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关于助焊剂与焊接温度问题,可焊性问题
发表于:2012-04-21 14:17:27
来源:shine magazine/光能杂志作者:shine magazine/光能杂志

1.助焊剂的主要作用

1.1有清洗被焊金属和焊料表面的作用(去除氧化物和污物)。 

1.2.熔点要低于所有焊料的熔点(保证先熔化并在表面)。 

1.3.在焊接温度下能形成液状,具有保护金属表面的作用。 

1.4.有较低的表面张力,受热后能迅速均匀地流动(浸润与扩散)。

1.5.不导电,无腐蚀性,残留物无副作用。

1.6.熔化时不产生飞溅或飞沫。 

1.7.助焊剂的膜要光亮,致密、干燥快、不吸潮、热稳定性好。

特别是对于1.8mm宽的主栅线,2mm宽的互连条,对浸润能力要求更高,因为要想互连条上面的焊料进入主栅线,其运行轨迹是有弯曲的。如浸润能力不足,焊料将随烙鉄头流动。

所以,相对较窄的互连条可焊性比宽的互连条要强一些,是因为互连条上下面的焊料能与主栅线直接的接触,热量也能快速传至主栅线。

如果助焊剂与熔融的焊料不能与主栅线有效接触,热量也难于传至主栅线,因此更不容易形成合金相,这种情况从表面上看焊接很好,但其实也是近似于虚焊。

2.助焊剂去除氧化剂的方式

助焊剂与氧化物的化学反应有几种:1、相互化学作用形成第三种物质;2、氧化物直接被助焊剂剥离(类似于烧水壶除垢不是使水垢与除垢剂完全反应,而是通过浸入两相的界面扩张使碳酸盐固相与基体剥离一个道理)3、上述两种反应并存。一般来讲,在未焊接的低温浸泡时,由于PH值不是很高,有机酸助焊剂以第二种为主。

3.焊接过程

3.1.润湿(横向流动

又称浸润,是指熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层。浸润程度主要决定于焊件表面的清洁程度及焊料的表面张力。金属表面看起来是比较光滑的,但在显微镜下面看,有无数的凸凹不平、晶界和伤痕,的焊料就是沿着这些表面上的凸凹和伤痕靠毛细作用润湿扩散开去的,因此焊接时应使焊锡流淌。流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜,焊锡紧跟其后,所以说润湿基本上是熔化的焊料沿着物体表面横向流动。润湿的好坏用润湿角

3.2.扩散(纵向流动

伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩散的现象。 例如,用锡铅焊料焊接铜件,焊接过程中既有表面扩散,又有晶界扩散和晶内扩散。锡铅焊料中的铅只参与表面扩散,而锡和铜原子相互扩散,这是不同金属性质决定的选择扩散。正是由于这种扩散作用,在两者界面形成新的合金,从而使焊料和焊件牢固地结合。

3.3.合金层(界面层

扩散的结果使锡原子和被焊金属铜的交接处形成合金层,从而形成牢固的焊接点。以锡铅焊料焊接铜件为例。在低温(250300)条件下,铜和焊锡的界面就会生成 Cu3Sn和 Cu6Sn5。若温度超过 300℃,除生成这些合金外,还要生成 Cu31Sn8 等金属间化合物。焊点界面的厚度因温度和焊接时间不同而异,一般在 3~10um之间。

对于正面的负极主栅线,由于在烧结过程中存在磷硅玻璃和铅硅合金,在高温烧结条件下可焊性差是正常的,如出现氧化铅等氧化物质则可焊性更差。

4..焊接要素 

焊接是综合的、系统的过程,焊接的质量取决于下列要素: 

4.1.焊接母材的可焊性 

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。两种不同金属互熔的程度,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。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。 

4.2.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。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。

对于用松香焊剂难于焊接的电池片,可以添加4%左右的盐酸二乙或三乙醇(6%)将是一个不错的方

案。还可以利用层压高温及抽空条件对不好焊的电池片添加有机弱酸如丁二酸(它本身就是免洗助焊剂的主要原

|)等。使助焊剂偏酸,而在高温焊接时未反应的残留部分挥发,这需要实验,只是一个思路

关于表面活性剂:对正规的助焊剂生产商来说,表面活性剂的化学活性要求很弱或无化学活性,只是降低

表面张力,提高浸润和扩散能力而已,因此残留与否都不具有腐蚀能力。

一般的非松香免洗助焊剂为有机酸活性物质助焊剂,其主要活性物质为丁二酸和少量的己二酸,而由三乙醇

为酸碱调节剂,另加氟碳表面活性剂组成

丁二酸,无色结晶体,熔点185,沸点235(分解为酸酐) 

已二酸沸点: 265 熔点: 151-153

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360.0,熔点21.2℃,从理化性质看出,不能多加,同时也有表面活性剂的作用

因此,虽然加入的是一些复配的有机酸活性剂,但由于加入了三乙醇胺(有些为降低成本而使用氨水)调节PH值,各种物质混合后,其中部分发生反应,只有在一定温度下才具有酸的活性。但是对无机酸和具有酸性特征的无机盐卤化物就不一样了,无机卤化物在常温下也具有一定的活性。

通过上述主要物质性质可以看出,只要焊接温度适宜,未参与反应的主要活性物质丁二酸和已二酸能够挥发。而三乙醇胺挥发不完全,整个残留成分偏碱性。

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。

关于活性物质的用量,不可能计算精确,一般来讲,对于存放时间较长、氧化、硫化严重的焊料和基体,要多用一些,而对于基体与焊料未氧化硫化的就少用一些。这只是个原则的说法;并且具体的用量与焊料的成分和基体成分相关。

上述原则只是理论上的分析,在实际操作中是不可能做到,不可能每天根据焊料与基体的氧化硫化和天气情况调整配方,对于一种既定的助焊剂,要么可焊性差,要么活性物质过量;恰如其分的几率很小。只有通过选择活性物质的种类和通过与其它的成膜物质复配,才能既在一定范围内保证可焊性,又能使残留活性物质较少,一种方法是使其在一定温度下分解、挥发;一种是残留活性物质被另外的成膜物质包裹和凝固,存在与焊料与基体形成合金的表面,并失去活性。

通过最近去助焊剂厂家实验,只要电池片主栅线电极的负极银浆和正极银铝浆无大的质量问题,是可以通过调整助焊剂配方来解决的。

如不能使用松香助焊剂,在可焊性差时,一方面加异丙醇和氟碳表面活性剂,提高助焊剂的浸润能力;一方面加易挥发的有机酸如丁二酸,最好不要加氯化锌,氯化铵等无机活化剂,以免残留物的常温下的进一步反应。也许上海交大国飞就是这个教训。

有机物助焊剂中为了增加可焊性,含有比较多的丁二酸(185235)等有机酸,三乙醇胺等活性剂,它们的腐蚀性虽然比无机酸弱,但要保证其可焊性就必加大含量,如果焊接时不能保证它们挥发,也对互联条及主栅线具有腐蚀作用,因此,相对来讲,适当提高焊接温度,使未参加反应的活性物质挥发对减少腐蚀有一定帮助。

最理想的方案是:等奥运会结束后,购买北京厂家的松香助焊剂,在晾干情况下焊接试验,如能够做到免清洗,就既能保证安全性,又能保证可焊性。在某些批次电池片不能焊接时,勾兑部分有机助焊剂使用。由于有机酸活性剂的能力比松香强,因此先于松香参与反应消耗掉,残余的大部分为松香。而根据松香性质可知,在常温下是安全的。

松香助焊剂,也含有2%左右的丁二酸,1%左右的己二酸;有的还些含有一定的溴化锂,使其成为低卤化物含量的助焊剂,但是对焊接组件而言,尽量使其不含卤化物成分。

有些松香助焊剂,松香不是起活性物质作用,而是起其他物质载体和高温下浸润与扩散作用。

4.3.助焊剂 

助焊剂可破坏氧化膜、净化焊接面,使焊点光滑,明亮,因此它也影响焊接温度、焊接时间,以及焊接质量。 

4.4.焊接温度和时间 

焊接的温度太低易形成冷焊点。高于 260ºC易使焊点质量变差。焊接时间:完成润湿和扩散两个过程需 2~3S1S 仅完成润湿和扩散两个过程的 35%。 

4.5.焊接方法 :        焊接方法和步骤非常关键。

关键词: 助焊剂 焊接过程
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