《组件手工焊接探讨》PPT课件

组件手工焊接探讨 张祖银2008 6 9 3 助焊剂简介 3 1 助焊剂的作用 关于助焊剂的作用概括来讲主要有 辅助热传导 去除氧化物 降低被焊接材质表面张力 增加焊料在焊接基体中的浸润和扩散能力 去除被焊接材质表面油污 增大焊接面积 防止再氧化 等几个方面 在这几个方面中比较关键的作用有两个就是 去除氧化物 与 降低被焊接材质表面张力 三种方式作用 1 剥离 2 化学反应3 上述两种方式并存 3 助焊剂简介 3 2 助焊剂的工作原理 在整个焊接过程中 助焊剂通过自身的活性物质在高温下作用 去除焊接材质表面的氧化层 同时使锡液及被焊材质之间的表面张力减小 增强锡液流动 浸润的性能 同时通过助焊剂本身在基体中移动 将热传递到基体 并且有时还能保护被焊材质在焊接完成之前不再氧化 助焊剂通过挥发和分解 能够在一定范围内抑制温度的突变稳定温度 3 助焊剂简介 3 3 典型化学反应如下只写出丁二酸与三乙醇胺的化学反应 与其它酸的化学反应相似 3 助焊剂简介3 4 助焊剂的助焊过程 焊接前对被焊接材质表面氧化层的处理很关键 去除氧化物 的过程 是一个氧化还原的过程 活性剂通常是各种有机酸或有机酸盐类物质 至少有一 两种酸或酸盐 通常由多种酸及酸盐复配来用 在氧化还原反应的过程中 反应进行的 速度 及反应 能力 是人们比较关注的问题 这两个是内在的问题 其外部表现就是 焊接速度 与 焊接能力 在材质 工艺等情况既定的情况下 对不同活性助焊剂的选择就显得很重要 活性较弱或活性太弱的焊剂焊接速度或焊接能力相对较差 活性较强的助焊剂去除氧化膜的能力较强 上锡速度较快 但如果焊剂中活性剂太多 太强或整体结构配伍不好时 很可能会导致焊后有活性物质残留 这时就存在焊后继续腐蚀的可能性 对产品的安全性能造成了相当隐患 因此不要寄希望于浸泡时全部除去氧化物 3 助焊剂简介3 5 助焊剂有关作用的理解 关于 降低被焊接材质表面张力 作用的理解 在焊接过程中 焊料基本处于液体状态 栅线则为固体状态 当两种物质接触时 因液态物质表面张力的作用 会直接造成两种物质接触界面的减小 我们对这种现象的表面概括是 锡液流动性差 或 扩展率小 这种现象的存在影响合金形成的面积 体积或形状 这时需要的是助焊剂中 表面活性剂 的作用 表面活性剂 通常指在极低的浓度下 就能够显著降低其他物质表面张力的一种物质 它的分子两端有两个集团结构 一端亲水憎油另一端亲油憎水 通过其外部表现可以看到 它由溶剂可溶性和溶剂不溶性两部分组成 这两个部分正处于分子的两端 形成一种并不对称的结构 它只所以能够显著降低表面张力的作用正是由这种特殊结构所决定的 3 助焊剂简介3 6 常用助焊剂成分 3 6 1 酸活性物质丁二酸 熔点 185沸点 235 分解 已二酸 沸点 265 熔点 151 153 另有乙二酸 葵花酸 糠衣酸 苹果酸等 卤素铵盐和卤素金属盐类 如氯化铵 溴化锂以及有机酸与金属生产的醇如盐酸二乙醇等 但是要考虑清楚的是 酸性物质残留后一是在常温下是否有活性 是否通过反应生产物是否有活性 二是残留物是否与其它物质反应生成稳定物 3 助焊剂简介3 7 常用助焊剂成分 3 6 2 松香性质活性成分主要是松香酸 它约占松香成分的80 90 在常温下 松香为固态 其活性几乎不产生作用 松香的熔点为172 173 当松香加热至该温度时 松香熔化 这时它才能发挥助焊剂的助焊作用 当温度达到或超过300 时 就开始分解与炭化 冷却后 可再次固化 再次失去活性 焊接后 其残渣分布均匀 无腐蚀性 有很好的稳定性和绝缘性 3 助焊剂简介3 8 常用助焊剂成分 3 6 3 PH值调整剂 三乙醇胺 分子式 N CH2CH2OH 3理化性质 常温下无色 粘稠液体 稍有氨味 易溶于水 乙醇 可腐蚀铜 铝及其合金 液体和蒸汽腐蚀皮肤和眼睛 可与多种酸反应生成酯 酰胺盐 沸点300度以上 熔点21 2 通过与助焊剂中活性酸反应调整PH值 以保证在常温下不具活性而高温下具有活性 当然也可用氨水代替 但氨水不具有浸润功能 3 助焊剂简介3 9 常用助焊剂成分 3 6 4 表面活性剂一般使用氟碳高效表面活性剂如杜邦的FSC 100 FNC系列氟碳表面活性剂 在助焊剂中起到使焊剂在基体中浸润和扩散作用 分为阴性 阳性和非离子表面活性剂 也有使用环烷烃类表面活性剂的 如十二烷基苯磺酸等 但高效活性氟碳表面活性剂效果好一些 添加量一般为0 2 0 5 3 助焊剂简介3 10 常用助焊剂成分 3 6 5 溶剂可以选择水作为溶剂 条件是其它物质溶于水 水对焊接基体无有害作用 一般选用乙醇 乙二醇 异丙醇作为溶剂 特别是乙二醇 异丙醇还有增加浸润作用的复合功能甲醇虽然价格便宜 但对人体眼睛有不好作用 因此在手工焊接中不能使用 助焊剂溶剂均是使用上述几种溶剂复配使用 这样适应性广 效果也更好 3 助焊剂简介3 11 常用助焊剂成分 3 6 6 其它助剂防再次氧化成分 消光剂成分 增溶剂成分 绝缘成分等 松香之所以被广泛使用 他同时具备助焊剂所有功能 通过添加适当的松香提高助焊能力的问题 需要说明的是 在此时 松香不是以加强活性物质能力为主 而是起一个载体作用 它将与其它活性物质结合形成悬浮颗粒 同时在焊接后 与其它活性物质一道存在于焊料表面 同时将部分残留活性物质包裹 使其与焊料 焊接基体隔离 3 助焊剂简介3 12 常用助焊剂命名规则 3 助焊剂简介3 13 常用助焊剂命名示例 4 焊接基体可焊性分析 所谓可焊性 是指液态焊料与母材之间应能互相溶解 即两种原子之间要有良好的亲和力 而两种不同金属互熔 形成共融合金的程度 这取决于原子半径及它们在元素周期表中的位置和晶体类型 以及基体表面氧化硫化及污染程度 基体表面状态 对于锡铅焊料 除了含有大量铬和铝的合金的金属材料不易互溶外 与其他金属材料大都可以互溶 为了提高可焊性 一般采用表面镀锡 镀银等措施 5 焊接基体可焊性影响因素 5 1 焊接部位清洁程度焊料和母材表面必须 清洁 这里的 清洁 是指焊料与母材两者之间没有氧化层 更没有污染 或受潮 当焊料与被焊接金属之间存在氧化物或污垢时 就会阻碍熔化的金属原子的自由扩散 就不会产生润湿和扩散作用 氧化是产生 虚焊 的主要原因之一 焊料和焊接基体的氧化和硫化物 污染物的程度不同 将对助焊剂提出更为严格的要求 一方面 氧硫化程度严重 不仅需要相对较多的活性物质去反应 消耗过多的活性物质 另一方面 氧化硫化物严重到一定程度 有一些正常情况下很好使用的助焊剂不能与污染物反应 再多也不能解决问题 这就需要改变活性物质的成分来解决 5 焊接基体可焊性影响因素 5 2 焊接工艺温度 从理论上讲 锡铅焊料的熔点并不高 从附表可看出 100 锡的熔点也只有232 一定比例的含铅量降低其熔点 但是 对于手工焊 我们不能只考虑焊料熔点问题 从焊接过程上讲 电烙铁头接触涂锡带后 一方面传热给涂锡带使其温度升高 这需要热量 焊料由固体变为液体也需要吸收热量 助焊剂的挥发同样需要热量 要想熔化的锡铅焊料能顺利流入基体 这里就是主栅线 与焊接的基体材料形成合金 主栅线也必定要有一定的温度 否则 熔化的锡铅焊料或其它焊料浇淋于冷的焊接基体上是不能形成合金的 而这个温度是由不同材料性质决定的 也许比锡铅熔点低 也许比它高 电池板向四周辐射同样需要热量 5 焊接基体可焊性影响因素 5 3 传热性能而要将电烙铁的热量传输至主栅线 显然 只通过辐射方式是不现实的 必须要有介质传输 在电池片焊接过程中就是通过助焊剂减少熔化焊料的表面张力和去除主栅线氧化层使焊料顺利到达主栅线 并有效接触完成的 从这点同时看出了助焊剂去氧化能力与降低焊料表面张力的同等重要性 上述的情况在电子维修中时常用到 要想将电阻由印制板上取下来 有维修经验的首先在要取出引脚堆上焊锡使其传热 而不是直接就用电烙铁对其引脚加热 这样 就必定形成由电烙铁头 涂锡带 助焊剂 熔化焊料 主栅线的温度梯度和热量的辐射场 在快速移动电烙铁头的过程中 这个温度梯度是很大的 因此 电烙铁头的温度下跌也是较大的 要使主栅线 在主栅线上的熔化焊料保持一定温度 电烙铁头的温度要高许多 当然 这与恒温控制过程中装置能提供的最大能量有关 5 焊接基体可焊性影响因素 5 4 焊接温度如果焊接温度偏低 一方面氧化层不易除去 会出现沙粒一样的粗糙麻点 而且主栅线不到一定温度值时也不能与锡形成很好的欧姆接触 表面看起来是焊接上的 但不是真正意义上的合金连接 因此 是有害处的 从另一个角度讲 虽然无铅全锡焊料熔化点只有232 但是有关无铅焊接的温度普遍很高 而且焊接难度也大 就是因为无铅全锡焊料的表面张力 与基体形成共融合金的能力比锡铅焊料要差 因此从这些现象来看 只凭焊料的熔点来设定焊接温度是不系统和全面的 关于焊料与基体氧化的问题 从助焊剂本身功能来讲 就有一个抗再次氧化的功能 它是通过自身表面张力小于焊料表面张力 并先于焊料熔化 使其处于熔化焊料的表面 将焊料与基体接触部分保护起来的方式实现 而且 焊接完成后 在焊点上形成一层保护膜 达到长期保护的目的 5 焊接基体可焊性影响因素 5 5 焊接方法焊接方法是对焊接材料 焊接工具与工装 焊接温度作用于某个焊接的具体的过程实现 不同的焊接方法需要不同的工具与工装 焊接温度 不同的焊接方法也决定了焊接速度 这个问题从细节上讲因人而异 但从普遍性上来讲应该有一个统一的要求 从质量管理体系来讲 就是一个标准化作业的过程 从规模化生产的标准化管理来讲 就是一个要求共性 统一 而抹杀个性的原则 5 焊接基体可焊性影响因素 5 6 基体与焊带材质匹配性主栅线使用的材质及其添加材料的配比不同 以及印刷厚度不同 由于绒面的不同在烧结后成膜状态不同 均影响可焊性 同时 烧结温度 烧结气氛将影响栅线的氧化程度 以及主栅线的致密度和表面银膜的质量 以及银 铅 硅 磷玻璃质的成分和特性 而焊接过程是金属在熔融状态下的共融后形成合金态的过程 焊带涂层与主栅线基体间的成分 颗粒大小 基体微细孔隙等均能影响熔点和互相扩散 这就需要相互匹配 同时涂层厚度也影响焊接 5 焊接基体可焊性影响因素5 7 助焊剂使用中焊接差的因素 1 表面活性剂的添加量很小 但作用却很关键 降低 被焊接材质表面张力 所表现出来的就是一种强效的润湿作用 它能够确保锡液在被焊接物表面顺利扩展 流动 浸润等 通常焊点成球 假焊 拉尖 砂粒状等类似不良状况均与表面活性不够有一定关系 而这种原因不一定是焊剂 表面活性剂 添加量太少 也有可能是在生产工艺过程中造成了其成分解 失效等 从而减弱表面活性作用 或是表面活性剂本身活性能力不够因素 2 已有酸性物质不能使氧化物剥离或与酸性物质发生化学反应 3 温度太低 不能产生分解反应分离有效物质4 温度太高 分解出的物质未能反应分解 失去活性和挥发 6 焊料的主要成分 焊料主要是指铅 pb 锡 sn 合金 随着其用途不同 其含铅量在5 95 的范围内变化 此外还有含锑 sb 和银 ag 的焊料 并有由含铋 bi 镉 cd 及锌 zn 组成的低温焊料和无铅焊料 7 焊料的作用 焊料中铅的作用在焊接过程中 从冶金学的角度来看 金属锡会与母材表层形成合金 而铅在任何情况下 几乎不起反应 在锡中加入铅后 可获得锡和铅都不具备的优良特性 其内容如下 1 降低熔点 便于焊接232 以下 锡是不会熔化的 不达到327 铅也不会熔化 两者比焊料的熔化温度183 高 如将锡铅两种金属混合 就可获得比两种金属熔点都低的焊料 因其熔点低 所以操作时比较方便 2 改善机械特性锡的抗拉强度约为1 5kg mm2 铅约为1 4kg mm2 如果将两者混合起来组成焊料时 抗拉强度可达4 5kg mm2左右 剪切强度也如此 锡约为2kg mm2 铅约为1 4kg mm2 二者组成焊料后 约为3 3 5kg mm2 焊接后 这个值会变得更大 这样一来 机械特性就得到很大的改善 6 焊料的主要作用续 3 降低界面张力焊料的扩散性 即润湿性 会因表面张力及粘度的下降得到改善 从而增大了流动性 见表2 3及图2 3 4 抗氧化 铅是稳定的金属 不易氧化 使焊点抗氧化性能增加 5 锡中加入铅可以免灰锡的影响 6 避免产生晶须 随着金属铅的加入 含锡量70 以下的各种铅 锡焊料 都可以避免锡须的产生 8 焊料中杂质的影响 焊料中的杂质及其影响焊料中有微量其它金属以杂质的形式混入 有些杂质是无害的 有些杂质则不然 即使混入微量 也会对焊接作和焊接点的性能造成各种不良影响 另外 根据不同的含量 有的反而能起到改善焊料特性的作用 这就不能单纯地作为杂质来处理了 此时的焊料就被称为 掺某某焊料 1 主要杂质的性质焊料的主要成分是锡和铅 除此之外 含有的微量金属即为杂质 杂质对焊料的性能会产生很大的影响 由于含量的不同也会产生很大的差异 简介含有这些杂质金属的焊料的一般特性 8 杂质的影响续一 a 锌 Zn 如含量达0 001 左右 其影响就会表现出来 如达0 01 就会对焊点的外观 焊料的流动性及润湿性造成不良影响 它是焊接工作中最忌讳的金属之一b 铝 Al 此金属也对焊料的流动性和润湿性有害 它不但影响外观和操作 而且容易发生氧化和腐蚀 含量达0 001 时 其影响就会表现出来 c 镉 cd 它具有降低熔点的作用 并能使焊料的晶粒变得粗大而失去光泽 如含量超过0 001 就会使流动性 氧化物等所谓非金属夹杂物的存在会降低焊料的流动性 增大粘性 降低 焊料则会变脆 杂质的影响续二 d 锑 Sb 可使焊料的机械强度和电阻增大 当含量在0 3 3 时 焊点成形极好 如含量在6 以内 不但不会出现不良影响 还可以使焊点的强度增加 又因可增大焊料的蠕变阻力 所以可用在高温焊料中 当含量超过6 时 焊料会变得脆而硬 流动性和润湿性变差 抗腐蚀性减弱 另外 含锑的焊料不适于含锌的母材 e 铋 Bi 铋可使得焊料熔点下降 并变脆 f 砷 As 即使含量很少 也会影响焊点外观 使硬度和脆性增大 但可使流动性略有提高 g 铁 Fe 熔点增高 不易操作 还会使焊料带上磁性 h 铜 Cu 熔点增高 增大结合强度 如含量在1 以内 则会使蠕变阻力增加 另外 焊料中含有少量的铜 1 2 可以抑制焊锡对电烙铁头的熔蚀 因铜和锡相互扩散引起 并可用于焊接细线 i 磷 P 量小时会增加焊料流动性 量大时则会蚀电烙铁头 焊带主要杂质的影响 铜Cu0 300焊料硬而脆 流动性差金Au0 200焊料呈颗粒状镉Cd0 005焊料疏松易碎锌Zn0 005焊料粗糙和颗粒状 起霜和多孔的树枝结构铝Al0 006焊料粘滞 起霜和多孔锑Sb0 500焊料硬而脆铁Fe0 020焊料熔点升高 流动性差砷As0 030小气孔 脆性增加铋Bi0 250熔点降低 变脆银Ag0 100失去自然光泽 出现白色颗粒状物镍Ni0 010起泡 形成硬的不熔解化合物 7 助焊剂的基本要求7 1 一般要求 1 具一定的化学活性 保证去除氧化层的能力 2 具有良好的热稳定性 在较高的焊锡温度下不分解 有效成分有效 3 具有良好的润湿性 对焊料的扩展具有促进作用4 留存于基板的焊剂残渣 对焊后材质无腐蚀性5 需具备良好的清洗性 不论是何类焊剂 不论是否是清洗型焊剂 都应具有良好的清洗性 如果在切实需要清洗的时候 都能够保证有适当的溶剂或清洗剂进行彻底的清洗 因为助焊剂的根本目的只是帮助焊接完成 而不是要在被焊接材质表面做一个不可去除的涂层 6 各类型焊剂应基本达到或超过相关国标 行标或其他标准对相关焊剂一些基本参数的规范要求 达不到相关标准要求的焊剂 严格意义上讲是不合格的焊剂 7 助焊剂的基本要求7 2 电池组件常用助焊剂要求 助焊剂的可焊性与残留腐蚀性是一对矛盾助焊剂至少包含5大功能 1 化学活性 2 热稳定性 3 助焊剂在不同温度下的活性 要求在常温下不具有活性 在高温下能分解挥发 4 润湿能力 降低熔化锡的表面张力 使锡能顺利进入主栅线表面并流淌 5 扩散率 焊料进如基体内的能力 7 助焊剂的基本要求7 3 电池组件常用助焊剂注意事项 无机助焊剂主要有卤素无机盐和卤素有机酸为化学反应的活性物质 其特点是去氧化 去污能力强 可焊性好 同时 由于活性卤素盐主要为氯化锌 氯化铵 溴化锂等无机物 以及盐酸二乙醇 因此其腐蚀性也较强 并且在常温下同样具有活性 残留在主栅线易对栅线本身 电池片和EVA进行腐蚀 这是非常危险的 有可能出现互连条与主栅线接触电阻增大 电池片腐蚀短路和EVA保护的破坏 因此电池组件焊接应该绝对不能使用 7 助焊剂的基本要求7 3 电池组件常用助焊剂改进原则 免清洗有机助焊剂主要由有机溶剂和具有去氧化功能的有机酸 三乙醇胺 以及高效的氟碳表面活性剂组成 它的可焊性与腐蚀性均比无机助焊剂弱 常使用的是乙醇 乙二醇 异丙醇为溶剂 主其主要活性物质成分丁二酸和已二酸 己二酸 葵花酸 糠衣酸 苹果酸等 可焊性中等 如果焊带表面氧化和污染不严重 尽可能使用中性的 如果焊带时间较久或已氧化和污染严重 使用偏酸的效果较好 7 助焊剂的基本要求 7 4 松香焊剂的使用注意当松香作为添加成分出现在有机酸助焊剂中时 它的主要功能不是酸性活性物质 而是作为一种增溶和分散剂作用 它使有机酸在溶液中分散均匀 以及对表面活性剂 酸性活性剂形成有机体 使它们在高温下更不易挥发 因此这是的焊接温度设定一般不会考虑松香酸性失效因素 但当添加量大时要考虑挥发汽化冷疑问题 7 助焊剂的基本要求7 5 助焊剂实例说明 如今的一些的松香水助焊剂 就是利用上述方法配制成的 它主要由5 9 的松香粉 2 左右的丁二酸 1 左右的己二酸 有些含有0 5 左右的溴化锂卤化物 再加适量的表面活性剂 阻焊剂 光亮剂 成膜剂等组成 在一些以有机酸为主 松香为辅的液态助焊剂中 松香的主要是起一个载体的作用 它将有机酸的胺盐与其它成分结合在自己周围形成悬浮微粒 分散存在于溶剂中 同时 由于它的存在 通过浸泡 喷涂的助焊剂溶剂也使溶剂和活性物质挥发减慢 7 助焊剂的基本要求7 6 电池组件常用助焊剂残留问题 一般认为 光伏组件助焊剂应尽可能满足如下要求 要有优良的焊接效果 使互连条与主栅线牢固结合 这是最基本的 免去清洗工艺 即具有低固态含量 残留物在一定温度 湿度下不具有活性 在高温下能分解挥发 这样对电池 主栅线及EVA无腐蚀性对环境无污染 对操作者无毒 安全可靠 存贮过程稳定 不易燃 不发生化学反应 7 助焊剂的基本要求7 7 助焊剂可焊性与腐蚀性 在太阳组件实际焊接中 人们对助焊剂的认识往往只停留在助焊效果上 即助焊效果好就是好的助焊剂 助焊效果不好 就认为该助焊剂不好 而很少考虑其安全性和对组件性能及可靠性的影响 其实助焊剂的助焊效果和它的腐蚀性是成比例的 即助焊效果越好 它的腐蚀性越强 这就要求我们通过选择合适的助焊剂及改进工艺来在助焊效果和腐蚀性中适应 以满足要求 总之 助焊剂的选用不是想象那么简单 需要根据实际情况决定和调整 8 焊接过程与要求 焊接的过程焊接过程就是要完成将焊具热量传送到焊料和助焊剂 焊料在助焊剂的作用下向母体浸润和扩散 而助焊剂完成对母体的去氧化和清洁 使焊料与母体形成合金的过程 1 4 焊接质量评价焊接质量有多种方法 对组件焊接而言 有拉力法 一般在现场评价包栝几个方面 1 焊接面积百分比 2 锡化程度 3 锡在栅线上的分布是否均匀4 互连条是否平整 5 外观 6 焊后电池片是否清洁 7 是否引入新的缺陷 为了对上述各方面进行量化评价 出现了虚焊 漏焊 过焊 露白 侧焊 过焊等方面的细则要求 9 太阳电池可焊性分析 9 1 栅线分析烧结温度选择原则是 印刷在硅片的电极烧结 既要形成银 硅和铝 硅的良好欧姆接触 又不能破坏P N结 温度过高电性能变坏 过低牢固性变低 串联电阻增大 因此上下电极烧结温度一般负极银浆600 700 当然 如无去磷硅玻璃工序 烧结温度可能在720 左右 这从电池片串联电阻可大体看出和分析 正极银铝浆如不考虑吸杂效果和减少氧含量 硅片寿命因素 在800 900 范围比较合适 9 太阳电池可焊性分析 9 2 栅线厚度分析电极印刷时一般上电极丝网200 300目 下电极一般180 200目 丝网和感光膜的厚度决定印刷后图形的厚度厚度 当然 刮刀压力也有一定影响 浆料浓度和有效固含量也影响烧结后的厚度 一般烧结后金属膜厚度10 25um 一般背铝和背银选250目丝网 厚度58um 感光膜厚度10 15um 印后厚度68 73 m 这里计算出来的厚度时浆料的湿厚度 需经过烘干和烧结才是最终厚度 干厚度 干厚度是湿厚度的30 40 对于正银工序 选取330目丝网 其厚度为44um 感光膜厚度为5 10 m 则印后湿厚度约为49 54 m 如绒面过深造成丝网印刷不良 烧结后栅线产生不良影响焊接 9 太阳电池可焊性分析9 3 正负极栅线可焊性差异 由于正面电极比背电极要薄一些 同时在烧结时由于有减反膜及磷硅玻璃层的存在 因此共融温度要比背面的硅铝共融低些 这样 磷硅原子扩散到银浆的速度和时间长一些 正是由于银浆本身薄 加上磷硅原子的扩散速度和时间 正面主栅线中磷硅含量大 因此可焊性差 这也是正面银浆反而没有背面银铝浆可焊性好的主要原因之一 9 太阳电池可焊性分析 9 4 高温烧结氧化程度为了取得更高的填充因子 烧结工艺温度不在正面电极可焊性好的烧结温度区域串联电阻由栅线与电池片接触电阻 磷硅玻璃电阻 方块电阻和电池片体电阻组成 主要是方块电阻 磷硅玻璃电阻组成 当将磷硅玻璃烧穿后电极直接与PN结连接 可使串联电阻减少 但当使用快速烧结工艺后 同样烧结温度较高 电池片正面可焊性差主要是由于突出背场吸杂功能和快速烧结工艺后烧结温度高造成 9 太阳电池可焊性分析9 5 浆料问题 8 5 1 成分问题现在一般使用部分含铅的玻璃料浆料 当在未搅拌充分情况下使用 导致部分铅粉过多 在烧结温度不变情况下形成硅 铅 银合金时表面铅料过多使可焊性差8 5 2 粒子大小 形状 银浆粘度 粒子形状影响接触电阻 间接影响转换效率 粒子大小改变无机物的熔点温度 越小熔点越低 而当温度向上波动时 细小粒度的银 铅 磷浆料熔化 8 5 3 如在添加稀释剂时计量的计量有问题 它将改变粘度 9 太阳电池可焊性分析 9 6 烧结工艺问题1 当银多铅少时 在烧结时 硅片表面有较多的银颗粒 银粉颗粒较细时 在高温下易进入硅片体内 反之则说明在硅表面附近存在较少量的银粉颗粒 铅的熔点327度 银的熔点960度 2 丝网印刷时压力变化 刮板磨损 速度变高均可导致膜后太薄 银浆含量太少 烧结后主栅线总体薄 压力与气源波动有关 3 烧结温度波动大 导致过烧 而银浆中铅或扩散时形成的磷硅玻璃较厚被烧穿 形成的硅 磷 铅玻璃太厚 4 电池片绒面金字塔太高 导致丝网印刷时浆料与电池片接触不严实 使烧结出现磷硅玻璃翻浆问题 这种现象有时伴随串联电阻增大 并联电阻减小现象 9 太阳电池可焊性分析 9 7 焊接温度的影响因素8 7 1焊台及电烙铁头 热量产生速度及传热至主栅线的速度 这与功率和头的形状质量有关 8 7 2互连条的厚度 涂层厚度 涂层的成分 互连条相对于主栅线宽度 厚度 硬度有关 8 7 3助焊剂 主要是传热 扩散和浸润能力 以及活性物质的成分 干湿度有关 8 7 4与焊接技术有关 主要是压力 速度 平整等关系 这些都涉及到热的传输和扩散损失的因素8 7 5加热板温度与传热性能 串焊模板氧化导致负极焊花足以说明 10 焊接引入的一些问题 10 1 虚焊等效线路与功率下降问题虚焊可从两个方面来认识 一个方面是未焊上 另一方面是虽然焊上 从表面上看焊料也较均匀分布在焊接的基体上 但是 焊料并未扩散到基体内部与基体形成合金体 导致接触电阻增大 对于第一种情况 比较好理解 有些细分为漏焊 不能通过电流 增加了电池片电流的运行路径 使焊上部分电流密度加大 造成电流密度分布不均 第二种情况增加了串联电阻 直接降低短路电流和填充因子 10 焊接引入的一些问题 10 2 焊接隐裂问题究其隐裂产生总体原因而言 从拉晶过程已经开始产生 分为机械性隐裂和晶体生长缺陷隐裂 10 2 1 在拉晶过程中头部引晶和缩颈时未达到要求 有可能出现晶体位移造成晶体的面缺陷 在电池片制成中产生局部应力和强度缺陷 在晶体中氧杂质过大 在退火处理时形成过大的氧沉淀 经后续工序处理暴露形成缺陷 退火不好形成应力过大 在机械加工时有隐裂产生 10 2 2 在对晶体滚园过程中产生机械损伤或新的晶体位移隐裂缺陷10 2 3划片时产生的机械损伤或晶体位移隐裂缺陷10 2 4线彻割划片时产生片的曲翘变形或平行度不够 或造成线痕 在后续工序中造成隐裂缺陷10 2 5制备电池时的搬运 印刷时的受力均可产生隐裂 10 焊接引入的一些问题续 上述缺陷在遭遇用力不均 工装模具稍有变形或焊接温度与湿度波动大 局部受热时就有可能产生更大的隐裂 甚至电池片的缺陷或损坏 缺陷片流入下工序时有可能损坏 在焊接过程中如工装设备 工艺参数 以及方法与技能不当 一方面有可能使旧的隐裂扩大或破片 也有可能产生新的隐裂 由于温度过高和焊接速度波动 焊带与电池片的伸缩系数相差太大时 在电池片冷却后产生隐裂 以及电池片焊接中温差大产生隐裂 10 焊接引入的一些问题 10 3 焊接污染焊接过程中一方面助焊剂残留对电池片产生污染 这主要是助焊剂浸泡焊带未烘干就是用 或者助焊剂含松香或助焊剂固体成分附着在焊带上的太多 而高温下汽化后又冷凝 集结在电池片上 清洗污染在清洗时也有可能在隐裂处 电池片边沿产生新的污染 再者 隐裂由于出现悬挂键及暴露PN结断面 易产生表面吸附 如助焊剂进入隐裂处和片的四周边沿后有可能产生局部短路 10 焊接引入的一些问题10 5 焊接不良 焊接不良可从7个方面认识 1 虚焊 2 漏焊 3 是虽然形成焊接合金 但焊料与基体接触不良好 具有较大的接触电阻 而且有可能在大电流状态下因发热导致性能进一步下降 4 焊接时产生应力 对后续工序不利 5 焊接污染与隐裂6 焊带与栅线不居中并平行7 破坏绒面 折断金字塔尖后没有扩散层 10 焊接引入的一些问题 10 6 虚焊与漏焊上述的虚焊和漏焊 在电池片在理论完好状态下 只是延长电流的通路 只要有超过一定面积的主栅线与互连条实现有效合金连接 只是串联电阻有一定增加 不至于对其可靠性和转换效率产生大的影响 但是 在电池片有隐裂的情况下 它将改变电池片上电流密度的分布 使部分光生载流子到主栅线上的距离与时间均增加 这样的结果有两个 一是增加损耗 也影响在正常工作区域的电压输出 等效于增大串联电阻 二是由于距离的延长 使光生载流子增大复合的几率 这进一步降低光电转换效率 10 焊接引入的一些问题 焊接引起串并联电阻的改变焊接中引入的增量串联电阻 主要是基体与焊料的合金质量 虚焊 漏焊 以及接触电阻组成 串联电阻值将影响短路电流和效率 新旧隐裂由于出现悬挂键 易于对污染源产生强烈吸附 在大电流或高电压工作时 容易产生微型桥接 焊接时焊料 助焊剂有可能进入隐裂和晶体缺陷部位 这些都有可能有可能减小等效的并联电阻 而并联电阻的减少一方面在正常工作时内部损耗增加 加速组件老化 并减少整个组件的输出功率 11 关于焊接温度 如果不提高烙铁的温度会出现沙粒状的效果 或在焊接中易产生抖动现象 温度太高易产生局部温度过高 产生局部应力 助焊剂有效物质挥发 调整烙铁的温度 让焊带上的焊锡顺滑流动为好 不要把温度设定的太高 另外 尽量增加烙铁头和电池片的接触面积 这样可以减少压力 增加导热的均匀性 电池片的厚度与焊带的选择对破片率的控制有很大关系 焊接时间短 传热更少 而使硅片因散热不均炸裂的比例降低 11 焊接温度影响因素 温度低时 主栅线表面不清洁 轻微氧化表层不能被高温除去 而且主栅线不到一定温度值时也不能与锡形成很好的欧姆接触 焊接温度与涂锡带厚度 焊锡量有关 也与助焊剂的成分有关 焊接焊锡量多的涂锡带压力要相对轻一些 助焊剂气温高时挥发较快 对串焊带来不利 破片的客观可能因素 退火不好应力过大 机械加工时隐裂产生晶体滚园过程中产生机械损