專利名稱：太陽能電池用錫銦銻系無鉛焊料鍍錫銅帶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子工業(yè)基礎(chǔ)材料領(lǐng)域，特別涉及一種無鉛焊料及其鍍錫銅絲或銅帶的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力?？梢哉f，太陽能是取之不盡的清潔能源。目前把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的主要方式是太陽能電池，太陽能電池能夠保證經(jīng)濟與環(huán)境的雙贏，而且比風(fēng)力發(fā)電制約條件少，人類也許在可以預(yù)期的未來，在更大范圍內(nèi)用太陽能電池取代化石能源，徹底解決人類的能源問題。無鉛焊料作為太陽能電池封裝的主要材料之一，除了實現(xiàn)各個組件的連接之外，更重要的是在匯流帶和互連條中的應(yīng)用，匯流帶和互連條鍍錫用無鉛焊料，對于其載流能力及其他性能影響很大。Sn-H3釬料在各方面的優(yōu)越性，使其成為過去太陽能電池領(lǐng)域廣泛使用的封裝材料，但鑒于鉛的危害，目前全球許多國家和組織都通過立法限制其使用，應(yīng)該看到無鉛化已成為電子制造錫焊技術(shù)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。經(jīng)過多年努力，目前中國電子組裝無鉛化比率已經(jīng)達到70%以上。然而目前市場上的無鉛焊料雖能滿足無毒害、環(huán)保的行業(yè)基本要求，但全面取代傳統(tǒng)焊料也面臨很大挑戰(zhàn)。目前各國研究的焦點都集中于Sn-Ag-Cu合金，優(yōu)良的性能使其成為目前最被看好的用以替代Sn-371^焊料的無鉛焊料。但是Sn-Ag-Cu合金具有較高的Ag含量，而銀的高價格直接導(dǎo)致了焊料生產(chǎn)成本的增加，產(chǎn)品競爭力下降。另一方面無鉛焊料的焊接工藝較傳統(tǒng)含鉛焊料差，這些無鉛焊料的熔點多數(shù)在210°C以上，遠高于傳統(tǒng)含鉛焊料，對被焊材料和焊接設(shè)備要求高。這些因素制約著無鉛焊料的進一步發(fā)展和應(yīng)用。因此研發(fā)成本低、性能與應(yīng)用環(huán)境匹配更好的低銀第二代無鉛焊料成為無鉛焊料發(fā)展的必然趨勢和研發(fā)執(zhí)占之一。鍍錫銅絲或銅帶是電子工業(yè)的一種基礎(chǔ)材料，太陽能電池組件中，匯流帶及互連條一般均為鍍錫銅帶。鍍錫銅帶的生產(chǎn)工藝有兩種傳統(tǒng)工藝，一種是電鍍工藝，一種是熱浸工藝，采用無鉛焊料合金進行。而電鍍工藝由于耗能大，對環(huán)境污染嚴(yán)重，廢液處理成本高， 應(yīng)用不多。熱浸工藝成本低，節(jié)能對環(huán)境污染小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供低成本高性能的錫銦銻系無鉛焊料，滿足太陽能電池匯流帶和互連條熱浸鍍錫的要求。匯流帶的選用主要是依據(jù)其載流能力，要求焊料具有良好的可焊性和焊接可靠性，抗腐蝕性能好，在與太陽能電池使用同步的環(huán)境下長期工作不會脫落，鍍層需保證匯流帶和互連條的優(yōu)良的導(dǎo)電性和加工延展性，鍍層均勻，尤其重要的是焊料該焊料由于銀含量較低所以降低了生產(chǎn)成本，但其性能仍可滿足工業(yè)應(yīng)用要求，其制備方法簡單。
本發(fā)明提供一種無鉛焊料合金的鍍錫銅帶，是以錫為基料添加重量百分比為 0. 5-1. 5的銦、0. 7-2. 5的銻形成錫銦銻系無鉛焊料，采用熱浸鍍方式鍍在銅帶的表面上， 制成無鉛焊料合金鍍錫銅帶。本發(fā)明的技術(shù)方案如下太陽能電池用錫銦銻系無鉛焊料鍍錫銅絲或銅帶的制備方法，其特征是將純錫、 銦、銻及鉍、銅、銀按質(zhì)量比為83 99 0.5 9 0.1 8 0 4 0 1 0 1進行稱量，首先將銻、銅和銀與錫按1 10在熔煉爐中熔化并攪拌，使銻、銅和銀完全熔化在錫里，形成錫銻銀銅中間合金；然后將剩余的錫與其他組元一起熔煉并形成相應(yīng)的中間合金；最后將兩種中間合金一起熔煉并攪拌，使其均勻混合；然后再應(yīng)用傳統(tǒng)的熱浸焊工藝， 將無鉛焊料合金浸鍍在銅絲或銅帶上。所述的銻優(yōu)選質(zhì)量比為0.7 2. 5.所述的銦優(yōu)選質(zhì)量比為0. 5 1. 5.采用傳統(tǒng)的熱浸焊工藝，將無鉛焊料合金浸鍍在銅帶上。其中傳統(tǒng)熱浸鍍工藝流程如

圖1所示，部分成分的無鉛焊料背散射照片如圖2-6所示。本發(fā)明的合金銻的加入可以提高了合金的硬度、抗拉強度及屈服強度，改善焊料合金的潤濕性能，使疲勞壽命延長。同時，引入了組元銦，其最主要優(yōu)點是能夠降低焊料熔點，并且可以降低焊料熔化焓。在銦的含量低于4%時，能夠增加焊料的潤濕性，同時還可以降低裂紋擴展速度，提高疲勞抗性和焊料硬度，顯著改變焊料內(nèi)部金屬間化合物的析出。本發(fā)明所涉及無鉛焊料合金Sn-In-Sb系焊料銀的含量較低，大大降低了焊料合金的成本，具有較好的延展性和拉伸強度，界面結(jié)合好。以這種高性能焊料合金為研究對象，使其滿足工業(yè)應(yīng)用要求，具有良好的發(fā)展前景。本合金具有較低的熔化溫度，如圖7所示銦最主要優(yōu)點是能夠降低焊料熔點，隨著加入^組元的量的增加，焊料熔點不斷降低， 當(dāng)加入銦的量為4%時，焊料的熔點為186°C左右，已經(jīng)接近傳統(tǒng)Sn-Pb焊料的熔點。較高的拉伸強度和較高的顯微硬度，如表1所示，滿足了太陽能電池匯流帶和互連條鍍錫的性能要求，并可以應(yīng)用在各個組件的連接中，使鍍錫銅帶或銅線的產(chǎn)品質(zhì)量得到很大提升。利用Sn-In-Sb合金替代傳統(tǒng)的Sn-H3合金，熔點可以與之媲美，使得匯流帶和互連條的載流能力有一定程度的提升，此系合金形成的鍍層涂覆均勻，沒有孔洞，對銅帶保護性良好，匯流帶和互連條長期工作后，不會脫落，提高了太陽能電池壽命。同時Ag的含量有所降低，成本下降，此系合金具有優(yōu)越的潤濕性，同時有了 Sb的加入，合金拉伸強度和硬度較高，延展性較好。一些微量合金組元的加入使得合金組織細化，抗腐蝕性能較好。表1部分Sn-In-Sb系焊料合金的顯微硬度
權(quán)利要求
1.太陽能電池用錫銦銻系無鉛焊料鍍錫銅絲或銅帶的制備方法，其特征是將純錫、銦、 銻及鉍、銅、銀按質(zhì)量比為83 99 0.5 9 0.1 8 0 4 0 1 0 1進行稱量，首先將銻、銅、銀與錫按1 10加熱熔化，形成錫銻銀銅中間合金；其次將剩余的錫與其他組元，一起熔煉成相應(yīng)的中間合金；然后將兩種中間合金一起熔煉并使其成分均勻； 最后再應(yīng)用傳統(tǒng)的熱浸焊工藝，將無鉛焊料合金浸鍍在銅絲或銅帶上。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的銻質(zhì)量比為0.7 2. 5。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的銦質(zhì)量比為0.5 1. 5。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能電池用錫銦銻系無鉛焊料鍍錫銅帶的制備方法；將純錫、銦、銻及鉍、銅、銀按質(zhì)量比為83～99∶0.5～9∶0.1～8∶0～4∶0～1∶0～1進行稱量，首先將銻、銅、銀與錫按1∶10在熔煉爐中熔化并攪拌，使銻、銅和銀完全熔化在錫里，形成錫銻銀銅中間合金；其次將剩余的錫與其他組元一起熔煉并形成相應(yīng)的中間合金；然后將兩種中間合金一起熔煉并攪拌，使其均勻混合；最后再應(yīng)用傳統(tǒng)的熱浸焊工藝，將無鉛焊料浸鍍在銅絲或銅帶上。本發(fā)明所涉及Sn-In-Sb系無鉛焊料銀的含量較低，大大降低了焊料的成本，具有較好的延展性和拉伸強度，連接界面可靠性高。以這種高性能焊料合金為研究對象，使其滿足工業(yè)應(yīng)用要求，具有良好的發(fā)展前景。
文檔編號H01L31/18GK102174676SQ20111003028
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者余黎明, 劉永長, 董明杰, 高志明 申請人:天津大學(xué)