CN105886989A - 制备焊带的装置及其制备焊带的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备焊带的装置及其制备焊带的方法，所述装置包括放线机构和收线机构，还包括等离子模块和锡炉机构，所述等离子模块包括等离子装置和内部导轮，所述放线机构与所述等离子装置的入口端连接，所述内部导轮与所述等离子装置的出口端连接，所述锡炉机构包括锡炉和工装导轮，所述工装导轮设在所述锡炉内，所述工装导轮的一端与所述内部导轮连接，所述工装导轮的另一端与所述收线机构连接。本发明通过该装置制备焊带的方法，等离子退火方法能够即时调整工艺参数，且等离子设备自身的能耗也更低。等离子退火对原材料表面状态的容忍度更高，制备的焊带品质差异更小，稳定生产时能自主调整到的屈服强度下限更低。

Description

制备焊带的装置及其制备焊带的方法
技术领域
本发明属于焊带加工技术领域，具体涉及一种制备焊带的装置及其制备焊带的方法。
背景技术
涂锡焊带(或镀锡铜带，PV焊带)是每一种主流光伏组件的关键部件，是关系光伏组件功率高低和使用寿命的重要因素，只有优质稳定的光伏涂锡焊带才能配合光伏电池生产出高功率和高耐久的光伏组件。当今新型的高速串焊机及高效光伏电池的发展对涂锡焊带提出了更为苛刻的性能要求：新需求对涂锡焊带的涂层厚度的稳定性以及焊带的侧边弯曲度要求越来越高，更薄的硅电池片要求焊带有更小的屈服强度(Rp0.2)等。在现有的焊带制造方法中，退火工序对焊带的前述性能有着至关重要的作用，而国内目前普遍采用管道退火(也称隧道退火)和短路退火两种退火方法，本文提出了一种应用于光伏焊带生产的等离子退火涂锡一体化的新方法。
目前的管道退火方法为了保证合适的屈服强度，生产速度一般在80～120m/min，随着太阳电池片主栅数目的增多，焊带宽度呈变窄趋势，同样的生产速度意味着产能的下降；管道退火方法的在针对精细化的产品生产时需要调整至对应的温度，该过程耗时很长且耗能高；管道退火的焊带生产中需要使用助焊剂等化学品，对生产环境有一定的负面影响，且操作控制更为复杂，清洁和维护成本较等离子退火方法更高，间接地降低了生产效率。此外，管道退火的实际退火温度难以进行精确控制，因而生产出的产品一致性略差。
短路退火方法的退火效果不如管道退火，并且在去除铜基材表面的氧化层方面效果不佳，对铜基材的质量状况容忍度低。与管道退火一样，短路退火在后续工序中必须使用助焊剂，这不仅影响环境，也使得工艺参数难以精确控制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种制备焊带的装置及其制备焊带的方法，从而制备的焊带的品质差异更小，稳定生产时能自主调整到的屈服强度下限更低，并且生产速度更快且无需使用助焊剂，工艺参数的调节也更为精确、快速。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种制备焊带的装置，包括放线机构和收线机构，还包括等离子模块和锡炉机构，所述等离子模块包括等离子装置和内部导轮，所述放线机构与所述等离子装置的入口端连接，所述内部导轮与所述等离子装置的出口端连接，所述锡炉机构包括锡炉和工装导轮，所述工装导轮设在所述锡炉内，所述工装导轮的一端与所述内部导轮连接，所述工装导轮的另一端与所述收线机构连接。
本发明的制备焊带的装置，通过等离子退火模块能够即时调整工艺参数，且等离子设备自身的能耗也更低。等离子退火对原材料表面状态的容忍度更高，制备的焊带品质差异更小，稳定生产时能自主调整到的屈服强度下限更低。
在上述技术方案的基础上，本发明还可作出如下改进：
作为优选的方案，所述锡炉机构还包括至少一个风刀，所述风刀设在所述锡炉上方，并且所述风刀的口与水平面成夹角设置。
作为优选的方案，所述夹角为5°～85°，优选为25°～45°。
采用上述优选的方案，能够使焊带涂锡均匀，使整个焊带的厚度保持在指定范围内。
作为优选的方案，所述锡炉机构还包括电机驱动装置和主动上升式储线架，所述主动上升式储线架一端与所述工装导轮连接，所述主动上升式储线架的另一端与所述收线机构连接，所述电机驱动装置驱动主动上升式储线架将制备的焊带输送至收线机构。
作为优选的方案，所述收线机构包括追随式收线导槽和气缸，所述追随式收线导槽在气缸的压力作用下上下运动。
采用上述优选的方案，收线导槽收取的焊带，拥有更好的排线精度。
作为优选的方案，所述主动上升式储线架和所述工装导轮之间还设有冷却塔。
采用上述优选的方案，在收线机构中可以设有焊带质量检控装置，收线机构可以采用自动换盘技术予以优化。
另一方面，本发明还提供一种上述制备焊带的装置制备焊带的方法，所述方法包括以下步骤：
1)将铜基材置于放线机构上；
2)然后再将所述铜基材输送至等离子模块的等离子装置中，于500℃～1000℃下，通入0.1～1MPa的等离子气体将铜基材进行等离子退火，得到等离子退火后的铜基材；
3)再将所述等离子退火后的铜基材输送至锡炉机构的锡炉中涂锡，得到焊带；
4)最后将所述焊带输出，并通过收线机构收线，即得。
在上述技术方案的基础上，本发明还可作出如下改进：
作为优选的方案，所述铜基材或所述焊带的进给速度为50～300m/min，优选为100～150m/min，更优选为150m/min。
采用上述优选的方案，能够在较高的生产速度下，生产效率高，并且制备的焊带的屈服强度能够满足要求，而现有技术中的制备方法在较高的生产速度下，制备的焊带屈服强度高，在150m/min以上的生产速度下制备的焊带已经不能满足使用要求。
作为优选的方案，在步骤2)中，等离子退火频率为1～20MHz。
作为优选的方案，在步骤3)中，所述等离子退火后的铜基材穿过工装导轮，然后在风刀下，于压缩空气温度为20～150℃，风力为0.4～0.7MPa涂锡。
作为优选的方案，所述等离子退火后的铜基材在穿过工装导轮前，还包括以下步骤：所述等离子退火后的铜基材通过气体降温，所述气体优选为氮气，然后经内部导轮垂直进入到锡炉中，并且锡炉温度为150～300℃，优选为220℃。
作为优选的方案，所述等离子气体选自氢气、氮气、氦气和氩气气体中的至少一种。
本发明的制备焊带的方法，通过等离子退火方法，由于瞬时温度高，在同等性能的条件下速度可达200m/min。等离子退火方法能够即时调整工艺参数，切换不同规格的产品相对节能省时，且等离子设备自身的能耗也更低。等离子退火方法可在退火的同时对铜基材表面作清洁处理，因此对铜基材的适应性比其他方法更好，由此产生的产品品质差异更小，稳定生产时能自主调整到的屈服强度下限更低；
此外，相比传统方法，等离子退火方法可适应更长的连续基材放线时间，有着高度的品质稳定性和一致性，指定规格的铜基材经放线机构通过相应的导槽导轮引入到等离子退火模块中；
等离子退火模块可以在短时间内迅冷启动，而等离子退火方法中特有的表面离子溅射技术使得基材表面清洁干燥(省去了前置清洁工序)，还可以去除表面氧化物，这对后续的涂锡工序十分必要。铜带进入锡炉前，传统方法要通过助焊剂浸泡进行清洁和表面激活，镀锡时的金属间键合只有在基材表面清洁且适当激活时才能实现。等离子退火方法不需要使用助焊剂，在退火的同时完成清洗和激活，并且由于没有助焊剂，镀锡的速度会更快，这也是该方法能够实现更高速涂锡的原因之一。使用等离子退火模块的方法参数简单可控，能使产品的性能稳定，质量一致，返工率和废品率更低。
附图说明
图1为本发明的制备焊带的装置的结构示意图；
其中：
1.放线机构，2.收线机构，201.追随式收线导槽，202.气缸，203.轴，3.等离子模块，301.等离子装置，302.内部导轮，4.锡炉机构，401.锡炉，402.工装导轮，403.风刀，404.主动上升式储线架，405.冷却塔。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图1所示，本发明的制备焊带的装置，包括放线机构1和收线机构2，还包括等离子模块3和锡炉机构4，等离子模块3包括等离子装置301和内部导轮302，放线机构1与等离子装置301的入口端连接，内部导轮302与等离子装置301的出口端连接，锡炉机构4包括锡炉401和工装导轮402，工装导轮402设在锡炉401内，工装导轮402一端与内部导轮302连接，工装导轮402的另一端与收线机构2连接。该制备焊带的装置，通过等离子退火模块能够即时调整工艺参数，且等离子设备自身的能耗也更低。等离子退火对原材料表面状态的容忍度更高，制备的焊带品质差异更小，稳定生产时能自主调整到的屈服强度下限更低。
为了进一步地优化本发明的实施效果，锡炉机构4还包括至少一个风刀403，风刀403设在锡炉401上方，并且风刀403的口与水平面成夹角设置。
为了进一步地优化本发明的实施效果，该夹角可为5°～85°，优选为25°～45°。能够使焊带涂锡均匀，使整个焊带的厚度保持在所需尺寸精度。
为了进一步地优化本发明的实施效果，锡炉机构4还包括电机驱动装置和主动上升式储线架404，主动上升式储线架404一端与工装导轮402连接，主动上升式储线架404的另一端与收线机构2连接，电机驱动装置驱动主动上升式储线架404将制备的焊带输送至收线机构2。
为了进一步地优化本发明的实施效果，收线机构2包括追随式收线导槽201和气缸202，追随式收线导槽201在气缸202的压力作用下上下运动，从而将制备的焊带收在轴203上。该收线导槽收取的焊带，拥有更好的排线精度。
为了进一步地优化本发明的实施效果，主动上升式储线架404和工装导轮402之间还设有冷却塔405。在收线机构中可以设有焊带质量检控装置，收线机构可以采用自动换盘技术予以优化。
实施例1
使用等离子退火涂锡一体化的方法进行主流的0.25mm×1.2mm规格焊带的批量生产：放线机构上使用规格为0.2mm×1.2mm铜基材，再将铜基材引入到等离子模块入口端，从出口端引出；给等离子模块中通入0.3MPa压力的纯度99.9％以上的氮气(可选掺入1％氢气)作为工作气体，在操作面板调节等离子电压使得目标温度为700℃，设置频率为10MHz；铜基材使用氮气降温到200℃以下，经内部导轮垂直进入到锡炉中，锡炉温度设置为220℃，穿过工装导轮后垂直离开锡液面，在离开锡液面的地方装有温度角度可控制的风刀，设置风刀口方向对水平线的夹角为30°，干燥的压缩空气温度为20℃，风力设置为0.4MPa，控制产品厚度为0.25mm；从锡炉引出的焊带经过由电机驱动装置驱动的主动上升式储线架到达收线机构(区别于传统的依靠重力下降的被动式储线架)，收线机构采用由气缸压力控制的追随式收线导槽(区别于传统的固定式收线导轮)，收线过程中导槽位置会随着轴的满度同步升高，整个收线过程收线角度可始终保持一致(一直线)，拥有更好的排线精度。
如此，生产速度为100m/min时的制备的焊带的主要性能(0.25mm×1.2mm)，如下述表1所示：
表1
现使用管道退火方法的常规配置(具体参见CN202072737U)，以100m/min的速度生产0.25mm×1.2mm规格焊带的性能如下，如下述表2所示：
表2
现使用短路退火方法的常规配置(短路退火的方法是通过包括以下步骤的方法进行：带有交流或直流电的电极轮，向运行中的铜基材导入大的电流，电流与铜基材自身电阻作用而发热升温，到达退火温度后，再淬水使其快速地冷却下来)，以100m/min的速度生产同规格焊带的性能如下，如下述表3所示：
表3
从上述表1-3可以看出，管道退火与短路退火两种方法制备的焊带的屈服强度值(Rp0.2)大大高于本发明的制备方法制备的焊带。其中管道退火制备的焊带的屈服强度值波动最大，极差为8MPa，而短路退火和本发明的制备方法制备的焊带的波动分别为5MPa和3MPa。
实施例2
使用等离子退火涂锡一体化方法，放线机构上使用规格为0.2mm×1.2mm铜基材，再将铜基材引入到等离子模块入口端，从出口端引出；给等离子模块中通入0.4MPa压力的氮气(掺入1％氢气)作为工作气体，在操作面板调节等离子电压使得目标温度为750℃，设置频率为5MHz；铜基材经氮气冷却降温到200℃以下，经内部导轮垂直进入到锡炉中，锡炉温度设置为220℃，穿过工装导轮后垂直离开锡液面，在离开锡液面的地方装有温度角度可控制的风刀，设置风刀口方向对水平线的夹角为35°，干燥的压缩空气温度为50℃，风力设置为0.5MPa，控制产品厚度为0.25mm，经储线机构进行收线。生产速度为150m/min时的制备的焊带的主要性能为(0.25mm×1.2mm)，如下述表4所示：
表4
从上述表3可以看出，在该较高进给速度下制备的焊带的屈服强度只有50MPa左右，且波动小，不但生产效率高，还能够满足实际使用要求。
实施例3
使用等离子退火涂锡一体化方法，放线机构上使用规格为0.2mm×1.2mm铜基材，再将铜基材引入到等离子模块入口端，从出口端引出；给等离子模块中通入0.4MPa压力的氮气(掺入1％氢气)作为工作气体，在操作面板调节电压使得目标温度为850℃，设置频率为1MHz；铜基材经氮气冷却降温到200℃以下，经内部导轮垂直进入到锡炉中，锡炉温度设置为220℃，穿过工装导轮后垂直离开锡液面，在离开锡液面的地方装有温度角度可控制的风刀，设置风刀口方向对水平线的夹角为40°，干燥的压缩空气温度为70℃，风力设置为0.7MPa，控制产品厚度为0.25mm，经储线机构进行轴收线。
生产速度为200m/min时的制备的焊带的主要性能(0.25mm×1.2mm)如下，如下述表5所示：
表5
而使用管道退火或者短路退火，在生产速度为150m/min和200m/min时，焊带出现露铜，毛刺等不良品质，屈服强度值不能稳定地满足客户需求，无法批量生产。
实施例4-5
制备方法与实施例3相同，不同的为给等离子模块中分别通入0.1MPa和1MPa压力的氮气(掺入1％氢气)作为工作气体，在操作面板调节电压使得目标温度分别为500℃和1000℃，设置频率分别为20MHz和1MHz。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备焊带的装置，包括放线机构和收线机构，其特征在于，还包括等离子模块和锡炉机构，所述等离子模块包括等离子装置和内部导轮，所述放线机构与所述等离子装置的入口端连接，所述内部导轮与所述等离子装置的出口端连接，所述锡炉机构包括锡炉和工装导轮，所述工装导轮设在所述锡炉内，所述工装导轮的一端与所述内部导轮连接，所述工装导轮的另一端与所述收线机构连接。
2.根据权利要求1所述的制备焊带的装置，其特征在于，所述锡炉机构还包括至少一个风刀，所述风刀设在所述锡炉上方，并且所述风刀的口与水平面成夹角设置。
3.根据权利要求2所述的制备焊带的装置，其特征在于，所述夹角为5°～85°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备焊带的装置，其特征在于，所述锡炉机构还包括电机驱动装置和主动上升式储线架，所述主动上升式储线架的一端与所述工装导轮连接，所述主动上升式储线架的另一端与所述收线机构连接，所述电机驱动装置驱动主动上升式储线架将制备的焊带输送至所述收线机构。
5.根据权利要求4所述的制备焊带的装置，其特征在于，所述收线机构包括追随式收线导槽和气缸，所述追随式收线导槽在气缸的压力作用下上下运动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备焊带的装置制备焊带的方法，所述方法包括以下步骤：
1)将铜基材置于放线机构上；
2)然后再将所述铜基材输送至等离子模块的等离子装置中，于500℃～1000℃下，通入0.1～1Mpa的等离子气体将铜基材进行等离子退火，得到等离子退火后的铜基材；
3)再将所述等离子退火后的铜基材输送至锡炉机构的锡炉中涂锡，得到焊带；
4)最后将所述焊带输出，并通过收线机构收线，即得。
7.根据权利要求6所述的制备焊带的装置制备焊带的方法，其特征在于，所述铜基材或所述焊带的进给速度为50～300m/min，优选为100～150m/min，更优选为150m/min。
8.根据权利要求6或7所述的制备焊带的装置制备焊带的方法，其特征在于，在步骤2)中，等离子退火频率为1～20MHz。
9.根据权利要求6或7所述的制备焊带的装置制备焊带的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述等离子退火后的铜基材穿过工装导轮，然后在风刀下，于压缩空气温度为20～150℃，风力为0.4～0.7MPa涂锡。
10.根据权利要求9所述的制备焊带的装置制备焊带的方法，其特征在于，所述等离子退火后的铜基材在穿过工装导轮前，还包括以下步骤：所述等离子退火后的铜基材通过气体降温，所述气体优选为氮气，然后经内部导轮垂直进入到锡炉中，并且锡炉温度为150℃～300℃，优选为220℃。
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