【刘工总结】光伏组件封装材料总结之焊带、助焊剂

绪论
随着光伏组件产业制造水平在不断的提高，各组件企业要想追求更高品质的产品，首先应选用高品质的原材枓来保证组件的质量，而真正对组件内在质量有关键影响的只有三个方面，一、电池，二是焊带，三是接线盒。因为它们直接和组件的输出功率有密切关系。

而这其中焊带的选用比较关键，虽然在组件当中所占份额只有百分之0.8左右，但所起的作用是巨大的。

焊带是光伏组件焊接过程中的重要原材料，焊带质量的好坏将直接影响到光伏组件电流的收集效率，对光伏组件的功率影响很大。一般选用焊带的标准是根据电池片的厚度和短路电流的多少来确定焊带的厚度，焊带(互联条)的宽度要和电池的主删线宽度一致，焊带的软硬程度一般取决于电池片的厚度和焊接工具。

在太阳能组件生产过程中，通过焊接过程将电池片的电极（电流）导出，再通过串联或并联的方式将引出的电极与接线盒有效的连接。所以，光伏焊带又分为互联条和汇流带两种。

一、功能

焊带在组件生产过程中起到连接和汇流的作用。通过焊接过程将电池片的电流导出，再通过串联或并联的方式将引出的电极与接线盒有效的连接。所以，光伏焊带又分为互联条和汇流带两种。

互联条被焊接在电池片的正反面，将电池片所收集的电流导出。互联条的宽度要和电池片主栅线的宽度保持一致，同时厚度不能太厚，以免在层压阶段时导致电池片压岁。

组件再生产过程中，电池片以一定数量串联起来，再通过汇流带串联或并联起来。汇流带的选用，要尽量减小功率损耗，这就要求它要有一定的宽度以减小自身电阻。

二、成分

图3-1焊带的组成成分

焊带一般都是由两部分构成：铜基材和表面涂层。区分焊带主要靠表面涂层的成分。

2.1、铜基材

焊带在使用过程中，起骨干导电作用的是铜。铜的纯度越高，电阻率越低，承载能力越大，塑性越好。 光伏焊带的铜基材一般为高纯度无氧铜。无氧铜是不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜。但实际上还是含有非常微量氧和一些杂质。按标准规定，氧的含量不大于0.03％，杂质总含量不大于0.05％，铜的纯度大于99.95％。

根据含氧量和杂质含量，无氧铜又分为一号和二号无氧铜。一号无氧铜纯度达到99.97％，氧含量不大于0.003％，杂质总含量不大于0.03％；二号无氧铜纯度达到99.95％，氧含量不大于0.003％，杂质总含量不大于0.05％。

光伏焊带的铜为二号无氧铜，纯度大于99.99％。

2.2、涂层

尽管其主要导电作用的是铜基材，但是焊带表面涂层的重要性却是不可忽视的。焊带的区分就是根据涂层的成分及其含量的不同。

涂层成分一般包括以下几种类型：

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，银（Ag）的作用是提高焊带的机械强度，在无铅的情况下改善热疲劳强度，银相对铅来说，延展性较差，不好加工，且成本较高。铜（Cu）的作用是改善焊料的浸润性，改善热疲劳强度，此铜不是铜基材所用的铜。

最常用的涂层成分为锡铅涂层，有63,37涂层和60,40涂层。一来成本较低，而且使用方便，效果较好，但是由于铅具有一定的毒性，因此使用时要注意防护。


三、重要参数

◆铜基：无氧铜/T2紫铜，含铜量≥99.99%，导电率≥98%

◆铜基的电阻率：无氧铜≤0.0165Ωm㎡/m T2紫铜≤0.0172Ωm㎡/m

◆涂层成分：63%Sn37%Pb

◆涂层厚度：单面涂层0.01~0.05mm，涂层均匀，表面光亮、平整。

◆涂层熔点：183℃

◆抗拉强度：软态≥25kgf/m㎡ 半软态≥30kgf/m㎡

◆焊带伸长率：软态≥30% 半软态≥25%

◆宽度误差：±0.1mm

◆厚度误差：互连带±0.01mm，汇流带±0.015mm。

四、助焊剂

近几十年来，在电子产品锡焊工艺过程中，一般多使用主要由松香、树脂、含卤化物的活性剂、添加剂和有机溶剂组成的松香树脂系助焊剂。这类助焊剂虽然可焊性好，成本低，但焊后残留物高。其残留物含有卤素离子，会逐步引起电气绝缘性能下降和短路等问题，要解决这一问题，必须对电子印制板上的松香树脂系助焊剂残留物进行清洗。这样不但会增加生产成本，而且清洗松香树脂系助焊剂残留的清洗剂主要是氟氯化合物。这种化合物是大气臭氧层的损耗物质，属于禁用和被淘汰之列。

目前太阳能组件生产所用的助焊剂为免清洗助焊剂。

4.1、功能

助焊剂通常是以松香为主要成分的混合物，是保证焊接过程顺利进行的辅助材料。助焊剂的主要作用是清除焊料和被焊母材（材料）表面的氧化物,使金属表面达到必要的清洁度.它防止焊接时表面的再次氧化，降低焊料表面张力，提高焊接性能。助焊剂性能的优劣，直接影响到电子产品的质量。

助焊剂通常具有以下几种功能：

1）破坏金属氧化膜使焊锡表面清洁。

2）能覆盖在焊料表面，防止焊料或金属继续氧化。

3）增强焊料和被焊金属表面的活性，降低焊料的表面张力。

4）焊料和焊剂是相熔的，可增加焊料的流动性，进一步提高浸润能力。

5）能加快热量从烙铁头向焊料和被焊物表面传递。

6）合适的助焊剂还能使焊点美观。

4.2、成分

免洗助焊剂主要原料为有机溶剂、松香树脂及其衍生物、合成树脂表面活性剂、有机酸活化剂、防腐蚀剂,助溶剂、成膜剂。简单地说是各种固体成分溶解在各种液体中形成均匀透明的混合溶液，其中各种成分所占比例各不相同，所起作用不同。

·有机溶剂包括酮类、醇类、酯类中的一种或几种混合物，常用的有乙醇、丙醇、丁醇，丙酮、甲苯异丁基甲酮，醋酸乙酯，醋酸丁酯等。作为液体成分，其主要作用是溶解助焊剂中的固体成分，使之形成均匀的溶液，便于待焊元件均匀涂布适量的助焊剂成分，同时它还可以清洗轻的脏物和金属表面的油污。

·表面活性剂:主要是脂肪酸族或芳香族的非离子型表面活性剂，其主要功能是减小焊料与引线脚金属两者接触时产生的表面张力，增强表面润湿力，增强有机酸活化剂的渗透力，也可起发泡剂的作用

·有机酸活化剂:由有机酸二元酸或芳香酸中的一种或几种组成，如丁二酸，戊二酸，衣康酸，邻羟基苯甲酸，葵二酸，庚二酸，苹果酸，琥珀酸等。其主要功能是除去引线脚上的氧化物和熔融焊料表面的氧化物，是助焊剂的关键成分之一。

·防腐蚀剂:减少树脂、活化剂等固体成分在高温分解后残留的物质。

·助溶剂:阻止活化剂等固体成分从溶液中脱溶的趋势，避免活化剂不良的非均匀分布。

·成膜剂:引线脚焊锡过程中，所涂复的助焊剂沉淀、结晶形成一层均匀的膜，其高温分解后的残余物因有成膜剂的存在，可快速固化、硬化、减小粘性。

4.3、特性

免清洗助焊剂具有焊接后不留残渣无腐蚀性、无卤素化合物不用清洗，表面绝缘阻抗高，可快速焊接传统引线器件和SMD器件等特点，除此之外，还具有普通助焊剂所具有的特点。


4.3.1、化学活性

要达到一个好的焊点，被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面，但金属一旦曝露于空气中回生成氧化层，这中氧化层无法用传统溶剂清洗，此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用，当助焊剂清除氧化层之后，干净的被焊物表面，才可与焊锡结合。

助焊剂与氧化物的化学反应有几种：

1、相互化学作用形成第三种物质；

2、氧化物直接被助焊剂剥离；

3、上述两种反应并存。

松香助焊剂去除氧化层，即是第一种反应，松香主要成份为松香酸（Abietic Acid）和异构双萜酸（Isomeric diterpene acids），当助焊剂加热后与氧化铜反应，形成铜松香（Copper abiet），是呈绿色透明状物质，易溶入未反应的松香内与松香一起被清除，即使有残留，也不会腐蚀金属表面。

氧化物曝露在氢气中的反应，即是典型的第二种反应，在高温下氢与氧发生反应成水，减少氧化物，这种方式长用在半导体零件的焊接上。

几乎所有的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物，但大部分都不能用来焊锡，助焊剂被使用除了去除氧化物的功能外，还有其他功能，这些功能是焊锡作业时，必不可免考虑的。

4.3.2、热稳定性

当助焊剂在去除氧化物反应的同时，必须还要形成一个保护膜，防止被焊物表面再度氧化，直到接触焊锡为止。 所以助焊剂必须能承受高温， 在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发，如果分解则会形成溶剂不溶物，难以用溶剂清洗，W/W 级的纯松香在 280℃左右会分解，此应特别注意。

好的助焊剂不只是要求热稳定性，在不同温度下的活性亦应考虑。 助焊剂的功能即是去除氧化物，通常在某一温度下效果较佳，例如 RA的助焊剂，除非温度达到某一程度，氯离子不会解析出来清理氧化物，当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。另一个例子，如使用氢气作为助焊剂，若温度是一定的，反映时间则依氧化物的厚度而定。当温度过高时，亦可能降低其活性，如松香在超过600℉（315℃）时，几乎无任何反应，如果无法避免高温时，可将预热时间延长，使其充分发挥活性后再进入锡炉。

4.3.3、润湿能力

1.浸润 (横向流动)

是指熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层。浸润程度主要决定于焊件表面的清洁程度及焊料的表面张力。金属表面看起来是比较光滑的，但在显微镜下面看，有无数的凸凹不平、晶界和伤痕，熔融的焊料就是沿着这些表面上的凸凹和伤痕靠毛细作用润湿扩散开去的，因此焊接时应使焊锡流淌。流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜，焊锡紧跟其后，所以说润湿基本上是熔化的焊料沿着物体表面横向流动。

2.扩散(纵向流动)

伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩散的现象。例如，用锡铅焊料焊接铜件，焊接过程中既有表面扩散，又有晶界扩散和晶内扩散。锡铅焊料中的铅只参与表面扩散，而锡和铜原子相互扩散，这是不同金属性质决定的选择扩散。正是由于这种扩散作用，在两者界面形成新的合金，从而使焊料和焊件牢固地结合。

4.3.4、扩散率

助焊剂在焊接过程中有帮助焊锡扩散的能力，扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变，通常“扩散率”可用来作为助焊剂强弱的指标。

4.4、不良影响

助焊剂使用不当会引起一系列的问题：

1、 过多的助焊剂残留会腐蚀电池片

2、 降低电导性，产生迁移或短路。

3、 残留过多会粘连灰尘和杂物。

4、 影响产品使用的可靠性。

5、 影响EVA与电池片的粘结。

6、 可能在电池片的主栅线产生连续性的气泡。

助焊剂为易燃品，储存应远离火源，不可接触眼睛，也不可接触皮肤。在工作场地，有其他焊接同时进行时，应使用排气装置，除去蒸发的乙醇及焊剂的蒸汽。



五、与之有关的质量问题

焊带引发的质量问题主要为虚焊，其他的有焊锡渣残留，汇流带未剪，另外汇流带在层压之后出现弯曲会对组件的外观有一定的影响。
虚焊包括互联条与电池焊接时出现的虚焊，主要发生在单焊和串焊工序中，此时造成的虚焊不会有太严重的后果，也不好找到虚焊的部位。

另一处造成虚焊的部位为互联条与汇流带交汇的地方，如果互联条与汇流带虚焊，会大幅消减组件的输出功率。以230W组件为例，如果发生此类情况，输出功率可以降到140W左右。

造成虚焊的原因有很多，主要有：

1、焊带涂层太薄，造成焊接虚焊；

2、电池片打开包装后较长时间没有使用，造成主栅线氧化，焊接时影响焊接效果；

3、主栅线银浆配方不好；

4、所使用助焊剂有质量问题，不能有效地改善焊接效果；

5、员工操作违规。这是最主要的原因，也是无法完全杜绝的原因，需要技术部门，管理人员培训监督。

六、注意事项

6.1、运输

产品在运输过程中应轻装轻卸，防止碰 撞 、擦伤和污染，勿压、 勿挤并采取防震措施。

6.2、储存

焊带避光、避热、避潮保存，不得使产品弯曲和包装破损。产品应贮存在干燥，无腐蚀性气体的室内。卷轴包装产品在搬运及使用过程中请勿立放。

最佳贮存条件：放在恒温、恒湿的仓库内，其温度在0-25℃之间，相对湿度小于60%。用棉布或软泡，保质期为一年。

6.3、使用

1、裁剪各种焊带时应带好手套或指套，禁止裸手直接接触互联条、汇流条等原材料。

2、焊带自动裁带机的输线轮的压力不能太大，避免严重破坏涂锡带表面涂层而影响焊接；连续裁剪时，操作员每小时检查1次裁剪尺寸和质量，质检抽检。

3、助焊剂及焊带盒内应保持清洁，无氧化变质，并保证其助焊力，每8小时更换一次，每两小时测试一次并保证66<ph<7。

4、裁剪焊带时禁止用力拽焊带，防止焊带弯曲变形。

5、禁止未晾干的焊带流入下道工序。（作者微信公众账号：光伏经验网）



上一篇：【刘工总结】光伏组件封装材料总结之铝边框