晶硅电池片虚焊的分析及处理

0 引 言

焊接是光伏组件制作工艺的第一个环节，这个环节把控不当会导致后续环节出现失控的现象，因此要求操作人员必须严格控制焊接电池串的质量。虚焊作为焊接过程中经常出现的异常之一，现场层压后的不良大多数是由于电池片虚焊间接引起的。电池片虚焊就是指电池片上的焊带未焊接在电池片主栅线上，导致一小块电池片单元不能接触导电，从而形成断路的现象。电池片虚焊主要包括：电池片上焊带整体虚焊；电池片上单根一个点虚焊(包括起焊点虚焊) ；电池片斜片。

1 电池片虚焊的危害

电池片虚焊会导致前道生产节奏紊乱，生产出的虚焊电池串给现场造成大批量的返工，返工过程中会出现不停地翻转电池片、搬运电池串的现象，容易造成电池片裂片，同时在经过层压机的层压过程中，返过工的组件比一次成品的不良率偏多，且容易出现电池片碎渣残留、焊带根部裂片、焊带偏移、锡渣残留、终测隐裂比例上升等异常。

2 电池片虚焊的检测方法

图1 肉眼30°观察视角

1）肉眼直视30°观察电池串。现场实际视觉效果：电池串在直视情况下不容易观察到虚焊的现象，眼睛在直视下轻微有个角度偏差的情况下更容易观察到虚焊的异常，如图1所示。

2）中测EL检测。中测EL设备采用电生光原理，通过3个摄像头拍摄照片后，再拼接成一个完整图像，电池片上出现一条阴影的斑记被确定为虚焊的现象，如图2所示。

图2 虚焊斑记

3 电池片虚焊原因分析及处理对策

借助“鱼骨图”（如图3），从“人、机、料、法、环”等方面分析电池片虚焊的原因。

图3 电池片虚焊鱼骨图

造成电池片虚焊的原因很多，从鱼骨图可以分析出主要影响因素有电池片印刷不良、助焊剂变质、焊带不化锡、焊头温度异常、压针不灵活、焊台模组堵塞等，后续围绕主要因素进行分析。

1）电池片印刷不良。电池片背面银浆由片状银粉、玻璃粉和有机载体配制而成。片状银粉起到导热、导电的作用。玻璃粉起到黏结作用，它与银粉共同形成导电网络，并有效调节浆料烧结后的热膨胀系数[1]。由于电池片背面银浆浆料不好，在经过焊接后背面最后一个焊点出现脱落现象（即银浆脱落），导致现场返工人员无法返修作业。

处理对策：现场及时反馈这批不良电池片，停止投用后更换新的片源。

2）助焊剂变质。免洗助焊剂含有微量表面活性剂，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[2]。经过远距离的输送，现场投用的助焊剂里抗氧化剂和活性剂出现变质，导致焊接机夹钳、气缸、焊带槽出现助焊剂结晶过多（如图4所示），焊接机连接焊带的各个孔堵塞严重，现场生产人员清洁困难，并且达不到焊接要求，焊带多次上翘，焊出来的电池串出现批量性虚焊的现象。

图4 助焊剂变质使用后大量结晶残留

处理对策：助焊剂来料时，先试用一桶观察助焊剂结晶情况，效果良好后再开始批量投用，尽量使用结晶少的助焊剂。

3）焊带不化锡。由于焊带厂家制作工艺不同，焊带涂层主要由Sn 、Pb组成，配比比例为Sn/Pb=60%/40%或者63%/37%，涂层中原料Sn的纯度应不低于GB/T 728《锡锭》中Sn99.9%的要求；原料Pb的纯度应不低于GB/T 469《铅锭》中Pb99.99%的要求；铜基材Cu的纯度大于99.95%[3]；实际生产过程中通过检测焊带屈服强度来判定焊带的优良，焊接机投用焊带后，在焊接过程中经常会出现焊带硬度高、不化锡的现象（如图5所示），焊带硬还会导致层压后裂片增多。图6为焊带焊接过后表面光滑、未有助焊剂析出现象。

图5 不良焊带事例

图6 焊后不良效果

处理对策：严格把控来料检验标准，使用过程中对不化锡的焊带轴进行更换，并对焊带在焊接过程中出现的不良比例进行统计，选用优质焊带进行焊接。

4）压针不灵活（如图7、图8所示）。焊接机压针在使用过程中容易出现助焊剂堵塞现象，导致压针上下不灵活，有的压针上升后并未下降，会导致电池片虚焊现象，有的压针下降后并未上升，会导致焊接裂片现象。

图7 第二排短压针堵塞后凹陷

图8 第一排短压针堵塞后凹陷

处理对策：对全员进行TPM培训，制定焊接机清洁标准，焊接前检查压针灵活度，确保压针上下灵活。

5）焊头温度异常。焊头温度异常是焊接机虚焊最难处理的问题，焊接机在焊接过程时没有电流显示，一般通过观察电流指示表的指针进行判定。焊头温度异常会导致焊接电池串批量虚焊，影响产品质量和生产效率。

处理对策：更换焊头驱动板和温控板，检查电路。

4 虚焊处理流程

结合上述虚焊原因和措施，再对电池片虚焊做简要的流程分析：1）电池片上焊带明显脱落下来，焊带翘起；直接检查焊接机夹钳、气缸的清洁度，将夹钳/气缸助焊剂结晶清理干净，虚焊就可解决；2）电池片上焊带出现整体虚焊/电池片斜片，清理移动吸盘真空，重新校准栅线就可解决；3）电池片上单根一个点虚焊(包括起焊点虚焊)，检查焊接机压针是否堵塞，上下活动是否灵活，不灵活的压针要用酒精清洗压针上的助焊剂结晶，保证压针下落时上下灵活，能压住焊带；4）压针无异常后，检查栅线是否和焊带对正。a.栅线不正的电池片重新调整电池片位置，重新进行栅线校准;b.发现每串偶尔有一根栅线上一个点不在电池片上的情况，现场人员需通知检修人员进行处理；5）检修人员遇见这种虚焊情况，需进行调整焊头的水平度、焊接模组的水平度、焊接位置的高低等；6）检查无异常后，工艺人员需调节焊接机的焊接温度、百分比、焊接时间、助焊剂喷涂时间等工艺参数；7）工艺参数也没异常后，检修人员需要排查焊接机的驱动板和温控板等电器元件，确保焊接过程有电流、有温度经过焊头。

5 结 语

经过上述虚焊原因分析和异常处理流程后，再经过对现场操作人员培训后，操作人员处理焊接机虚焊时就比较顺利。前道焊接机运行正常后，现场返工电池串数量大幅减少，前道EL一次合格率大幅上升，层压后的不良率大幅下降，终测隐裂大幅降低，后续所有工序段的产品质量得到了保证。