浅谈太阳能晶硅组件用免洗助焊剂

免洗助焊剂的组成及工作原理
活性成分起到抑制作用。助润剂提高焊 剂的润锡能力。热稳定剂提高焊剂的耐
温性能。
免洗助焊剂具有固体含量低、离子 被氧化的功能。溶剂的主要作用是溶解
助焊剂通过自身的活性物质作用，
残渣少、不含卤素、焊后无需清洗等优 助焊剂中所有的成分，成为均匀的液体， 去除焊接材料表面的氧化层．同时使锡
点。但是也存在活性弱、润湿不良、残留
在此环境下，有机酸电离出游离的Ｈ＋，起
液及被焊材料之间的表面张力减小，促
物较多、有机物挥发等缺点。所以，合理
到去除氧化膜的作用。表面活性剂可以 使锡液流动、浸润，完成焊接过程。
的配方组合可以提升免洗助焊剂的综合 改善助焊剂的流动性和润湿性、降低助
本文测试的两种免洗助焊剂型号分
收稿日期：２００８—０９—２３ 作者简介：周卫新（１９７９一），男，硕士研究生，主要从事材料学的研究。
万方数据
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露。Ｓ（
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～测试结果及分析讨论
１ 测试结果
两种免洗助焊剂Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ和 ＡＮＸ一３１３３的测试结果见表２。
２分析讨论
（１）不挥发物含量 不挥发物是溶剂与挥发物以外的固 形本体化学品。由表２可以看卅，Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ的固体残留量比ＡＮＸ一３１３３要 多．原因可能是Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ中的某些 活性剂或其它添加剂比ＡＮＸ一３１３３要 多。从助焊性、酸值的比较也可以间接反 映出来。 免洗助焊剂的同含量要小于２ ｗｔ．％．过多的残留物对镀锡铜带会产生 绝缘劣化及腐蚀。最终会导致组件产品 输出功率降低，甚至出现烧蚀现象。 从物理学的角度来看，这种反应生 成物和残留物质有可能是各向同性电介 质。该电介质的分子可分为两类：一类为 无极分子，另一类为有极分子。对于无极 分子构成的电介质，外电场越强，产生的 诱导偶极矩越大，表面极化电荷就越多， 电介质的极化就越强。对于有极分子构 成的电介质来说．产生极化的过程与上
３１３３。
虽然在晶硅电池焊接工艺中．助焊 性的好坏直接影响员工的工作效率，但 是过分的强调该指标，会导致出现不良 现象。有些厂商为满足客户的助焊性能， 往往会在其产品中添加ＺｎＣｌ：、ＮＨ。ＣＩ、
技术指标 外观 物理稳定性ｆ５℃和４５℃分别保持６０ｍｉｎｌ 比重（２３。Ｃ，ｇ／ｃｍ３） ｐＨ值 不挥发物含量（固体含量，ｗｔ．％） 助焊性（扩展率，％） 酸值 水萃取液电阻率（Ｏｃｍ） 铬酸银试纸测试ｆ定性） 卤素含量（ＣＩ一，Ｂｒ－，Ｆ－，ｗｔ．％） 干燥度 铜镜腐蚀性（２３±２℃，４５％～５５％ＲＨ，２４ｈ） 铜板腐蚀性（４０℃，９３％ＲＨ，７２ｈ）
是测试条件更加严酷。判定标准：腐蚀程 度不能超过未经潮热的试验片。具体见 图１（Ｇｏｌｆ ７０３—１Ｈ）、图２（ＡＮＸ一３１３３）。 由图ｌ、图２可见．Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ周边未 出现铜绿色．ＡＮＸ一３１３３周边出现微量铜 绿色。
小结
活性剂在免洗助焊剂中发挥着重要 作用．建议太阳能晶硅组件中的丁艺条 件对免洗助焊剂的烘干温度不宜超过 １００。Ｃ。免洗助焊剂不应有岗素的存在． 卤索的检测应以定量检测为主，卤素定 性测试（铬酸银试纸测试）为辅。应该选 择助焊性和低腐蚀性两者综合性能最佳 的免洗助焊剂。Ｇ０１ｆ ７０３－１＿Ｈ的综合性能 优于ＡＮＸ一３１３３。
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２００８年１１月２１日第十六卷第２２期
值越小。离子含量越多，随着助焊剂向低 固免清洗方向发展，该指标已经逐渐失 去其实际意义。
（５）卤素含量 如表２测试结果显示：ＧＤｌｆ ７０３－ＴＨ 未发现任何卤索：ＡＮＸ一３１３３检测出卤素 离子总含量为Ｏ．０９ ｗｔ．％。 作为免清洗助焊剂。不应含有卤素 离子。卤素作为一种对金属具有严重侵 蚀性的活性阴离子．对铜的腐蚀影响很 大。铜的孔蚀是Ｃｌ＿对铜表面膜的局部破 坏后，与铜反应生成绿色晶状的碱式氯 化铜，接着会进一步腐蚀。封装后的组件 产品长期处于温、湿度变化的环境中。加 上镀锡铜带的表面锡的厚度不均匀（严 重者会露铜）以及镀锡铜带侧边缘镀锡 不良，由于电化学的作用经常出现镀锡 铜带的表面出现点腐蚀和边缘的线腐 蚀。因为封装中所用的乙烯一醋酸乙烯酯 黏合剂是弱酸物质。所以镀锡铜带会长 期置于弱酸性环境中，这样更增加了铜 腐蚀的可能性。 文献１６１认为：在室温至１０００ｋ范围 内，Ｓｎ和常量配比的Ｐｂ－Ｓｎ合金在大气 腐蚀、干热腐蚀或水蒸汽腐蚀情况下，表 面氧化腐蚀仅生成ＳｎＯ：。Ｐｂ在干热腐蚀 情况下，表面腐蚀产物主要是ＰｂｊＯ，。实 践发现：组件产品经过长期的户外使用 后。镀锡铜带表面逐渐失去光泽，直至黯 淡。原因可能与镀锡铜带的氧化腐蚀有 关。 以上理论分析和对产品的长期跟 踪，可以得出这样的判定：如果镀锡铜带 表面出现发暗现象或发黑现象集中在组 件产品的中间部位，可以初步认为是由 于助焊剂的残留物有卤素离子的原因： 如果集中出现在组件产品的边缘部位． 这是由于密封不良。导致外界空气、水分
综上所述．虽然不同的电介质极化 的微观机理不尽相同．但是在宏观上都 表现为在电介质表面上出现面极化电荷 或在电介质内部出现体极化电荷。即产 生极化现象。此外，高温高湿也会加剧极 化现象【”。
（２）ａ焊性 助焊性有扩展率、相对润湿率两种 表征方法．选取其中一项即可。本文选取 前者作为测试项目。两个样品的结果相 差不大，Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ略好于ＡＮＸ一
性能。
焊剂的表面张力并在很宽的湿度范围内
别是Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ（深圳亿镀达焊锡制造
免清洗助焊剂的主要成分包括活性
包围金属表面．促进焊料向四周扩散，但
厂）和ＡＮＸ一３１３３（朝日焊锡科技有限公
剂、固含物、溶剂、表面活性剂、助润剂和
是过量的表面活性剂反而对助焊剂中的
司）。
热稳定剂等，主要配方见表１。其中，活
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一浅谈太阳能晶硅组件用
— 免洗助焊剂
太阳能电池（又称光伏电池）利用硅等半导体材料的量子效应，直接将太阳辐射能转换为电能。目前，太阳能光伏 发电工程广泛使用的光电转换器件晶体硅太阳能电池，生产Ｔ艺技术成熟，已进入大规模产业化生产。目前的焊接工 艺是把单片硅电池片互相串接，成为一个整体，然后用特殊封装材料（如ＥＶＡ、ＰＶＢ）进行封装。在此过程中，焊接材料 一般使用经过免洗助焊剂浸泡的镀锡铜带。太阳能光伏行业针对助焊剂的使用标准还是空白，主要还是参照电子行业 的使用规范和检验标准。从各个厂家使用的情况来看，各厂家对免清洗助焊剂使用规范不一，烘干设备参差不齐，对免 洗助焊剂的性能了解不透彻，镀锡铜带外观不尽如人意，有发白、蛇形斑，严重者甚至导致镀锡铜带发黑、电池片正面 出现白斑等现象。
表面活性剂。表面活性剂具有“两亲结 构”的分子．使得焊料的表面张力降低， 从而提高焊接性能。杨宏等【３】认为：助焊 剂的助焊效果和它的腐蚀性是成反比 的，即助焊效果越好，它的腐蚀性越强。 根据本公司的长期实践与经验．扩展率 达到８０％即可。
（３）酸值 酸值的比较结果也验证了不挥发物 含量、助焊性的比较结果，酸值的大小直 接反映了助焊剂中的活性剂的活性大 小。可以推测＝Ｇｏｌｆ ７０３一ＴＨ中的活性剂 比ＡＮＸ一３１３３中的活性剂所加的比例要 大．活性更强。 陈听等【４】对有机胺类活性剂、芳香族 酸、二元脂肪酸等三种活性剂进行了热 重分析。结果显示：有机胺类活性剂在 ２００℃左右开始分解，温度升到２６００Ｃ时 分解最大；活性酸Ａ（芳香族酸）在１７０。Ｃ 左右就开始分解，２４００Ｃ分解最大：活性 酸Ｂ（二元脂肪酸）在１６０℃开始分解， ２７００Ｃ左右分解最大。 以上所述助焊剂是在实验室环境下 制备的．活性剂耐温性能发挥到了最佳 值。真正在工业化生产过程中，工艺的控 制没有那么严格，所以其耐温性能不如 以上所报道的数据。结合各厂家的反馈 情况和文献报导［５１，在晶硅组件生产中， 对镀锡铜带的浸泡助焊剂后的烘干温度 不宜超过１０００Ｃ。如果烘干温度过高，会 直接导致在手Ｔ焊接的过程中，活性剂 的作用已经失效。实践已经证明，最终产 品中，如果镀锡铜带的表面有大面积的 白斑和蛇形斑．根本原因是活性剂没有 充分发挥其去除金属氧化物的功能。 （４）水萃取液电阻率 把一定量的助焊剂放人装有离子水 的１００ｍＬ的烧杯，用干净的表面皿盖好： 加热烧杯至沸点，并沸腾ｌｍｉｎ，冷却；将 冷却的带盖烧杯放入温度为２３℃的恒温 水槽内。使其达到热平衡；用传导性仪表 对水溶液进行电阻检测。测试的目的是： 反映焊剂中的导电离子的含量水平．阻
［４］陈昕，肖辉．电子封蓑用无卤素免清洗助焊剂的研制【Ｊ］．山东化 工，２００８，３７（３）：１７—２０
［５）夏建亭．冕洗低残留助焊剂的选择与使用【Ｊ］．电子工艺技术， １９９９，２０（１）：２１—２３
（６）鲁永奎．目态铅、锡及其舍金表面腐蚀热力学（Ｉ］．北京科较大学 学报，１９８９，１１（２）：１６７—１７２
性剂包括有机酸和卤素等．具有清除金
属表面氧化物、改善表面张力的功能，但
是也具有一定的腐蚀性能。固含物包括 ｌ主要成分有机酸活性剂助润剂成膜剂改良树脂高沸点溶剂表面活性剂热稳定剂溶剂ｌ
Baidu Nhomakorabea
ｆ三苎竺！：兰 松香、松香油等，可以清洁金属表面助焊
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剂残留物．还有防止被焊金属在高温下
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图１
圈２
参考文献
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：
术，２００１，２１（４）：１５５＂１６０
：［２］ －（３］
吴敏．Ｓｎ一９Ｚｎ合金无铅钎料用助焊剂研究Ｕ）．电子元件与材 料，２００６，２５（９）：４３＂＇４５ 扬宏，于化丛，崔容强，等．晶体硅太阳电池专用免清洗助焊莉 的研制Ｏ］．第八届先伏会议论文集。２００４：８８７～８８９
Ｇｃｄｆ ７０３一ＴＨ 无色透明
透明、无分层 Ｏ．８ｌＯ ５～６
１．６８
８１．３ １４．４４ ３．３×１０４
未变色 均未检出
合格 合格 合格
ＡＮＸ一３１３３ 无色透明 透明、无分层
０．７９５ ５～６ １．２９ ８０．８ １１．０７
５．６ｘ１０４ 未变色 Ｏ．０９（以Ｃｌ一计）
合格 合格 合格
ＳｎＣｌ：等无机盐物质，使活性加强ｆ２】。 通常情况下，免洗助焊剂含有微量
述有所不同。虽然每一个分子都有一定 的固有偶极矩．但在没有外电场的情况 下，由于分子都作杂乱无章的热运动，所 以对外不呈现电性。但是，在外电场存在 的情况下．每一个分子都受到一电场力 矩的作用，在此力矩作用下，分子偶极矩 将转向外电场方向。对于整个电介质来 说．在垂直于电场方向的两表面上．也还 是有极化电荷的产生。
渗入组件产品内部，加剧了电化学的腐 蚀。
（６）干燥度 干燥度的测试是将粉笔末撒到涂有 免清洗助焊剂焊料的表面，然后擦去．观 察是否有粘附。虽然样品都通过了干燥 度测试，但不代表在进行人工焊接的过 程中镀锡铜带表面不吸附周围环境中的 灰尘。一旦这些杂质进入到焊剂的残留 物内，会降低电导或降低表面绝缘电阻， 这些会影响产品的电性能。所以，要严格 控制人工焊接这道工艺环境。周围空间 要定期的除尘，人员要穿无尘服装。 （７）铜镜腐蚀性 将被测助焊剂与标准助焊剂相邻滴 在同一块铜镜表面上。铜镜表面要自始 自终无污物、尘土和指印。将它们水平放 置在温度为２３℃、相对 湿度为４５％～５５％的无 尘密闭室内２４ｈ。然后 将铜镜侵入清洁的无水 乙醇（或异丙醇）中除掉 试验焊剂和标准焊剂。 用放大镜检查清洗后的 铜镜是否有腐蚀和腐蚀 穿透情况。判定的标准 为腐蚀程度不能超过标 准的松香溶液。 铜镜腐蚀试验考察 助焊剂残留物在常温条 件下。未经过老化实验 前对铜的腐蚀程度。与 铜板腐蚀性测试一起作 为助焊剂可靠性检验的 必检项目。 （８）铜板庸蚀性 铜板腐蚀的测试与 铜镜腐蚀测试类似．但
本文根据ＪＩＳ Ｚ３２８３—２００ １ Ｒｅｓｉｎ Ｆｌｕｘ Ｃｏｒｅｄ Ｓｏｌｄｅｒｓ和ＪＩＳ Ｚ３ １ ９７—９９ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｎ Ｔｙｐｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ Ｆｌｕｘ．对两种型号助焊剂的样品进行了内部测试和委外测试，结合测试结果和免洗助焊剂的物化性能进行了全方面的 分析。