淺談助焊劑殘留對(duì)光伏接線盒的影響

國(guó)家電投集團(tuán)西安太陽(yáng)能電力有限公司 ■ 張銀環(huán) 李媛媛 苗林 唐蘭蘭 王勃

0 引言

目前，根據(jù)二極管的結(jié)構(gòu)，可將傳統(tǒng)型光伏接線盒分為軸式二極管接線盒和貼片二極管接線盒兩種。在接線盒的裝配過(guò)程中，不同的金屬底座銅板結(jié)構(gòu)決定了二極管焊接工藝的不同。其中，軸式二極管接線盒采用焊接機(jī)焊接，而貼片二極管接線盒采用回流焊焊接。為提高焊接能力，分別使用焊錫絲和焊錫膏進(jìn)行輔助焊接，而二者在高溫熔化時(shí)都會(huì)飛濺出助焊劑和錫珠等物質(zhì)，粘附在接線盒體內(nèi)表面或金屬銅板上，從而影響了外觀質(zhì)量。本文主要對(duì)光伏接線盒中助焊劑殘留產(chǎn)生的原因和助焊劑殘留對(duì)接線盒相關(guān)性能的影響進(jìn)行了分析。

1 助焊劑殘留產(chǎn)生的原因

1.1 軸式二極管接線盒的焊接

目前軸式二極管接線盒的焊接大多采用全自動(dòng)裝配焊接機(jī)焊接。焊接機(jī)由多個(gè)焊臺(tái)組成，焊接順序?yàn)橄妊b后焊，通過(guò)控制程序使焊錫絲與焊臺(tái)的烙鐵頭全自動(dòng)同步接觸，對(duì)二極管和匯流帶焊點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)錫焊接。焊錫絲本身不具有流動(dòng)性且為空心體，其主要成分是助焊劑和錫粉，助焊劑成分包裹在空心里面，在焊接時(shí)與加熱后的烙鐵頭接觸后，隨機(jī)性膨脹熔化的過(guò)程中瞬間產(chǎn)生冒煙并有微小炸裂，釋放出斑點(diǎn)狀起助焊作用的助焊劑和錫珠等物質(zhì)。在焊臺(tái)間本身的溫度差異下，烙鐵頭在接觸焊點(diǎn)的過(guò)程中也產(chǎn)生不同的溫度，但焊點(diǎn)處的溫度越高，飛濺物產(chǎn)生的越多。因此，受溫度影響，接線盒內(nèi)產(chǎn)生的助焊劑殘留物的多少也有差異。

軸式二極管接線盒內(nèi)的助焊劑殘留主要是在焊接機(jī)焊接二極管和焊接端子點(diǎn)錫時(shí)產(chǎn)生，主要集中在盒壁及金屬件部位。

1.2 貼片二極管接線盒的焊接

針對(duì)貼片二極管接線盒，目前行業(yè)內(nèi)采用回流焊焊接。焊接順序?yàn)橄群负笱b，將金屬銅件與二極管焊點(diǎn)接觸部分用焊錫膏固定，放入回流爐，經(jīng)高溫焊接裝入接線盒底座上，在盒體壁部不會(huì)產(chǎn)生助焊劑殘留，但在金屬件區(qū)域會(huì)存在助焊劑殘留。

貼片二極管接線盒內(nèi)的助焊劑殘留主要集中在金屬件部位。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 與硅膠粘接的影響

取正常接線盒和盒體有助焊劑殘留的接線盒，灌入灌封硅膠并在常溫(溫度25 ℃、濕度50%)下固化7 天；等硅膠固化后，觀察硅膠與接線盒的粘接程度。兩種接線盒固化后的外觀如圖1所示。

圖1 接線盒固化后外觀

實(shí)驗(yàn)表明：有助焊劑殘留的接線盒與硅膠的粘接效果有所降低，出現(xiàn)了局部脫落現(xiàn)象。這是由于助焊劑的主要成分為松香，而松香的主要成分為樹(shù)脂酸，易溶于油類(lèi)，且其結(jié)構(gòu)與油類(lèi)相似，由于灌封膠本身不會(huì)吸附與油類(lèi)結(jié)構(gòu)相似的分子，所以松香會(huì)將灌封膠與被粘物隔離開(kāi)，進(jìn)而影響粘接性。

2.2 對(duì)接線盒材質(zhì)的影響

接線盒暴露在環(huán)境中的盒體和盒蓋都是由耐候性強(qiáng)的材料制成，目前使用的材料為PPO材質(zhì)。為了驗(yàn)證助焊劑殘留后接線盒的表面狀態(tài)，對(duì)接線盒進(jìn)行水滴測(cè)試。取表面有助焊劑殘留的接線盒，使用滴水法使水滴停留在接線盒表面，水滴先是凝結(jié)為水珠狀，使用酒精擦拭，水滴狀態(tài)未發(fā)生改變，更換為洗潔精擦拭后，接線盒表面的水滴狀態(tài)改變，變?yōu)槠戒佊诒砻?，如圖2所示。

圖2 接線盒水滴測(cè)試

結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相似相溶的原理可推斷出：有助焊劑殘留的接線盒表面可能有與油類(lèi)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)。由于助焊劑的主要成分為松香，而松香含有松香酸，其特點(diǎn)是不溶于水，易溶于常見(jiàn)的有機(jī)溶劑，并溶于油類(lèi)和堿溶液。而PPO材料不能抵抗的性質(zhì)是在受力情況下，對(duì)礦物油及酮類(lèi)、酯類(lèi)溶劑會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂；而有機(jī)溶劑，如脂肪烴、鹵代脂肪烴和芳香烴等，會(huì)使PPO材料產(chǎn)生溶脹。

2.3 濕漏電影響

2.3.1 老化前濕漏電測(cè)試

將有助焊劑殘留的接線盒灌入灌封硅膠并常溫固化7天，等硅膠固化后，再于水中浸泡7天，然后使用絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)接線盒進(jìn)行初始濕漏電測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)：有助焊劑殘留的接線盒內(nèi)部未有滲水現(xiàn)象，濕漏電測(cè)試合格。

圖3 老化前濕漏電測(cè)試

2.3.2 老化后濕漏電測(cè)試

對(duì)初始濕漏電測(cè)試合格的樣品進(jìn)行加速老化PCT 72 h試驗(yàn)，試驗(yàn)后，再于水中浸泡7天，然后使用絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)其進(jìn)行濕漏電測(cè)試。

圖4 老化后濕漏電測(cè)試

實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間老化后，再對(duì)有助焊劑殘留的接線盒進(jìn)行濕漏電測(cè)試，結(jié)果為不合格。觀察接線盒后發(fā)現(xiàn)，其邊緣與硅膠粘接部位有脫落現(xiàn)象，撥開(kāi)接線盒內(nèi)的硅膠，助焊劑殘留部位的硅膠老化，呈現(xiàn)發(fā)軟狀態(tài)，且在助焊劑殘留位置發(fā)現(xiàn)金屬件有腐蝕現(xiàn)象。由此可推斷，造成濕漏電測(cè)試不合格的原因?yàn)榻泳€盒與硅膠粘接部位開(kāi)裂，水通過(guò)開(kāi)裂縫隙進(jìn)入接線盒底部后，有助焊劑殘留部位的灌封硅膠由于在PCT 72 h試驗(yàn)后老化，導(dǎo)致密封性能及與盒體的粘接性能下降，水進(jìn)入接線盒內(nèi)造成漏電。

2.4 金屬件表面形態(tài)分析

接線盒的金屬件基材為銅材質(zhì)，為防止其表面被腐蝕，會(huì)對(duì)其表面進(jìn)行鍍錫，經(jīng)過(guò)加速老化PCT 72 h試驗(yàn)后，將硅膠去除，通過(guò)二次元顯微鏡的表面形態(tài)圖(見(jiàn)圖6)可以看出，金屬件局部區(qū)域的基材銅被腐蝕，表面鍍錫層存在鍍層不均勻、有空隙的現(xiàn)象。

圖5 老化后金屬件表面外觀

圖6 老化后通過(guò)二次元顯微鏡觀察腐蝕狀態(tài)

經(jīng)試紙測(cè)試，附著在接線盒表面的助焊劑一般為酸性物質(zhì)，該酸性物質(zhì)的大小決定了助焊劑的焊接能力。若助焊劑酸性強(qiáng)，則焊點(diǎn)光亮飽滿，焊接性能好，但它的缺點(diǎn)是會(huì)腐蝕金屬表面。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的老化后，助焊劑殘留會(huì)有腐蝕金屬件表面的風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 發(fā)熱測(cè)試

針對(duì)貼片二極管接線盒，由于其殘留物主要附著在金屬件上，因此推測(cè)助焊劑殘留貼附在金屬件表面可能會(huì)影響接線盒的散熱性能。取正常接線盒和有助焊劑殘留的接線盒，灌入灌封硅膠并常溫固化7天，等硅膠固化后，通入10 A 電流，用紅外成像儀測(cè)量硅膠表面的發(fā)熱情況。

在同一位置測(cè)試接線盒表面溫度，正常接線盒表面溫度為93.1 ℃，有助焊劑殘留的接線盒表面溫度為92.8 ℃。因此，二者通電發(fā)熱對(duì)比測(cè)試基本一致。由此說(shuō)明，助焊劑殘留對(duì)接線散熱性能并無(wú)影響。

圖7 有接線盒發(fā)熱測(cè)試

2.6 環(huán)境測(cè)試

為驗(yàn)證有助焊劑殘留的接線盒在戶(hù)外使用的可靠性，取3個(gè)有助焊接殘留的接線盒作為測(cè)試樣品，分別進(jìn)行環(huán)境測(cè)試，具體測(cè)試條件及結(jié)果如表1所示。

表1 環(huán)境測(cè)試結(jié)果匯總

根據(jù)IEC 62790《光伏組件用接線盒——安全要求和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》中5.3.16的規(guī)定，給樣品施加接線盒的額定電壓，絕緣電阻不小于400 MΩ。由表1可以看出，經(jīng)過(guò)環(huán)境測(cè)試后，樣品的外觀及濕漏電測(cè)試結(jié)果均為合格。

3 總結(jié)

本文主要對(duì)接線盒中助焊劑殘留產(chǎn)生的原因和助焊劑殘留對(duì)接線盒相關(guān)性能的影響進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

1)助焊劑殘留會(huì)影響接線盒與灌封硅膠的粘接性能。

2)助焊劑殘留內(nèi)含有與油類(lèi)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間接觸PPO材料，會(huì)產(chǎn)生溶脹或應(yīng)力開(kāi)裂的現(xiàn)象。

3)有助焊劑殘留的接線盒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間老化后，存在濕漏電風(fēng)險(xiǎn)。

4)有助焊劑殘留的接線盒經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間老化后，助焊劑殘留存在腐蝕金屬件表面的風(fēng)險(xiǎn)。