專利名稱：太陽能電池?zé)峤冇脽o鉛焊料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池?zé)峤捎缅a鉍銻系低成本高性能無鉛焊料，屬于無鉛電子封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
太陽能是取之不盡的清潔能源，目前利用太陽能轉(zhuǎn)換為電能的主要方式是太陽能電池，世界各國普遍重視和發(fā)展太陽能，這是一項重要的發(fā)展戰(zhàn)略。進入21世紀(jì)以來，全球太陽能電池產(chǎn)量迅速增長，中國的太陽能電池產(chǎn)量以迅猛之勢持續(xù)擴大，2009年中國太陽能電池產(chǎn)量已居世界第一位，估計超過全球的40%。而封裝是太陽能電池的關(guān)鍵步驟，良好的封裝工藝可以使電池的壽命得到保證，增強電池的抗擊強度。作為匯流帶的銅片需要鍍錫后才能使太陽能電池得到更好的性能。Sn-Pb釬料在各方面的優(yōu)越性，使其成為過去電子封裝領(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，中國作為未來的封裝大國，我們必須積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，跟上世界腳步，積極發(fā)展綠色電子封裝材料也即無鉛釬料，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。綠色電子封裝材料主要包括替代傳統(tǒng)含鉛釬料的無鉛釬料及配套釬劑、無鉛焊膏及導(dǎo)電膠等。目前針對于無鉛釬料的研究較多，因為它是實現(xiàn)電子封裝“綠色化”的關(guān)鍵。在Sn-Pb焊料的替代品中，Sn-Ag-Cu是全球公認的最主要的替代品。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，尤其是共晶合金以焊料潤濕性好，強度和塑性高，具有優(yōu)良的耐熱疲勞特性，因此也成為各種無鉛焊接工藝中的首選候補焊料，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。所以開發(fā)一種低銀含量或無銀的，但又能維持高性能的焊料合金，可滿足市場應(yīng)用的無鉛焊料成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供低成本高性能的錫鉍銻系無鉛焊料，該焊料由于取消了 Ag的加入，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，尤其潤濕性極好，其制備方法簡單。為了減少由于Ag含量的下降所導(dǎo)致的性能下降問題，本體系合金中將引入元素 Sb。這是因為Sb能提高合金的硬度、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。同時加入適量Bi組元，降低焊料合金的熔點，可使焊料熔點降低到200°C左右，提高焊料合金的蠕變特性，增大其拉伸強度及硬度，同時，Bi也是有效抑制“錫瘟”和錫晶須產(chǎn)生的元素之一。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，錫鉍銻系無鉛焊料，其特征在于，純度為 99. 99%的質(zhì)量比為98. 9-93. 5 1 4 0. 1 2. 5錫鉍銻無鉛焊料，在此基礎(chǔ)上為提可加入0 3的銦、0 0. 5的銀、0 2的鋅、0 2的銅、0 1的鋁、0 1的稀土元素及 0 1磷以細化組織、提高性能，增加潤濕性和抗氧化性。上述的錫鉍銻系焊料的制備方法
將純度為99. 99%的錫、鉍、銻及各個合金元素銦、銀、鋅、銅、鋁、磷、稀土元素按質(zhì)量比為98. 9 84. 5 1 5 0.1 2 0 3 0 0.5 0 2 0 1 0 1 0 1在氣氛保護下的熔煉爐中加熱到500-1300°C熔化(其中稀土元素和磷以預(yù)配好的錫稀土、錫磷中間合金的形式加入)，同時加以磁(機械)攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固并成型。在真空電弧爐中需要將合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到300-600 0C熔化，同時加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次。其中部分成分的無鉛焊料光鏡照片(如

圖1-5所示)。本發(fā)明優(yōu)點是在保證其工業(yè)應(yīng)用的前提下，無銀加入的焊料合金具有較低的產(chǎn)品成本，本合金具有較低的熔化溫度(如圖6所示)、較高的拉伸強度和較高的顯微硬度(如表1所示)°表1部分SnBiSb系焊料合金的顯微硬度
權(quán)利要求
1.太陽能電池?zé)峤冇脽o鉛焊料，其特征在于，原料為純度99.99%的質(zhì)量比為 98. 9 93. 5 1 4 0. 1 2. 5錫鉍銻無鉛焊料，在此基礎(chǔ)上加入0 3的銦、0 0. 5 的銀、0 2的鋅、0 2的銅、0 1的鋁和0 1的稀土元素及0 1磷。
2.太陽能電池?zé)峤冇脽o鉛焊料制備方法其特征是將純度為99.99%的錫、鉍、 銻及各個合金元素銦、銀、鋅、銅、鋁、磷、稀土按質(zhì)量比為98. 9 85 1 4 0. 1 2.5 0 3 0 0. 5 0 2 0 1 0 1 0 1在氣氛保護下的熔煉爐中加熱到500-1300°C，熔化同時加以攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固并成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能電池?zé)峤冇脽o鉛焊料及制備方法；其中焊料的組分和質(zhì)量百分含量純度為99.99％的質(zhì)量比為98.9～93.5∶1～4∶0.1～2.5錫鉍銻無鉛焊料，在此基礎(chǔ)上加入0～3的銦、0～0.5的銀、0～2的鋅、0～2的銅、0～1的鋁和0～1的稀土元素及0～1磷。由Sb替代了Ag組元，大大降低了焊料合金的成本，保持了傳統(tǒng)錫鉛焊料優(yōu)點，提高了焊料的利用率，節(jié)約了材料，提高了可焊性，在銅片鍍錫中改善表面質(zhì)量，使太陽能的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個新水平。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B23K35/26GK102152021SQ201110027109
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25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)