金属带材料和太阳能电池集电用互连线的制作方法

专利名称：金属带材料和太阳能电池集电用互连线的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属带材料。更详细地讲，涉及用于半导体安装的金属带材料，特别是涉及用于太阳能电池的集电的太阳能电池集电用互连线(内部连线dnterconnector)。
背景技术：
太阳能电池发电是将无尽的太阳能直接变换为电能的发电方式。因此，太阳能电池发电作为大幅度地减轻能源问题的技术，近年技术开发变得活跃，市场也在较大地扩大。
现在，太阳能电池的基板较多采用单晶硅基板或者多晶硅基板。采用单晶硅基板等的太阳能电池由具有数十平方厘米左右的大小的被称为太阳能电池单元(单元电池，cell)的多个基板形成。将形成太阳能电池的多个太阳能电池单元之间用集电用配线连接，将由每个太阳能电池单元生成的电能集电。太阳能电池単元和集电用配线之间的连接，较多采用软钎料的熔融液相接合。该集电用配线被称为集电用互连线，由被覆了软钎料的铜扁平线形成。一般地讲，铜扁平铜线是通过将圆线轧制形成扁平线(金属帯)来制造的。由于采用这样的制造方法制造，因此铜扁平铜线能够制造成厚度较薄、并较长的形状。另ー方面，太阳能电池是将发电电力作为电流输出的能量装置。因此，集电用互连线的截面积、和集电用互连线与太阳能电池単元之间的连接面的面积，需要考虑在集电用互连线中流动的电流量来决定。为了将集电用互连线与太阳能电池単元接合，需要实施将集电用互连线和太阳能电池单元升温进行液相接合后冷却到室温的处理。在该处理中，起因于作为太阳能电池单元的主要的结构体的硅的热膨胀系数和作为构成集电用互连线的主要的结构体的铜的热膨胀系数之差，产生热应力。金属和硅的在室温附近的代表性的线膨胀系数，铜为16.6X10-6 (IT1)、银为 19X10-6 (IT1)、铝为 25X 1(T6 (IT1)、硅为 3X 1(T6 (IT1)。将铜和硅在200°C接合的情况下，产生约0. 26%的长度之差。并且，起因于该长度之差，在铜和硅之间产生热应カ和翘曲。如上所示，铜的热膨胀系数和硅的热膨胀系数的比率约为5倍、较大，因此由于产生的热应力，太阳能电池単元有变形或破损的可能性。另ー方面，为了对应于硅材料紧迫的状況，并且谋求太阳能电池単元的成本下降，正在推进用于太阳能电池単元的基板的薄型化。例如，厚度为ISOiim等非常薄的硅基板作为太阳能电池使用了起来。因此，热应カ所引起的太阳能电池単元的破损成为了更大的问题。为了解决该问题，进行了将集电用互连线软质化的尝试(例如，參照非专利文献I)。为了应对起因于金属和硅的热膨胀系数之差的问题，使集电用互连线软质化，即，使杨氏模量和屈服应カ降低是重要的。一般地讲，作为金属的屈服应カ的指标，采用Oa2屈服強度(名义屈服強度；产生0. 2%残余应变的应力)的情况较多。集电用互连线的情况下也设想为以应变为0.2%左右的等级导入。因此，降低0 a2屈服強度，会使金属侧屈服，使热应カ和翘曲产生。为了使金属软质化，一般采用通过退火使位错密度降低的方法。但是，在采用退火进行的软化时，在Otl 2屈服強度的降低上存在极限，难以与太阳能电池単元基板的进ー步薄膜化等对应。因此，提出了集电用互连线的结构和安装结构的改良、以及织构的控制的各种技术(例如，參照专利文献广3 )。专利文献I中记载的发明，通过在集电用互连线的纵向(长度方向)上形成波形部来释放应力。另外，专利文献2中记载的发明，通过在太阳能电池単元的电极的纵向上以任意的间隔形成未形成电极的非连接部，来降低连接了集电用互连线后的冷却エ序中的热应力。此外，专利文献3中记载的发明，为了降低oa2屈服強度，通过使导体中心部的晶体取向(镀线轴取向)以30%以上的比例在(211)方位取向，来降低太阳能电池单元的翘曲。通过变更太阳能电池単元和集电用互连线之间的连接结构来缓和热应カ的技术非常有效。但是，在专利文献I中记载的技术中，需要的集电用互连线的长度变长，因此存在集电用互连线的材料费、和电阻变大的可能性。另外，在专利文献I和2中记载的技术中，太阳能电池単元和集电用互连线之间的接合面积减少，因此存在连接电阻増加，并且接合部分(槽ロ部分)的电阻增加的可能性。因此，与这样的技术相区別，強烈地要求通过将集电用互连线的材质本身进ー步低杨氏模量化、低屈服应カ化，来改善集电用互连线的机械特性。再者认为，在使用了多晶硅基板的太阳能电池以外的各种各样的种类的太阳能电池中，太阳能电池的材料和导电用导体由于材料不同，因此会产生同样的问题。 另ー方面，近年，提出了将由金属构成的凸块软钎焊(软钎料连接)在半导体晶片上，接合金属丝或金属带的打线凸块(例如，參照专利文献4)。在进行软钎料连接的情况下也存在产生热应カ的可能性，因此存在产生与上述的太阳能电池的集电用互连线同样的问题的可能性。再者，用于软性电路基板的金属箔，是利用织构控制太阳电池用的集电用互连线以外的安装用电导体的机械特性的技术的一例(例如，參照专利文献5 7)。专利文献5中记载的方法，其要件为，利用轧制面的X射线衍射求出的(200)面的強度(I)相对于利用微粉末铜的X射线衍射求出的(200)面的強度(10)，为1/10 > 20以上。这是为了提高作为使箔反复折曲时的特性的疲劳特性。另外，专利文献6中记载的方法，其要件为，金属箔由具有立方晶系的晶体结构的金属构成，并且从折曲部的棱线沿厚度方向切下时的配线的截面，以
为晶带轴在从(100)向(110)的旋转方向的(20 I 0)到(I 20 0)的范围所包含的任一个面上形成主取向。此外，专利文献7中记载的金属箔，其要件为，晶体的[100]方向和轧制方向构成的角度为15度以内的晶粒的面积率为80%以上，并且晶粒粒径最大为5pm以下。但是，专利文献7中记载的仅沿轧制方向取向的晶粒粒径较小的金属箔，在0 a2屈服強度的降低上存在极限。现有技术文献专利文献I :日本特开2006-80217号公报专利文献2 :日本特开2008-21831号公报专利文献3 :日本特开2008-168339号公报专利文献4 :日本特开2006-319002号公报专利文献5 :日本专利第3009383号公报专利文献6 :日本特开2010-34541号公报专利文献7 :日本特开2007-107038号公报非专利文献I :远藤裕寿等，日立电线2007年、26卷I号、pl
发明内容
本发明是为了解决上述问题完成的，其目的是提供改善了机械特性以使得杨氏模量和屈服应カ变低、并且断裂伸长率变大的金属带材料和使用该金属带材料形成的半导体安装用金属带材料、特别是太阳能电池集电用互连线。其目的是提供特别是纵向的杨氏模量和屈服应カ低、断裂伸长率大的金属带材料和使用该金属带材料形成的半导体安装用金属带材料、特别是太阳能电池集电用互连线。(I) ー种金属带材料，是具有晶体结构为面心立方晶格结构的金属的金属带材料，其特征在于，上述面心立方结构的晶胞的晶轴< 100 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带材料面内的第I方向取向差为15°以内的<100 >择优取向区域的面积率A1为609^100%，并且，将上述面心立方结构的晶胞的晶轴< 212 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带材料面内的上述第I方向取向差为15°以内的< 212 >择优取向区域的面积率记为A2，上述< 212 >择优 取向区域的面积率和上述< 100 >择优取向区域的面积率的合计AfA2超过70%且为100%以下。(2)根据(I)所述的金属带材料，其中，上述第I方向是上述金属带材料的纵向(长度方向)。(3)根据(I)或(2)所述的金属带材料，其特征在于，上述面积率A1为659T99. 8%，上述面积率A2为0. 2% 12%，并且，上述合计AfA2超过70%且为100%以下。(4)根据(I) (3)所述的金属带材料，其特征在于，构成上述< 100 >择优取向区域的晶粒形成上述金属带材料的上表面和下表面各自的至少一部分，上述金属带材料的面内方向的上述晶粒的晶粒尺寸为400 ii m以上，并且,上述晶粒具有构成上述< 212 >择优取向区域的晶粒在内部分散的组织。(5)根据(I) (4)所述的金属带材料，其特征在于，上述金属是纯度为99. 9%以上的铜。(6)根据(I广(5)所述的金属带材料，其特征在于，表面由熔点为250°C以下的金
属被覆。(7) —种太阳能电池集电用互连线，其特征在于，是由(I) (6)的任一项所述的金属带材料以lmnT5mm的宽度、超过50 y m且为300 u m以下的厚度形成。本发明涉及的金属带材料与使用相同物质利用以往的构成形成的金属带材料相比，可以大大降低杨氏模量、特别是纵向的杨氏模量和屈服应力。因此，能够降低对利用软钎料或导电性粘结剂等与本发明涉及的金属带材料连接的半导体基板施加的应力，可以抑制半导体基板的翘曲、以及连接界面和半导体基板的破坏。另外，在使用本发明涉及的金属带材料形成太阳能电池等的集电用互连线的情况下，可以降低热应カ所引起的太阳能电池単元的破损。此外，通过增大断裂伸长率，可以降低在安装时施加了张カ时所产生的机械应力、或者接合后冷却后或使用时的温度变化所引起的热应カ造成的金属丝断裂的危险性。


图I是概略地表示作为本发明涉及的实施方式的集电用互连线进行线安装的太阳能电池的图。
图2是概略地表示本发明涉及的金属带材料的实施方式的图。图3是表示本发明涉及的实施例的金属带材料的宽阔面的组织的一例的图。图4是表示作为本发明涉及的太阳能电池集电用互连线的比较例的太阳能电池集电用互连线的宽阔面内的组织的一例的图。图5是表示作为本发明涉及的太阳能电池集电用互连线的比较例的太阳能电池集电用互连线的宽阔面内的组织的另一例的图。
具体实施例方式本发明涉及的金属带材料，与太阳能电池単元和半导体芯片等的半导体表面连接，用于集电和电信号传输。本发明涉及的金属带材料在以下详细地说明。在以下的详细说明中使用时，用语「线安装」是指为了集电或形成电信号回路，在半导体表面线状地即ニ维线接触地连接金属带(长的导体)的安装方式，用语「金属带面」是指半导体表面和金属带·所接合的面。另外，用语「L方向」是指在线安装中使用的金属带导体的纵向(长度方向)，用语「D方向」是指半导体表面的法线方向，用语「W方向」是指与L方向和D方向全都正交的方向。一般来说，带面是L方向的边比W方向的边长的宽阔面。图I是概略地表示作为本发明涉及的实施方式的集电用互连线进行线安装的晶体型的太阳能电池的一部分的图。如图I所示，太阳能电池的一部分具有太阳能电池単元la、lb和lc、以及作为金属带的集电用互连线2a、2b、2c和2d。太阳能电池单元la、lb和lc、以及集电用互连线2a、2b,2c和2d，利用软钎料或导电粘结剂机械地电接合，由此分别线安装。更具体地讲，集电用互连线2a和2b，线安装在太阳能电池単元Ia的表面、以及沿太阳能电池単元Ia的L方向3的方向相邻地配置的太阳能电池单元Ib的背面。在此，表面指朝向D方向4的正方向的面，背面指朝向D方向4的负方向的面。集电用互连线2c和2d线安装在太阳能电池单元Ib的表面、以及太阳能电池単元Ic的背面。通过这样利用集电用互连线2a、2b、2c和2d连接，太阳能电池单元la、Ib和Ic被电串联连接。集电用互连线2a和2b在W方向5的方向上空开适当间隔地配置。同样，集电用互连线2c和2d在W方向5的方向上空开适当间隔地配置。图2是概略地表示作为带状金属或带状导体的本发明涉及的金属带材料26的实施方式的图。金属带材料26的上表面和下表面各自的一部分与太阳能电池単元I接合。另外，在金属带材料21 26中，电流沿用箭头A表示的方向或箭头A的相反的方向流动。金属带材料的与电流方向垂直方向的截面、即与箭头A对向的截面可以形成为各种的形状。图2 (a)所示的金属带材料21，与箭头A对向的截面为横向长的长方形。另外，图2(b)所示的金属带材料22，与箭头A对向的截面与图2 Ca)所示的金属带材料21不同，四个顶点部不是直角而是具有圆角的形状。此外，图2 (c)所示的金属带材料23，与箭头A对向的截面具有整体向外侧膨胀地弯曲的纵边。另外，金属带材料也可以具备金属芯材6和被覆金属芯材6的导电性接合剂7。图2 (d)所示的金属带材料24中，金属芯材6在其上表面、下表面和侧面的全部面利用导电性接合剂7被覆。另外，图2 (e)所示的金属带材料25，金属芯材6在其上表面和下表面的每个面利用导电性接合剂7被覆。此外，图2 (f)所示的金属带材料26，金属芯材6仅其上表面利用导电性接合剂7被覆。导电性接合剂7是在金属带材料24 26作为集电用互连线使用时，为了与太阳能电池单元接合而使用的粘结剂。具体地讲，导电性接合剂7是软钎料以及热固性的导电性粘结剂等。但是，本发明涉及的金属带并不必须利用软钎料或导电性树脂被覆。在利用软钎料带、糊或导电性粘结剂进行线安装的情况下，本发明涉及的金属带可以是金属带材料2广23那样的裸导线。金属带材料23那样的裸导线也被称为裸金属帯。合适的是，裸金属带在其表面涂布苯并三唑之类的防锈剂。另外，合适的是，在作为以太阳能电池的集电用互连线为首的半导体线安装用的材料使用裸金属带的情况下，裸金属带被覆有软钎料镀层或导电性粘结剂。该情况下，金属带不需要与软钎料条(ribbon)的定位(alignment),因此不需要从外部供给接合材料，因此可以简化接合エ艺和装置。另外，被覆有软钎料镀层或导电性粘结剂的材料，耐蚀性也优异，因此也有保存性优异的优点。在本发明中，优选被覆用金属的熔点较低。原因是通过作为被覆用金属采用低熔点的金属，降低在线安装时产生的热应变的缘故。具体地讲，优选被覆的金属的熔点为250°C以下。被覆用金属也可以不是单相(single phase)。被覆用金属在线安装时即回流 焊时在250°C以下熔融即可。在作为晶体硅型的太阳能电池的集电用互连线使用的情况下，优选被覆用金属的熔点为180°C以上。原因是被覆用金属需要在封装太阳能电池単元的こ烯-こ酸こ烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate)等的填充剂的聚合温度下不发生再熔融。满足上述条件的被覆用金属是铅系软钎料、锡系软钎料等。如果考虑环境问题，则在本发明中，最优选作为被覆导体的材料采用锡系软钎料。锡的熔点为232°C。但是，通过对锡添加银，能够将熔点减低到221 °C。该情况下，银的组成为3. 5质量％。但是，考虑其他的添加元素、接合性和接合強度等，银的组成也可以设在广4质量％的范围。通过除了银以外还添加铜，被覆用金属的熔点可以降低到217°C。在该三元共晶组成中，银的组成为3.8质量％，铜银的组成为0. 5质量％，其他的组成可以设为錫。但是，考虑其他的添加元素、接合性和接合強度，铜银的组成可以设在0. n. 0质量％。此外，也可以根据需要添加第4族元素和第5族元素。用于线安装的导电性树脂(粘结剂)是含有金属填料的树脂等。金属填料可采用金、银、铜、钼、钯和镍等耐蚀性比较高的金属粉末、以及炭黑和石墨颗粒等的碳粉等。树脂的材料可采用环氧树脂、丙烯酸系树脂和酚等。用于线安装的导电性树脂，采用热固型树脂或紫外线固化型树脂的任一种树脂都可以。但是，导电性树脂的固化温度优选为250°C以下。另外，太阳能电池用的导电性树脂固化后需要在180°C以下的温度下不软化。此外，太阳能电池用的导电性树脂需要在紫外线下不劣化。用于线安装的金属带的导电率优选较高。原因是在金属带的导电率低(即电阻高)的情况下，需要増大金属带的截面积，因此会对软钎料连接后的半导体施加大的热应变。因此，用于线安装的金属带的材料，优选导电率高的金属，具体地讲，优选铜、银、铝和金等的面心立方金属。在这些面心立方金属之中，铜导电率较高、热膨胀率比较小，而且能够廉价地购入。因此，在这些面心立方金属之中，铜是最优选的材料。如果考虑导电率，则金属带的材料优选纯铜。在作为エ业材料采用的情况下，金属带的材料优选韧铜和无氧铜等的纯度为99. 9%以上的高纯度的铜。
在采用软钎料或导电性树脂等进行的线安装吋，为了缓和由于半导体和金属带之间的热膨胀差而产生的热应变，降低金属带的纵向、即L方向的杨氏模量、屈服应カ是极其有效的。特别是在180°C 250°C的接合温度下连接的用途中，重要的是降低纵向的应变为
0.2%时的应カ值。例如，表示评价太阳能电池的集电用互连线时使用的屈服特性的指标，是金属带的O a2屈服強度等。在软钎料熔融凝固后、或者导电性粘结剂固化后的冷却エ序中，起因于半导体和金属带之间的热收缩量不同，产生热应变。金属带的纵向的杨氏模量、屈服应カ越小，则对半导体施加的应カ就越小，翘曲的大小变小，并且裂纹的产生概率变小。此夕卜，通过增大断裂伸长率，可以降低金属丝由于在安装时施加了张カ时产生的拉伸应力、在接合后匹配部冷却时产生的拉伸应力、和使用时的温度变化所引起的应カ等而断裂的危险性。因此，断裂伸长率大是作为以太阳能电池集电用互连线为首的半导体安装用金属带材料较重要的机械特性之一。紫外线固化型的粘结剂，一般固化温度较低，线安装时的热应变较小。因此，优选将紫外线固化型的粘结剂作为用于将半导体线安装的粘结剂使用。但是，在如紫外线固化型的粘结剂等那样使用树脂的情况下，优选所使用的金属带材料的L方向的杨氏模量和屈 服应カ较小，并且优选断裂伸长率较大。这是为了降低由于使用时的外部气温的变化等的环境变化而反复产生的热应变、和金属丝由于产生的热应变而断裂的危险性。本发明者鉴于如上述那样的状况，通过如下地进行金属带材料的组织控制，来抑制杨氏模量和屈服应カ以及O ^ 2屈服強度，并且増大断裂伸长率，由此发明了能够很好地用于与太阳能电池単元和半导体芯片等的半导体表面连接的金属带材料。S卩，本发明的金属带材料是形成为下述织构的材料面心立方结构的晶胞的基本晶轴< 100 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内且相对于该金属带材料面内的第I方向取向差为15°以内的< 100 >择优取向区域的面积率A1为609^100%，并且，将面心立方结构的晶胞的晶轴< 212 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内且相对于该金属带材料面内的第I方向取向差为15°以内的<212>择优取向区域的面积率记为A2，将< 212 >择优取向区域的面积率和该< 100 >择优取向区域合计后的区域的面积率的合计AfA2超过70%且为100%以下。通过作为金属带材料的织构采用这样的织构，可以降低金属带材料的％.2屈服強度，特别是可以使纵向的％.2屈服強度降低。其结果，可以大大地降低线安装时的热膨胀率之差(热收缩率之差)所引起的沿半导体的L方向施加的应力、应变。可以优选地形成为下述织构< 100 >择优取向区域的面积率A1为659T99. 8%，
<212 >择优取向区域的面积率A2为0. 29Tl2%，< 212 >择优取向区域的面积率和< 100>择优取向区域的面积率的合计AJA2超过70%且为100%以下。由此，可以更加降低金属带材料的Oci 2屈服強度，可以使断裂伸长率提高。优选的是，具有这样的机械特性的金属带材料，具有构成< 100 >择优取向区域的晶粒构成金属带材料的上表面和下表面各自的至少一部分的结构。即，在具有这样的机械特性的金属带材料中，构成< 100 >择优取向区域的晶粒全部从金属带材料的ー个金属带面贯通到另ー个金属带面。另外，在利用软钎料或导电性粘结剂被覆了的金属带材料中，由被覆材料被覆了的金属芯材，晶体结构是面心立方结构，具有构成金属芯材的上表面和下表面各自的至少一部分的结构。换句话说，金属芯材具有构成< 100 >择优取向区域的晶粒从金属芯材的上表面贯通到下表面的组织。另外，优选的是，< 100 >择优取向区域的晶粒尺寸具有400 ilm以上的大小。此外，优选的是，< 100 >择优取向区域，在内部分散形成有晶体取向与以< 212 >择优取向区域为主体的晶轴< 212 >不同的晶粒。在本说明书中使用的情况下，用语「晶粒尺寸」指在金属带面等的规定的面观察的一个晶体的大小，用在规定的面观察的晶面的圆当量直径表示。再者，在规定的面观察的晶面，包含在晶粒内部具有与该晶体不同的取向的相的情况下，晶面的外周除了带芯材的上下表面，不具有切断点时，观察的晶体判断为ー个晶体。另外，在本说明书中使用的情况下，用语「分散」指晶粒或相配置在各种的位置。通过得到这样的机械特性，可以大大地降低线安装时的热膨胀率之差(热收缩率之差)所引起的半导体的L方向的应カ和应变。其结果，可以降低安装时和使用时的金属带材料的断裂、以及金属带材料和半导体之间的接合部的剥离所引起的障碍。在本说明书中使用的情况下，用语「择优取向区域的面积率」是指在任意的截面切 断了金属带材料的切断面中的、处于如上述那样规定的取向范围的晶粒的面积率(如上述那样规定的晶粒相对于观察视场面积的面积比例)。另外，用语「取向差」是指在某一晶轴和规定的方向之间形成的旋转角。此外，晶轴< 100 >和晶轴< 212 >分别是指晶格面(100)和(212)的法线方向。再者，本发明是半导体的安装等所使用的金属带材料，因此观察视场面通常优选为带的宽阔面、即金属带面。因为通过以金属带面为观察视场面，与以其他的面作为观察视场面的情况相比，能够进行在较大的面积下的评价。此外，在制作研磨等的试样时、和利用电子背散射衍射法(EBSD法Electron Back-scattering Diffraction法)等进行取向测定时，可以减小角度误差。但是，也可以将其他的面作为观察视场面。该情况下，为了取得代表组织的平均数据而进行充分大的面积的測定，并且制作试样时、和取向测定时，需要角度误差较小。首先，对于将取向差的指标规定为15°的理由进行说明。将取向差的指标规定为15°的理由是因为一般是将以0(1.2屈服強度等为指标的屈服应力、強度、断裂伸长率等的机械特性造成大的影响的晶界的定义设为具有旋转角为15°以上的取向差的晶粒的界面的缘故。在含有面心立方金属的立方晶中，晶轴< 001 >和晶轴< 111 >之间的最小的取向差为54. 4°。另外，晶轴< 100 >和晶轴< 212 >之间的最小的取向差为48. 1°。另夕卜，晶轴< 001 >和晶轴< 211 >之间的最小的取向差为35. 2°。此外，晶轴< 211 >和晶轴< 212 >之间的最小的取向差为17. 4°。通过将取向差的指标设为15°，可区别以这些代表性的晶轴的取向为主取向的织构。接着，说明对于面心立方结构的晶胞的基本晶轴< 100 >，规定< 100 >择优取向区域的面积率A1为60%以上、优选为65%以上的理由。这样规定主要是为了使金属带的屈服应カ降低。面心立方金属、特别是作为太阳能电池集电用互连线等半导体安装用材料采用的铜、银、铝和金，与其他的取向相比可以容易地形成< 100 >织构。因此，通过使< 100>织构发达地结合，可以使晶粒粗大化。通过增大< 100 >择优取向区域的面积率，能够对于在线安装时产生的热收缩之差所引起的L方向的拉伸应力，減少晶界造成的拘束。另外，在由拉伸应力生成的位错传播的中途，位错被晶界阻止而拘束的可能性变低。其结果，金属带的屈服应カ降低，能够降低沿半导体基板的L方向施加的应力。
特别是在作为太阳能电池集电用互连线使用金属带材料时，在带面内形成< 100>择优取向区域的< 100 >晶粒的晶粒尺寸为400 u m以上的情况下，能够显著地减少O ^ 2屈服強度。进而，在带面内形成< 100 >择优取向区域的< 100 >晶粒的晶粒尺寸为800 u m以上的情况下，能够显著地減少0。.2屈服強度。面心立方金属在< 111 >取向和< 211 >取向也可以形成织构。但是，在<111>取向和< 211 >取向形成织构的情况下，与在< 100 >取向形成织构时相比，施密特因子(Schmid factor)变大。因此,从减小屈服应カ的观点来看,优选在金属带的表面的法线方向和金属带的面内，各自的< 100 >轴一致的< 100 >择优取向区域较大。另外，相反地，优选具有其他的取向的晶粒所占的区域较小。接着，说明规定作为< 100 >择优取向区域的面积率和< 212 >择优取向区域的面积率的合计的AfA2面积率超过70%的理由。在面心立方金属的情况下，晶轴< 212 >的取向是具有< 100 >择优取向区域的织构的孪晶的带面法线，并且相当于带面内的主取向。孪晶边界与晶界相比，对屈服应カ造成的影响小。因此，在本发明中，考虑面心立方结 构的晶胞的晶轴< 212 >的< 212 >择优取向区域的面积率A2，规定作为< 100 >择优取向区域的面积率和< 212 >择优取向区域的面积率的合计的AfA2面积率超过70%。优选的是，< 212 >择优取向区域的面积率A2为0. 29^12%的面积率，并且在< 100 >择优取向区域之中分散地存在。由此，維持金属带的纵向的oa2屈服强度较低，并且断裂伸长率变大。由此，在将金属带与比较厚的半导体基板连接的情况下，获得难以引起金属带断裂的效果。在带面内存在包围于构成< 100 >择优取向区域的一个晶粒内，并且分散地存在的具有其他的取向的相的情况下，该晶粒的大小，作为包含< 100 >取向以外的分散相的大小来規定。在其界面为大倾角晶界的情况下也是同样的。在带面内，在< 100 >择优取向区域之中分散的< 212 >相的大小以圆当量直径计为IOOiim以下、优选为30iim以下的大小吋，特别是断裂伸长率变大。金属带形成2个晶轴< 100 >具有主取向的织构即可。金属带的面内的晶轴< 100>的主取向未必需要与L方向一致。优选金属带的面内的一个晶轴< 100 >的中心轴、SP织构的晶轴< 100 >的主取向，与L方向构成的角为0°以外，以W方向为中心轴旋转。通过这样地规定织构的晶轴< 100 >的主取向，可以减小施密特因子，可以更加降低屈服强度。因此，在金属带和半导体基板的接合温度高，应变大的情况下特别优选。但是，在利用软钎料等的钎焊合金安装金属带材料的情况下，如果使ー个晶轴
<100 >的方向与L方向一致，则相比于使ー个晶轴< 100 >的方向不与L方向一致的情况相比，纵向的屈服強度变大。但是，该情况下，杨氏模量降低，因此没有大的不利。此外，在低温下接合的情况下，使一个晶轴< 100 >的方向与L方向一致有时反而有利地作用。再者，金属带的表面的两个晶轴<100>与し方向以及W方向一致的金属带，可以通过规定的轧制和热处理来制造。以上说明的效果，原理上不仅是铜，即使是具有同样的滑移系的其他的面心立方金属也可得到。铝与铜相比电阻率较高，但具有弹性模量、屈服应カ较小的优点。另外，银与铜相比价格高，但具有弹性模量、屈服应カ、电阻全都较低的优点。本发明的金属带材料，可以在将由太阳能电池单元产生的电动势集电，连接太阳能电池单元彼此进行输电的太阳能电池集电用互连线中良好地使用。该太阳能电池集电用互连线，如图I所示，是线安装于太阳能电池单元表面上的。在本发明中，在将金属带材料作为本发明涉及的太阳能电池集电用互连线的情况下，其截面形状、大小可根据用途适当确定。另外，根据用途，可以在金属带上被覆其他的金属来作为太阳能电池集电用互连线。被覆用金属的厚度可根据用途适当确定。特别是在晶体硅型的太阳能电池中，以太阳能电池集电用互连线来使用的情况下，金属带的芯材优选处于宽度为lmnT5mm,厚度超过50 y m且为300 u m以下的范围。一般在通过太阳能电池集电用互连线串联连接的太阳能电池单元群中，所集电的电流为2 4A左右。因此，在例如每个太阳能电池単元接合两根太阳能电池集电用互连线的情况下，需要每ー根太阳能电池集电用互连线最大通过2A的电流。另外，如果考虑电阻所引起的发热等，则即使在使用铜和银等电阻比较低的材料的情况下，太阳能电池集电用互连线的电流容量也需要为8A/mm2以下。如果扩大太阳能电池集电用互连线的W方向的宽度，则受光面积变小，因此太阳能电池集电用互连线的W方向的宽度的上限为5mm。因此，在用于太阳能电池集电用互连线的情况下，金属带的厚度需要超过50 ym。此外，在金属带的厚度为50 y m以下的情况下，不仅金属带的强度降低，断裂伸长率也降低。因此，在作为太 阳能电池集电用互连线利用的情况下，安装时以及使用时的断裂的危险性变大。另ー方面，如果考虑现在使用的晶体型太阳能电池的厚度(200 左右)，则不希望金属带的厚度为超过300 ii m的厚度。如果金属带的厚度超过300 u m，则L方向的截面カ矩变大，在连接时单元的翘曲变大。因此，破坏金属带和太阳能电池単元之间的接合部、或者太阳能电池単元的危险性变大。因此，需要太阳能电池集电用互连线的W方向的宽度至少为1_。由以上来看，作为本发明的典型用途的晶体型太阳能电池集电用互连线的截面形状，优选的是具有lmnT5mm的宽度,超过50 u m、优选超过100 u m、且为300 u m以下的厚度。另外，构成< 100 >择优取向区域的晶粒，优选的是具有从截面形状的上边贯通下边的结构，以使得构成截面形状的上边和下边各自的至少一部分。进而，在截面形状的上边和下边的每ー边，优选< 100 >晶粒的晶粒尺寸为400i!m以上。在此，由软钎料或导电性粘结剂被覆了的金属带材料，晶体结构为面心立方结构，且具有构成金属芯材的带面的上表面和下表面各自的至少一部分的结构。换句话说，金属芯材具有构成< 100 >择优取向区域的晶粒从金属芯材的上表面贯通下表面的组织。具有本发明涉及的织构的金属带的形成方法不特定为具体的方法。但是，例如为了形成在金属带的厚度方向、纵向、横向分别具有进行晶轴< 100 >取向了的织构的金属带，也可以利用金属带坯料的轧制加工和再結晶。面心立方金属通过选择适当的加工、再结晶条件，能够形成晶轴< 100 >沿加工方向取向的织构。但是，不同于极薄的金属箔，为了在本发明的金属带中形成织构，需要在各种的条件下实施加工处理。已知面心立方金属通过轧制和拉丝，再结晶组织沿纵向采取晶轴< 100 >的取向。在具有本发明涉及的织构的金属带的形成方法中，优选以一定的压下率冷轧金属板，冷轧到规定的厚度，并且以规定的宽度实施缝加工的制造方法。这是因为比较< 100 >择优取向区域的发达和< 212 >择优取向区域的发达，后者占优的缘故。另外，通过金属板的冷轧而与轧制面平行、并且延伸成板状的加工组织，特别是对沿垂直于板厚方向的方向使
(100)再结晶晶粒发达很适合。另ー方面，在金属丝的拉丝エ序为主要的加工エ序的情况下，阻碍该再结晶织构的发达。
为了形成具有本发明涉及的织构的金属帯，优选进行冷加工率高的轧制和充分的再结晶热处理。但是，如果< 100 >择优取向区域的面积率超过99. 8%等变得过大，则断裂伸长率減少。这样，可理解并不是优选増大冷加工率，而是优选采用相应于最終冷加工的热过程、加工过程的最适合的加工率。不同于50lim以下的金属箔的制造,在未采取充分的冷加工率的情况下,通过异周速轧制等，在金属带的厚度方向给予剪切应变。接着，实施再结晶热处理，而且以一定以上的压下率进行冷加工，最后进行再结晶热处理。通过这样的处理，可以使冷轧压下率比较小。最終的再结晶热处理温度依赖于金属的纯度。在处理工业上使用的高纯度的铜、铝、银的情况下，最終的再结晶热处理温度为180°C以上。作为本发明涉及的一个实施方式的金属带，具有将晶轴< 100 >沿厚度方向上取向，其他的两个晶轴< 100 >相对于纵向、横向偏离了的织构。具有这样的织构的金属带作为薄的太阳能电池的集电用互连线的材料特别优异。因为这样的金属带，纵向的施密特因 子变小，屈服强度变小的缘故。这样的金属带可以通过将轧制到最終厚度的金属板以与轧制方向偏离了的角度切取来制造。将施密特因子从轧制方向偏离22. 5°进行加工吋，屈服应カ变得最小。但是，在偏离5°的情况下也可以使屈服应カ减小5%左右。制造由软钎料被覆了的太阳能电池集电用互连线所使用的金属带时，从耐蚀性的观点出发，优选软钎料遍及金属带全面地涂布。因此，在将金属带进行软钎料镀敷之前对金属带实施缝加工是更优选的。另外，也可以将热浸镀软钎料エ序作为再结晶热处理工序。但是，在热浸镀软钎料エ序中不优选处理温度高和/或处理时间过长。因为有时在软钎料和金属带(芯材)之间脆性的金属间化合物生长成需要以上。此外，进行了光亮退火后，通过连续地进行热浸镀软钎料，可以同时地进行金属带的氧化物除去、再结晶热处理、和软钎料镀敷。该情况下，为了避免金属间化合物的过大的生长，优选降低热浸镀软钎料的浸出时间。另外，为了在这些处理之前除去氧化膜，优选提高光亮退火的线速度，并且提高光亮退火温度。而且，为了同时地实现提高光亮退火的线速度、再结晶所引起的软质化和表面氧化物的除去，优选光亮退火炉的温度为550°C以上。软钎料镀敷エ序之后的加工，破坏< 100 >织构，由于金属的加工硬化，屈服强度提高，因此优选不施加较强的加工。但是，软钎料镀敷エ序之后，为了调整表面性状，也可以进行表皮光轧之类的轻微的加工。(实施例)以下，基于本实施例详细地说明本发明，它们表示本发明的例子，本发明丝毫不被实施例限定。铜的金属带材料通过以下所示的几种不同的方法制作。此外，使用制作出的金属带材料形成太阳能电池的集电用互连线，实施了模拟了其安装的试验。另外，为了确认本发明的材料的机械特性和组织的特征，对于以往的太阳能电池集电用互连线也进行制作，并实施了试验。(实施例I)在本实施例中，采用以下的Al的四个加工方法制作出金属带材料。制作出的金属带材料，是厚度160iimX宽度2mm、纯度为99. 99%的无氧铜的金属带(扁平线)材料。再者，采用加工方法C和D制作出的金属带材料全部是作为比较例制作出的材料。在加工方法A中，金属带材料将厚度为IOmm的铜热轧性板利用异步轧机以上下的辊周速差为4%轧制到2mm，接着在分批式炉中在Ar气流中进行300°C X 30分钟的中间热处理。接着，利用冷轧机轧制到160 iim，接着，进行宽度为2mm的缝加工来制作。在加工方法B中，金属带材料直到缝加工前为止与加工方法A同样地制造，但在最后的缝加工中相对于轧制方向倾斜5°来制造狭缝,在这点上不同。在加工方法C中，金属带材料，是将与加工方法A和B中使用的材料相同的无氧铜构成的直径为20mm的圆棒模锻加工到直径为5mm。其后，实施拉拔加工到直径2mm，最后轧制加工为宽度2mm、厚度160iim而制造。在加工方法D中，金属带材料，是将与加工方法A中使用的材料相同的厚度为10_的铜热轧性板利用通常的轧机轧制到2_，在分批式炉中在Ar气流中进行300°C X 30分钟的中间热处理。其后利用冷轧机轧制到160 u m,再其后进行宽度为2_的缝加工而制作出。由上述四种加工方法制造出的金属带材料，使用管状电炉，在Ar气流中以IOm/ 分钟的行进速度，连续地热处理。热处理在几个热处理温度条件下实施。接着，使其通过Sn-L 2质量％Ag-0. 5质量％Cu合金热浸镀软钎料槽。进而，实施表皮光轧，用厚度为20 y m的软钎料被覆了金属带材料的周围。基本上看不到由该处理造成的金属带材料的厚度的变化。评价金属带材料的组织,金属带材料采用电子背散射衍射法(EBSD法ElectronBack-scattering Diffraction法)測定。EBSD法,不同于X射线衍射法，能够从ー个面分析三维的晶体取向。金属带材料的晶体取向測定，在研磨金属带材料的宽阔面中央部使铜露出后，在使用胶体ニ氧化硅进行最終加工研磨的部分实施。另外，晶体取向測定通过将金属带材料具有的80011111\160011111的区域每隔的间隔进行测定来实施。将相对于金属带材料的厚度方向和轧制方向，晶轴< 100 >处于具有±15°以内的角度的取向的点的比例相对于全部测定点的比例(％)，作为< 100 >择优取向区域的面积率A1的测定比例进行規定。同样地，将相对于金属带材料的厚度方向和轧制方向，晶轴< 212 >处于具有±15°以内的角度的取向的点的比例相对于全部测定点的比例(％)，分别作为< 212 >择优取向区域的面积率A2的测定比例进行规定。在本測定中，測定区域充分大，并且測定间隔充分细，因此从这些测定值可以求出< 100 >择优取向区域的面积率A1和< 212 >择优取向区域的面积率A2。金属带材料的oa2屈服強度通过拉伸试验測定。软钎料层的厚度和被覆方法在全部的金属带材料中相同，因此，測定出的oa2屈服強度之差取决于金属带(芯材)材料的特性之差。在对太阳能电池的安装评价中使用的多晶硅的太阳能电池晶片为156mm见方，厚度为180 ym，从晶片中心线作为对象以80mm的间隔与晶片的ー边平行地设置2根平行电扱。电极是焙烧银糊而形成的，具有约10 Pm的厚度。线安装通过将金属带材料(集电用互连线)沿着电极熔敷(回流焊)在晶片上来实施。回流焊是通过在氩气热处理炉中对配置在晶片上的集电用互连线施加IkPa的载荷来实施。回流焊温度为250°C。线安装后，自然冷却到室温(25°C)，其后，除去载荷。其结果，在晶片中看到了线安装的L方向、金属带材料侧向内侧翘曲。这是由于金属带材料具有比多晶硅的太阳能电池晶片大的热膨胀系数，因此在回流焊后自然冷却到室温时产生的热收缩量之差所造成的。翘曲的程度根据金属带材料大不相同。再者，翘曲的程度将晶片的最大高低差作为翘曲量来评价。
以下的表I表示每个金属带材料的< 100 >择优取向区域的面积率Ap< 212 >择优取向区域的面积率A2、其总和AfA2、0(|.2屈服強度和翘曲量的评价結果。<100>择优取向区域的面积率A1和< 212 >择优取向区域的面积率A2分别对于金属带材料的厚度方向和轧制方向这两个方向计算出，但在表I中仅显示其中较小的值。再者，大多情况下，织构的晶轴< 100 >和晶轴< 212 >的集积度，相比于金属带材料的厚度方向，轧制方向较大。这样求出的面积率，与铜的晶胞的每个的晶轴相对于带的厚度方向取向差为15°以内，且相对于带材料面内的ー个方向取向差为15°以内的择优取向区域的面积率大致一致。另外，翘曲量为2. Omm以下的材料，即使将翘曲了的部分強制性地恢复平坦，金属带材料和太阳能电池晶片之间的接合部、以及太阳能电池晶片也不破损。由此，翘曲量为
2.Omm以下的材料评价为作为金属带材料没有问题的范围。表I
权利要求
1.ー种金属带材料，是具有晶体结构为面心立方晶格结构的金属的金属带材料，其特征在于，所述面心立方结构的晶胞的晶轴< 100 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带材料面内的第I方向取向差为15°以内的< 100 >择优取向区域的面积率A1为60% 100%，并且， 将所述面心立方结构的晶胞的晶轴< 212 >相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带材料面内的所述第I方向取向差为15°以内的<212 >择优取向区域的面积率记为A2，所述< 212 >择优取向区域的面积率和所述< 100 >择优取向区域的面积率的合计AJA2超过70%且为100%以下。
2.根据权利要求I所述的金属带材料，其特征在于，所述第I方向是所述金属带材料的纵向。
3.根据权利要求I或2所述的金属带材料，其特征在干， 所述面积率A1为65% 99. 8%, 所述面积率A2为0. 2°/Tl2%，并且， 所述合计AfA2超过70%且为100%以下。
4.根据权利要求I或2所述的金属带材料，其特征在干， 构成所述< 100 >择优取向区域的晶粒形成所述金属带材料的上表面和下表面各自的至少一部分， 所述金属带材料的面内方向的所述晶粒的晶粒尺寸为400 以上，并且， 所述晶粒具有构成所述< 212 >择优取向区域的晶粒在内部分散的组织。
5.根据权利要求广4的任一项所述的金属带材料，其特征在于，所述金属是纯度为99. 9%以上的铜。
6.根据权利要求I或2所述的金属带材料，其特征在于，表面由熔点为250°C以下的金属被覆。
7.一种太阳能电池集电用互连线，其特征在干，是由权利要求I或2所述的金属带材料以lmnT5mm的宽度、超过50 y m且为300 V- m以下的厚度形成。
全文摘要
本发明提供在低杨氏模量、低屈服应力、高断裂伸长率方面得到特性改善的金属带材料以及由其形成的太阳能电池集电用互连线等的半导体安装用金属带材料。一种金属带材料，是包含具有面心立方结构的金属的金属带材料，面心立方结构的晶胞的晶轴＜100＞相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带面内的第1方向取向差为15°以内的＜100＞择优取向区域的面积率A1为60%~100%，将面心立方结构的晶胞的晶轴＜212＞相对于该金属带材料的厚度方向取向差为15°以内而且相对于该金属带材料面内的第1方向取向差为15°以内的＜212＞择优取向区域的面积率记为A2，＜212＞择优取向区域的面积率和所述＜100＞择优取向区域的面积率的合计A1+A2超过70%且为100%以下。
文档编号B21B3/00GK102812522SQ201180014328
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者木村圭一, 田中将元, 大桥渡 申请人:新日本制铁株式会社