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【光伏組件系列總結】最全面總結:光伏焊帶及助焊劑
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【最全面總結】

光伏焊帶

緒論

隨著光伏組件產業制造水平在不斷的提高,各組件企業要想追求更高品質的產品,首先應選用高品質的原材枓來保證組件的質量,而真正對組件內在質量有關鍵影響的只有三個方面,一、電池,二是焊帶,三是接線盒。因為它們直接和組件的輸出功率有密切關系。

而這其中焊帶的選用比較關鍵,雖然在組件當中所占份額只有百分之0.8左右,但所起的作用是巨大的。

焊帶是光伏組件焊接過程中的重要原材料,焊帶質量的好壞將直接影響到光伏組件電流的收集效率,對光伏組件的功率影響很大。一般選用焊帶的標準是根據電池片的厚度和短路電流的多少來確定焊帶的厚度,焊帶(互聯條)的寬度要和電池的主刪線寬度一致,焊帶的軟硬程度一般取決于電池片的厚度和焊接工具。

在太陽能組件生產過程中,通過焊接過程將電池片的電極(電流)導出,再通過串聯或并聯的方式將引出的電極與接線盒有效的連接。所以,光伏焊帶又分為互聯條和匯流帶兩種。

一、功能

焊帶在組件生產過程中起到連接和匯流的作用。通過焊接過程將電池片的電流導出,再通過串聯或并聯的方式將引出的電極與接線盒有效的連接。所以,光伏焊帶又分為互聯條和匯流帶兩種。

互聯條被焊接在電池片的正反面,將電池片所收集的電流導出?;ヂ摋l的寬度要和電池片主柵線的寬度保持一致,同時厚度不能太厚,以免在層壓階段時導致電池片壓歲。

組件再生產過程中,電池片以一定數量串聯起來,再通過匯流帶串聯或并聯起來。匯流帶的選用,要盡量減小功率損耗,這就要求它要有一定的寬度以減小自身電阻。

二、成分


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圖3-1焊帶的組成成分

焊帶一般都是由兩部分構成:銅基材和表面涂層。區分焊帶主要靠表面涂層的成分。

2.1、銅基材

焊帶在使用過程中,起骨干導電作用的是銅。銅的純度越高,電阻率越低,承載能力越大,塑性越好。 光伏焊帶的銅基材一般為高純度無氧銅。無氧銅是不含氧也不含任何脫氧

劑殘留物的純銅。但實際上還是含有非常微量氧和一些雜質。按標準規定,氧的含量不大于0.03%,雜質總含量不大于0.05%,銅的純度大于99.95%。

根據含氧量和雜質含量,無氧銅又分為一號和二號無氧銅。一號無氧銅純度達到99.97%,氧含量不大于0.003%,雜質總含量不大于0.03%;二號無氧銅純度達到99.95%,氧含量不大于0.003%,雜質總含量不大于0.05%。

光伏焊帶的銅為二號無氧銅,純度大于99.99%。

2.2、涂層

盡管其主要導電作用的是銅基材,但是焊帶表面涂層的重要性卻是不可忽視的。焊帶的區分就是根據涂層的成分及其含量的不同。

涂層成分一般包括以下幾種類型:

SnPb: 60/40; 63/37 (183℃)

SnPbAg:62/36/2 (178℃)

SnAg: 96.5/3.5 (221℃)

SnAgCu:96.5/3.0/0.5(217-220 ℃)

Sn100: Pure Tin (232℃)

其中,銀(Ag)的作用是提高焊帶的機械強度,在無鉛的情況下改善熱疲勞強度,銀相對鉛來說,延展性較差,不好加工,且成本較高。銅(Cu)的作用是改善焊料的浸潤性,改善熱疲勞強度,此銅不是銅基材所用的銅。

最常用的涂層成分為錫鉛涂層,有63,37涂層和60,40涂層。一來成本較低,而且使用方便,效果較好,但是由于鉛具有一定的毒性,因此使用時要注意防護。

三、重要參數

◆銅基:無氧銅/T2紫銅,含銅量≥99.99%,導電率≥98%

◆銅基的電阻率:無氧銅≤0.0165Ωm㎡/m T2紫銅≤0.0172Ωm㎡/m

◆涂層成分:63%Sn37%Pb

◆涂層厚度:單面涂層0.01~0.05mm,涂層均勻,表面光亮、平整。

◆涂層熔點:183℃

◆抗拉強度:軟態≥25kgf/m㎡ 半軟態≥30kgf/m㎡

◆焊帶伸長率:軟態≥30% 半軟態≥25%

◆寬度誤差:±0.1mm

◆厚度誤差:互連帶±0.01mm,匯流帶±0.015mm。

四、助焊劑

近幾十年來,在電子產品錫焊工藝過程中,一般多使用主要由松香、樹脂、含鹵化物的活性劑、添加劑和有機溶劑組成的松香樹脂系助焊劑。這類助焊劑雖然可焊性好,成本低,但焊后殘留物高。其殘留物含有鹵素離子,會逐步引起電氣絕緣性能下降和短路等問題,要解決這一問題,必須對電子印制板上的松香樹脂系助焊劑殘留物進行清洗。這樣不但會增加生產成本,而且清洗松香樹脂系助焊劑殘留的清洗劑主要是氟氯化合物。這種化合物是大氣臭氧層的損耗物質,屬于禁用和被淘汰之列。

目前太陽能組件生產所用的助焊劑為免清洗助焊劑。

4.1、功能

助焊劑通常是以松香為主要成分的混合物,是保證焊接過程順利進行的輔助材料。助焊劑的主要作用是清除焊料和被焊母材(材料)表面的氧化物,使金屬表面達到必要的清潔度.它防止焊接時表面的再次氧化,降低焊料表面張力,提高焊接性能。助焊劑性能的優劣,直接影響到電子產品的質量。

助焊劑通常具有以下幾種功能:

1)破壞金屬氧化膜使焊錫表面清潔。

2)能覆蓋在焊料表面,防止焊料或金屬繼續氧化。

3)增強焊料和被焊金屬表面的活性,降低焊料的表面張力。

4)焊料和焊劑是相熔的,可增加焊料的流動性,進一步提高浸潤能力。

5)能加快熱量從烙鐵頭向焊料和被焊物表面傳遞。

6)合適的助焊劑還能使焊點美觀。

4.2、成分

免洗助焊劑主要原料為有機溶劑、松香樹脂及其衍生物、合成樹脂表面活性劑、有機酸活化劑、防腐蝕劑,助溶劑、成膜劑。簡單地說是各種固體成分溶解在各種液體中形成均勻透明的混合溶液,其中各種成分所占比例各不相同,所起作用不同。

·有機溶劑包括酮類、醇類、酯類中的一種或幾種混合物,常用的有乙醇、丙醇、丁醇,丙酮、甲苯異丁基甲酮,醋酸乙酯,醋酸丁酯等。作為液體成分,其主要作用是溶解助焊劑中的固體成分,使之形成均勻的溶液,便于待焊元件均勻涂布適量的助焊劑成分,同時它還可以清洗輕的臟物和金屬表面的油污。

·表面活性劑:主要是脂肪酸族或芳香族的非離子型表面活性劑,其主要功能是減小焊料與引線腳金屬兩者接觸時產生的表面張力,增強表面潤濕力,增強有機酸活化劑的滲透力,也可起發泡劑的作用

·有機酸活化劑:由有機酸二元酸或芳香酸中的一種或幾種組成,如丁二酸,戊二酸,衣康酸,鄰羥基苯甲酸,葵二酸,庚二酸,蘋果酸,琥珀酸等。其主要功能是除去引線腳上的氧化物和熔融焊料表面的氧化物,是助焊劑的關鍵成分之一。

·防腐蝕劑:減少樹脂、活化劑等固體成分在高溫分解后殘留的物質。

·助溶劑:阻止活化劑等固體成分從溶液中脫溶的趨勢,避免活化劑不良的非均勻分布。

·成膜劑:引線腳焊錫過程中,所涂復的助焊劑沉淀、結晶形成一層均勻的膜,其高溫分解后的殘余物因有成膜劑的存在,可快速固化、硬化、減小粘性。

4.3、特性

免清洗助焊劑具有焊接后不留殘渣無腐蝕性、無鹵素化合物不用清洗,表面絕緣阻抗高,可快速焊接傳統引線器件和SMD器件等特點,除此之外,還具有普通助焊劑所具有的特點。

4.3.1、化學活性

要達到一個好的焊點,被焊物必須要有一個完全無氧化層的表面,但金屬一旦曝露于空氣中回生成氧化層,這中氧化層無法用傳統溶劑清洗,此時必須依賴

助焊劑與氧化層起化學作用,當助焊劑清除氧化層之后,干凈的被焊物表面,才可與焊錫結合。

助焊劑與氧化物的化學反應有幾種:

1、相互化學作用形成第三種物質;

2、氧化物直接被助焊劑剝離;

3、上述兩種反應并存。

松香助焊劑去除氧化層,即是第一種反應,松香主要成份為松香酸(Abietic Acid)和異構雙萜酸(Isomeric diterpene acids),當助焊劑加熱后與氧化銅反應,形成銅松香(Copper abiet),是呈綠色透明狀物質,易溶入未反應的松香內與松香一起被清除,即使有殘留,也不會腐蝕金屬表面。

氧化物曝露在氫氣中的反應,即是典型的第二種反應,在高溫下氫與氧發生反應成水,減少氧化物,這種方式長用在半導體零件的焊接上。

幾乎所有的有機酸或無機酸都有能力去除氧化物,但大部分都不能用來焊錫,助焊劑被使用除了去除氧化物的功能外,還有其他功能,這些功能是焊錫作業時,必不可免考慮的。

4.3.2、熱穩定性

當助焊劑在去除氧化物反應的同時,必須還要形成一個保護膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接觸焊錫為止。 所以助焊劑必須能承受高溫, 在焊錫作業的溫度下不會分解或蒸發,如果分解則會形成溶劑不溶物,難以用溶劑清洗,W/W 級的純松香在 280℃左右會分解,此應特別注意。

好的助焊劑不只是要求熱穩定性,在不同溫度下的活性亦應考慮。 助焊劑的功能即是去除氧化物,通常在某一溫度下效果較佳,例如 RA的助焊劑,除非溫度達到某一程度,氯離子不會解析出來清理氧化物,當然此溫度必須在焊錫作業的溫度范圍內。另一個例子,如使用氫氣作為助焊劑,若溫度是一定的,反映時間則依氧化物的厚度而定。當溫度過高時,亦可能降低其活性,如松香在超過600℉(315℃)時,幾乎無任何反應,如果無法避免高溫時,可將預熱時間延長,使其充分發揮活性后再進入錫爐。

4.3.3、潤濕能力

1.浸潤 (橫向流動)

是指熔融焊料在金屬表面形成均勻、平滑、連續并附著牢固的焊料層。浸潤程度主要決定于焊件表面的清潔程度及焊料的表面張力。金屬表面看起來是比較光滑的,但在顯微鏡下面看,有無數的凸凹不平、晶界和傷痕,熔融的焊料就是沿著這些表面上的凸凹和傷痕靠毛細作用潤濕擴散開去的,因此焊接時應使焊錫流淌。流淌的過程一般是松香在前面清除氧化膜,焊錫緊跟其后,所以說潤濕基本上是熔化的焊料沿著物體表面橫向流動。

2.擴散(縱向流動)

伴隨著熔融焊料在被焊面上擴散的潤濕現象還出現焊料向固體金屬內部擴散的現象。例如,用錫鉛焊料焊接銅件,焊接過程中既有表面擴散,又有晶界擴散和晶內擴散。錫鉛焊料中的鉛只參與表面擴散,而錫和銅原子相互擴散,這是不同金屬性質決定的選擇擴散。正是由于這種擴散作用,在兩者界面形成新的合金,從而使焊料和焊件牢固地結合。

4.3.4、擴散率

助焊劑在焊接過程中有幫助焊錫擴散的能力,擴散與潤濕都是幫助焊點的角度改變,通?!皵U散率”可用來作為助焊劑強弱的指標。

4.4、不良影響

助焊劑使用不當會引起一系列的問題:

1、 過多的助焊劑殘留會腐蝕電池片

2、 降低電導性,產生遷移或短路。

3、 殘留過多會粘連灰塵和雜物。

4、 影響產品使用的可靠性。

5、 影響EVA與電池片的粘結。

6、 可能在電池片的主柵線產生連續性的氣泡。

助焊劑為易燃品,儲存應遠離火源,不可接觸眼睛,也不可接觸皮膚。在工作場地,有其他焊接同時進行時,應使用排氣裝置,除去蒸發的乙醇及焊劑的蒸汽。

五、與之有關的質量問題

焊帶引發的質量問題主要為虛焊,其他的有焊錫渣殘留,匯流帶未剪,另外匯流帶在層壓之后出現彎曲會對組件的外觀有一定的影響。

虛焊包括互聯條與電池焊接時出現的虛焊,主要發生在單焊和串焊工序中,此時造成的虛焊不會有太嚴重的后果,也不好找到虛焊的部位。

另一處造成虛焊的部位為互聯條與匯流帶交匯的地方,如果互聯條與匯流帶虛焊,會大幅消減組件的輸出功率。以230W組件為例,如果發生此類情況,輸出功率可以降到140W左右。

造成虛焊的原因有很多,主要有:

1、焊帶涂層太薄,造成焊接虛焊;

2、電池片打開包裝后較長時間沒有使用,造成主柵線氧化,焊接時影響焊接效果;

3、主柵線銀漿配方不好;

4、所使用助焊劑有質量問題,不能有效地改善焊接效果;

5、員工操作違規。這是最主要的原因,也是無法完全杜絕的原因,需要技術部門,管理人員培訓監督。

六、注意事項

6.1、運輸

產品在運輸過程中應輕裝輕卸,防止碰 撞 、擦傷和污染,勿壓、 勿

擠并采取防震措施。

6.2、儲存

焊帶避光、避熱、避潮保存,不得使產品彎曲和包裝破損。產品應貯存在干燥,無腐蝕性氣體的室內。卷軸包裝產品在搬運及使用過程中請勿立放。

最佳貯存條件:放在恒溫、恒濕的倉庫內,其溫度在0-25℃之間,相對濕度小于60%。用棉布或軟泡,保質期為一年。

6.3、使用

1、裁剪各種焊帶時應帶好手套或指套,禁止裸手直接接觸互聯條、匯流條等原材料。

2、焊帶自動裁帶機的輸線輪的壓力不能太大,避免嚴重破壞涂錫帶表面涂層而影響焊接;連續裁剪時,操作員每小時檢查1次裁剪尺寸和質量,質檢抽檢。

3、助焊劑及焊帶盒內應保持清潔,無氧化變質,并保證其助焊力,每8小時更換一次,每兩小時測試一次并保證6

4、裁剪焊帶時禁止用力拽焊帶,防止焊帶彎曲變形。

5、禁止未晾干的焊帶流入下道工序。

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