浅谈助焊剂残留对光伏接线盒的影响

国家电投集团西安太阳能电力有限公司 ■ 张银环 李媛媛 苗林 唐兰兰 王勃

0 引言

目前，根据二极管的结构，可将传统型光伏接线盒分为轴式二极管接线盒和贴片二极管接线盒两种。在接线盒的装配过程中，不同的金属底座铜板结构决定了二极管焊接工艺的不同。其中，轴式二极管接线盒采用焊接机焊接，而贴片二极管接线盒采用回流焊焊接。为提高焊接能力，分别使用焊锡丝和焊锡膏进行辅助焊接，而二者在高温熔化时都会飞溅出助焊剂和锡珠等物质，粘附在接线盒体内表面或金属铜板上，从而影响了外观质量。本文主要对光伏接线盒中助焊剂残留产生的原因和助焊剂残留对接线盒相关性能的影响进行了分析。

1 助焊剂残留产生的原因

1.1 轴式二极管接线盒的焊接

目前轴式二极管接线盒的焊接大多采用全自动装配焊接机焊接。焊接机由多个焊台组成，焊接顺序为先装后焊，通过控制程序使焊锡丝与焊台的烙铁头全自动同步接触，对二极管和汇流带焊点进行点锡焊接。焊锡丝本身不具有流动性且为空心体，其主要成分是助焊剂和锡粉，助焊剂成分包裹在空心里面，在焊接时与加热后的烙铁头接触后，随机性膨胀熔化的过程中瞬间产生冒烟并有微小炸裂，释放出斑点状起助焊作用的助焊剂和锡珠等物质。在焊台间本身的温度差异下，烙铁头在接触焊点的过程中也产生不同的温度，但焊点处的温度越高，飞溅物产生的越多。因此，受温度影响，接线盒内产生的助焊剂残留物的多少也有差异。

轴式二极管接线盒内的助焊剂残留主要是在焊接机焊接二极管和焊接端子点锡时产生，主要集中在盒壁及金属件部位。

1.2 贴片二极管接线盒的焊接

针对贴片二极管接线盒，目前行业内采用回流焊焊接。焊接顺序为先焊后装，将金属铜件与二极管焊点接触部分用焊锡膏固定，放入回流炉，经高温焊接装入接线盒底座上，在盒体壁部不会产生助焊剂残留，但在金属件区域会存在助焊剂残留。

贴片二极管接线盒内的助焊剂残留主要集中在金属件部位。

2 实验

2.1 与硅胶粘接的影响

取正常接线盒和盒体有助焊剂残留的接线盒，灌入灌封硅胶并在常温(温度25 ℃、湿度50%)下固化7 天；等硅胶固化后，观察硅胶与接线盒的粘接程度。两种接线盒固化后的外观如图1所示。

图1 接线盒固化后外观

实验表明：有助焊剂残留的接线盒与硅胶的粘接效果有所降低，出现了局部脱落现象。这是由于助焊剂的主要成分为松香，而松香的主要成分为树脂酸，易溶于油类，且其结构与油类相似，由于灌封胶本身不会吸附与油类结构相似的分子，所以松香会将灌封胶与被粘物隔离开，进而影响粘接性。

2.2 对接线盒材质的影响

接线盒暴露在环境中的盒体和盒盖都是由耐候性强的材料制成，目前使用的材料为PPO材质。为了验证助焊剂残留后接线盒的表面状态，对接线盒进行水滴测试。取表面有助焊剂残留的接线盒，使用滴水法使水滴停留在接线盒表面，水滴先是凝结为水珠状，使用酒精擦拭，水滴状态未发生改变，更换为洗洁精擦拭后，接线盒表面的水滴状态改变，变为平铺于表面，如图2所示。

图2 接线盒水滴测试

结合实验现象及相似相溶的原理可推断出：有助焊剂残留的接线盒表面可能有与油类结构相似的物质。由于助焊剂的主要成分为松香，而松香含有松香酸，其特点是不溶于水，易溶于常见的有机溶剂，并溶于油类和碱溶液。而PPO材料不能抵抗的性质是在受力情况下，对矿物油及酮类、酯类溶剂会产生应力开裂；而有机溶剂，如脂肪烃、卤代脂肪烃和芳香烃等，会使PPO材料产生溶胀。

2.3 湿漏电影响

2.3.1 老化前湿漏电测试

将有助焊剂残留的接线盒灌入灌封硅胶并常温固化7天，等硅胶固化后，再于水中浸泡7天，然后使用绝缘电阻测试仪对接线盒进行初始湿漏电测试。测试发现：有助焊剂残留的接线盒内部未有渗水现象，湿漏电测试合格。

图3 老化前湿漏电测试

2.3.2 老化后湿漏电测试

对初始湿漏电测试合格的样品进行加速老化PCT 72 h试验，试验后，再于水中浸泡7天，然后使用绝缘电阻测试仪对其进行湿漏电测试。

图4 老化后湿漏电测试

实验表明：经长时间老化后，再对有助焊剂残留的接线盒进行湿漏电测试，结果为不合格。观察接线盒后发现，其边缘与硅胶粘接部位有脱落现象，拨开接线盒内的硅胶，助焊剂残留部位的硅胶老化，呈现发软状态，且在助焊剂残留位置发现金属件有腐蚀现象。由此可推断，造成湿漏电测试不合格的原因为接线盒与硅胶粘接部位开裂，水通过开裂缝隙进入接线盒底部后，有助焊剂残留部位的灌封硅胶由于在PCT 72 h试验后老化，导致密封性能及与盒体的粘接性能下降，水进入接线盒内造成漏电。

2.4 金属件表面形态分析

接线盒的金属件基材为铜材质，为防止其表面被腐蚀，会对其表面进行镀锡，经过加速老化PCT 72 h试验后，将硅胶去除，通过二次元显微镜的表面形态图(见图6)可以看出，金属件局部区域的基材铜被腐蚀，表面镀锡层存在镀层不均匀、有空隙的现象。

图5 老化后金属件表面外观

图6 老化后通过二次元显微镜观察腐蚀状态

经试纸测试，附着在接线盒表面的助焊剂一般为酸性物质，该酸性物质的大小决定了助焊剂的焊接能力。若助焊剂酸性强，则焊点光亮饱满，焊接性能好，但它的缺点是会腐蚀金属表面。在经过长时间的老化后，助焊剂残留会有腐蚀金属件表面的风险。

2.5 发热测试

针对贴片二极管接线盒，由于其残留物主要附着在金属件上，因此推测助焊剂残留贴附在金属件表面可能会影响接线盒的散热性能。取正常接线盒和有助焊剂残留的接线盒，灌入灌封硅胶并常温固化7天，等硅胶固化后，通入10 A 电流，用红外成像仪测量硅胶表面的发热情况。

在同一位置测试接线盒表面温度，正常接线盒表面温度为93.1 ℃，有助焊剂残留的接线盒表面温度为92.8 ℃。因此，二者通电发热对比测试基本一致。由此说明，助焊剂残留对接线散热性能并无影响。

图7 有接线盒发热测试

2.6 环境测试

为验证有助焊剂残留的接线盒在户外使用的可靠性，取3个有助焊接残留的接线盒作为测试样品，分别进行环境测试，具体测试条件及结果如表1所示。

表1 环境测试结果汇总

根据IEC 62790《光伏组件用接线盒——安全要求和测试标准》中5.3.16的规定，给样品施加接线盒的额定电压，绝缘电阻不小于400 MΩ。由表1可以看出，经过环境测试后，样品的外观及湿漏电测试结果均为合格。

3 总结

本文主要对接线盒中助焊剂残留产生的原因和助焊剂残留对接线盒相关性能的影响进行了分析，得出以下结论：

1)助焊剂残留会影响接线盒与灌封硅胶的粘接性能。

2)助焊剂残留内含有与油类结构相似的物质，长时间接触PPO材料，会产生溶胀或应力开裂的现象。

3)有助焊剂残留的接线盒经过长时间老化后，存在湿漏电风险。

4)有助焊剂残留的接线盒经过长时间老化后，助焊剂残留存在腐蚀金属件表面的风险。