubgeschwindigkeit v, der Ausgestaltungder Düse 53, des Abstands von Düse 53 zu Substrat 20,den Massenströmen von Plasmagas 54, Trägergas 35und z.B. pulverförmigen Verbindungsmaterial 30 etc.)

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können die Geometrie, Charakteristik und Eigenschaftender Plasmabeschichtungen optimiert werden. Beispiels-weise kann durch geeignete Einstellung der Vorschub-geschwindigkeit v und entsprechender Abstimmung deranderen Prozessparameter die thermische Belastungs-zeit auf einem zu beschichtenden Abschnitt 32 von 1,0x 3,5-5,5 mm2 auf ca. 20 ms und entlang des gesamtemVerbindungspfades 34 auf einer typischen Solarzelle200 unter 1,0 s reduziert werden. Mit Taktzeiten unter1.0 s ist das erfindungsgemäße Verfahren um circa eineGrößenordnung schneller als z.B. das in der europäi-schen Patenanmeldung EP 1 748 495 A1 offenbarte Ver-fahren. Ferner kann erfindungsgemäß auf eine Vorwär-mung oder Vorbehandlung der Solarzelle 200 verzichtetwerden. Zur Reduzierung der thermischen Belastungkann erfindungsgemäß je nach Materialkombination dieSubstrattemperatur auf unter 100 °C reduziert werden.Hinzu kommt, dass die thermische Belastung lokal er-folgt.[0073] Durch die geringe mechanische, elektrostati-sche und thermische Belastung, die das erfindungsge-mäße Verfahren ausübt, können Solarzellen 200 aus im-mer dünnerem und dadurch bruchempfindlicherem Wa-fermaterial hergestellt werden. Ebenso ist es möglich dieSolarzellen 200 aus halbleitenden Folien mit pn-Über-gang auf z.B. organischer Basis herzustellen.[0074] Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ei-ne bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist füreinen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass Ände-rungen und Abwandlungen der Erfindung durchgeführtwerden können, ohne dabei den Schutzbereich der nach-stehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung

10 Leiter

11 Querschnittsform

12 Auflagefläche

13 Haftungsfläche

14 Überstand

20 Substrat

21 Substrathalter

22 Normale

23 Topologie

200 Solarzelle

201 Wafer mit pn-Übergang

202 Schattenseite

203 Sonnenseite

(fortgesetzt)

204 benachbarte Solarzelle

205 Seite

30 Verbindungsmaterial

31 aktiviertes Verbindungsmaterial

32 zu verbindender Abschnitt

33 Ablagerung

33d Dicke

34 Verbindungspfad

35 Trägergas

36 erste Materialkomponente

37 zweite Materialkomponente

38 Zwischenschicht

39 Abstand

301 weiteres Verbindungsmaterial

321 weiterer zu verbindender Abschnitt

331 weitere Ablagerung

332 zusätzliche Ablagerung

333 Übergangszone

341, 342 Enden

40 Positioniereinheit

40R verkippte Achse

41 Wärmesenke

42 Umlenkrolle

50 Plasmaquelle

50R verkippte Achse

50W, 501W Winkel

51 Plasma

52 Plasmastrahl

53 Düse

54 Plasmagas

55 Zuleitung

56 Dosiereinheit

57 Düsenaufsatz

58 Plasmagas

59 Elektrode

500 Gehäuse

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden von Leitern (10) mit Sub-straten (20), umfassend die folgenden Schritte:

• Positionieren eines Leiters (10) in einem zuverbindenden Abschnitt (32) auf einem Substrat(20) durch eine Positioniereinheit (40);• Erzeugen eines Plasmas (51) in mindestenseiner Plasmaquelle (50) und Zuführen von Ver-bindungsmaterial (30) in das Plasma (51), wobeidas Verbindungsmaterial (30) durch zumindestteilweises Ändern seiner Beschaffenheit akti-viert wird;• Gerichtetes Ausleiten eines Plasmastrahls

(fortgesetzt)

501 weitere Plasmaquelle

501R verkippte Achse

571 erste Düsenöffnung

571 zweite Düsenöffnung

60 Verstellsystem

61 erste Verstelleinrichtung

62 zweite Verstelleinrichtung

63 dritte Verstelleinrichtung

64 Verbindung

71 Aufbringen von Busbar und Leiter

72 Zuschneiden des Leiters

73 Drehen

74 Anordnen

75 Anlöten

F Kraft

F1 Druckkraft

F2 Zugkraft

R Vorschubrichtung

v Vorschubgeschwindigkeit

X X-Koordinatenrichtung

Y Y-Koordinatenrichtung

Z Z-Koordinatenrichtung

(52) und darin enthaltenem aktivierten Verbin-dungsmaterial (31) durch mindestens eine Düse(53) der mindestens einen Plasmaquelle (50)auf den zu verbindenden Abschnitt (32); und• Abscheiden von aktiviertem Verbindungsma-terial (31) auf dem zu verbindenden Abschnitt(32), so dass eine Ablagerung (33) aus Verbin-dungsmaterial (30) den Leiter (10) mit dem Sub-strat (20) stoffschlüssig verbindet;

dadurch gekennzeichnet, dassmindestens eine Wärmesenke (41) am zu verbin-denden Abschnitt (32) vorgesehen ist oder ther-misch leitfähig mit dem Leiter (10) über die Positio-niereinheit (40) verbunden wird, so dass Wärmeen-ergie aus dem Leiter (10) abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Relativbe-wegung zwischen dem zu verbindenden Abschnitt(32) entlang eines Verbindungspfades (34) auf demSubstrat (20) und der mindestens einen Plasma-quelle (50) ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ver-bindungsmaterial (30), welches einer Plasmaquelle(50) zugeführt wird, aus mehreren Materialkompo-nenten (36, 37) zusammengesetzt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Materialkom-ponenten (36, 37) und deren Mischungsverhältnis inder Ablagerung (33) entlang des Verbindungspfades(34) variiert werden.

5. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen,wobei der Plasmaquelle (50) in einer Vorschubrich-tung (R) mindestens eine weitere Plasmaquelle(501) nachgeordnet ist, mit welcher eine weitere Ab-lagerung (331) aus einem weiteren Verbindungsma-terial (301) zusammen mit der Ablagerung (33) oderauf der Ablagerung (33) zumindest teilflächig aufge-tragen wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen An-sprüche, wobei über die Positioniereinheit (40) eineDruckkraft (F1) auf den Leiter (10) gegen das Sub-strat (20) und/oder eine Zugkraft (F2) auf den Leiter(10) in Richtung der Vorschubrichtung (R) eingestelltwird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen An-sprüche, wobei das Verbindungsmaterial (30) min-destens einen Pulvertyp umfasst, der mit einem Trä-gergas (35) oder einer Trägerflüssigkeit gemischtund homogenisiert wird.

8. Vorrichtung (1) zum Verbinden von Leitern (10) mitSubstraten (20)

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• mit einer Positioniereinheit (40) zur Positionie-rung eines Leiters (10) in einem zu verbinden-dem Abschnitt (32);• mit mindestens einer Plasmaquelle (50) zurErzeugung eines Plasmas (51);• mit mindestens einer Zuleitung (55) zur Zufüh-rung eines Verbindungsmaterials (30) in dasPlasma (51) der Plasmaquelle (50);

dadurch gekennzeichnet

• dass die Plasmaquelle (50) mindestens eineDüse (53) ausgebildet hat, durch die ein Plas-mastrahl (52) mit darin enthaltenem aktiviertenVerbindungsmaterial (31) auf den zu verbinden-den Abschnitt (32) richtbar ist, so dass eine Ab-lagerung (33) ausbildbar ist, die den Leiter (10)und das Substrat (20) stoffschlüssig verbindet;und• dass dem Leiter (10) mindestens eine Wär-mesenke (41) am zu verbindenden Abschnitt(32) oder an der Positioniereinheit (40) zugeord-net ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei mindestens einVerstellsystem (60) vorgesehen ist, das zum Erzeu-gen einer dreidimensionalen Relativbewegung desSubstrats (20) gegen die mindestens eine Plasma-quelle (50) und die Positioniereinheit (40) entlangeines Verbindungspfades (34) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9,wobei jede der mindestens einen Plasmaquelle (50)mindestens eine Zuleitung (55) zur Zufuhr von Ver-bindungsmaterial (30) in das Plasma (51) aufweist.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei jede Zu-leitung (55) eine Dosiereinheit (56) umfasst, welchezur abstimmbaren Dosierung eines Trägergases(35) und jeweils mindestens einer Materialkompo-nente (36, 37) des Verbindungsmaterials (30) aus-gelegt ist.

12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11,wobei der mindestens einen Plasmaquelle (50) ineiner Vorschubrichtung (R) mindestens eine weiterePlasmaquelle (501) vor- und/oder nachgeordnet ist.

13. System, umfassend mehrere Vorrichtungen (1) nacheinem der Ansprüche 8 bis 12 zur parallelen Bear-beitung eines oder mehrerer Substrate (20).

Claims

1. Method of connecting conductors (10) to substrates(20) comprising the following steps:

• positioning a conductor (10) in a section (32)to be connected on a substrate (20) by a posi-tioning unit (40);• generating a plasma (51) in at least one plasmasource (50) and supplying connecting material(30) into the plasma (51), wherein the connect-ing material (30) is activated by at least partiallychanging its nature;• directional discharging a plasma jet (52) andactivated connecting material (31) containedtherein through at least one nozzle (53) of theat least one plasma source (50) on the section(32) to be connected; and• depositing of activated connecting material(31) on the section (32) to be connected, so thata deposit (33) of connecting material (30) con-nects the conductor (10) with the substrate (20)in a material-locking manner;

characterized in thatat least one heat sink (41) is provided on the section(32) to be connected or is thermally conductivelyconnected to the conductor (10) via the positioningunit (40) so that heat energy is dissipated from theconductor (10).

2. Method according to claim 1, wherein a relativemovement between the section (32) to be connectedalong a connection path (34) is excecuted on thesubstrate (20) and the at least one plasma source(50).

3. Method according to claim 1 or 2, wherein the con-necting material (30), which is supplied to a plasmasource (50), is composed from a plurality of materialcomponents (36, 37).

4. Method according to claim 3, wherein the materialcomponents (36, 37) and the mixing ratio thereof canbe varied in the deposit (33) along the connectionpath (34).

5. Method according to any one of the precedingclaims, wherein at least one further plasma source(501), by means of which a further deposition (331)of a further connecting material (301) along with thedeposit (33) or on the deposit (33) is applied on atleast part of the surface, is arranged downstreamthe plasma source (50) in a feed direction (R).

6. Method according to any one of the precedingclaims, wherein a compressive force (F1) is set onthe conductor (10) against the substrate (20) and/ora pulling force (F2) is set on the conductor (10) inthe direction of the feed direction (R) by means ofthe positioning unit (40).

7. Method according to any one of the preceding

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claims, wherein the connecting material (30) com-prises at least one powder type which is mixed andhomogenized with a carrier gas (35) or a carrier liq-uid.

8. Device (1) for connecting conductors (10) with sub-strates (20) comprising

• a positioning unit (40) for positioning a conduc-tor (10) in a section (32) to be connected;• at least one plasma source (50) for generatinga plasma (51);• at least one feed line (55) for feeding a con-necting material (30) into the plasma (51) of theplasma source (50);

characterized in that

• the plasma source (50) has formed at least onenozzle (53) through which a plasma jet (52), hav-ing activated connecting material (31) containedtherein, can be directed onto the section (32) tobe connected so that a deposit (33) can beformed which connects the conductor (10) andthe substrate (20) in a material-locking manner;and• at least one heat sink (41) is assigned to theconductor (10) at the section (32) to be connect-ed or at the positioning unit (40).

9. Device according to claim 8, wherein at least oneadjustment system (60) is provided which is config-ured to generate a three-dimensional relative move-ment of the substrate (20) against the at least oneplasma source (50) and the positioning unit (40)along a connecting path (34).

10. Device (1) according to any one of the claims 8 or9, wherein each of the at least one plasma source(50) has at least one feed line (55) for feeding con-necting material (30) into the plasma (51).

11. Device (1) according to claim 10, wherein each feedline (55) comprises a metering unit (56) which is con-figured for the tunable metering of a carrier gas (35)and in each case at least one material component(36, 37) of the connecting material (30).

12. Device (1) according to any one of the claims 8 to11, wherein at least one further plasma source (501)is arranged upstream and/or downstream of the atleast one plasma source (50) in a feed direction (R).

13. System comprising a plurality of devices (1) accord-ing to any one of the claims 8 to 12 for the parallelprocessing of one or more substrates (20).

Revendications

1. Procédé de connexion de conducteurs (10) à dessubstrats (20) comprenant les étapes suivantes:

• le positionnement d’un conducteur (10) dansune partie (32) à connecter sur un substrat (20)par une unité de positionnement (40);• la génération d’un plasma (51) dans au moinsune source de plasma (50) et amener un maté-riau de connexion (30) dans le plasma (51), danslequel le matériau de connexion (30) est activéen modifiant au moins partiellement sa nature;• la décharge directionnelle d’un jet de plasma(52) et d’un matériau de connexion activé (31)contenu dans celui-ci à travers au moins unebuse (53) d’au moins une source de plasma (50)sur la partie (32) à connecter; et• le dépôt d’un matériau de connexion activé (31)sur la partie (32) à connecter, de sorte qu’undépôt (33) de matériau de connexion (30) reliele conducteur (10) au substrat (20) d’une ma-nière verrouillée en substance;

caractérisé en ce queau moins un dissipateur thermique (41) est prévusur la partie (32) à connecter ou est connecté demanière conductible thermiquement au conducteur(10) par l’intermédiaire de l’unité de positionnement(40) de sorte que l’énergie thermique est extraite duconducteur (10).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel unmouvement relatif est effectué entre la partie (32) àconnecter le long d’un trajet de connexion (34) surle substrat (20) et la au moins une source de plasma(50).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequelle matériau de connexion (30) qui est amené dansune source de plasma (50) est composé d’une plu-ralité de composants de matériaux (36, 37).

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel lescomposants de matériaux (36, 37) et leur rapport demélange dans le dépôt (33) sont modifiés le long dutrajet de connexion (34).

5. Procédé selon l’une des revendications précéden-tes, dans lequel au moins une autre source de plas-ma (501), avec laquelle un dépôt supplémentaire(331) d’un autre matériau de connexion (301) estappliqué avec le dépôt (33) ou sur le dépôt (33) aumoins partiellement sur une zone, est disposée enaval de la source de plasma (50) dans une directiond’alimentation (R).

6. Procédé selon l’une des revendications précédentes

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dans lequel une force de compression (F1) sur leconducteur (10) contre le substrat (20) et/ou une for-ce de traction (F2) sur le conducteur (10) dans ladirection d’alimentation (R) est réglée par l’unité depositionnement (40).

7. Procédé selon l’une des revendications précéden-tes, dans lequel le matériau de connexion (30) com-prend au moins un type de poudre qui est mélangéet homogénéisé avec un gaz porteur (35) ou un li-quide porteur.

8. Dispositif (1) de connexion des conducteurs (10)avec des substrats (20) comprenant:

• une unité de positionnement (40) pour posi-tionner un conducteur (10) dans une partie (32)à connecter;• au moins une source de plasma (50) pour gé-nérer un plasma (51);• au moins une conduite d’alimentation (55) pouralimenter un matériau de connexion (30) dansle plasma (51) de la source de plasma (50);

caractérisé en ce que

• la source de plasma (50) a formé au moins unebuse (53) à travers laquelle un jet de plasma(52) avec un matériau de connexion activé (31)contenu dans celui-ci peut être dirigé sur la par-tie (32) à connecter, de sorte qu’un dépôt (33)peut être formé qui relie le conducteur (10) et lesubstrat (20) d’une manière verrouillée en subs-tance; et• au moins un dissipateur thermique (41) est af-fecté au conducteur (10) sur la partie (32) à con-necter ou sur l’unité de positionnement (40).

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel il estprévu au moins un système de réglage (60) qui estconçu pour générer un mouvement relatif tridimen-sionnel du substrat (20) contre la au moins une sour-ce de plasma (50) et l’unité de positionnement (40)selon un trajet de connexion (34).

10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendica-tions 8 ou 9, dans lequel chacune des au moins unesource de plasma (50) comporte au moins une con-duite d’alimentation (55) pour amener un matériaude connexion (30) dans le plasma (51).

11. Dispositif (1) selon la revendication 10, dans lequelchaque conduite d’alimentation (55) comprend uneunité de dosage (56) conçue pour le dosage accor-dable d’un gaz porteur (35) et à chaque fois au moinsun composant de matériaux (36, 37) du matériau deconnexion (30).

12. Dispositif (1) selon l’une des revendications 8 à 11,dans lequel au moins une autre source de plasma(501) est disposée en amont et/ou en aval de la aumoins une source de plasma (50) dans une directiond’alimentation (R).

13. Système comprenant plusieurs dispositifs (1) selonl’une des revendications 8 à 12 pour le traitementparallèle d’un ou plusieurs substrats.

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IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommenund ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; dasEPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente

• DE 10019095 B4 [0006]• DE 102007042082 A1 [0007]• EP 1748495 A1 [0008] [0072]• DE 102008046330 A1 [0009]• DE 102009000262 A1 [0010]

• DE 19952043 A1 [0011]• DE 102008011249 A1 [0012]• WO 2011120714 A2 [0013]• DE 102010013850 A1 [0014]• US 20020056473 A1 [0015]