[發(fā)明專利]一種含Bi和In的無鉛低溫焊料合金及其制備工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211266010.0
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115595466A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉亞;朱斌;蘇旭平;王建華;吳長軍
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C22C13/00
• 分類號: C22C13/00;B23K35/26;B23K35/40;C22C1/02
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 蔣華

本發(fā)明涉及一種含Bi和In的無鉛低溫焊料合金及其制備工藝，所述焊料合金按重量百分比由1％～5％In、3％～5％Bi、9％Zn和余量的Sn組成；制備步驟為：根據(jù)重量百分比稱取相應(yīng)的顆粒原料，放在石英管中，抽取真空，然后再進行焊料合金的熔煉。本發(fā)明通過添加Bi、In元素，改善了傳統(tǒng)Sn?9Zn系焊料合金的力學(xué)性能和潤濕性能，不僅抑制焊料合金與Cu界面反應(yīng)金屬間化合物層(Cu₅Zn₈)的生長，提高光伏焊帶涂層的時效服役強度、減少焊接界面產(chǎn)生裂紋的趨勢，而且降低了焊料合金的熔點，與Sn?Pb焊料近似。隨著In含量的提高，還能使合金中富Zn相更加細(xì)化且分布均勻，獲得較好的組織，有效提高了焊料合金的性能，并且熔煉工藝簡單方便，減少工藝成本，便于大量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏焊帶焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種含Bi和In的無鉛低溫焊料合金及其制備工藝。

背景技術(shù)

長期以來，Sn-Pb共晶焊料憑借著其潤濕性優(yōu)良、釬焊性穩(wěn)定、價格低廉、儲量豐富等優(yōu)點，一直是光伏焊帶涂層焊料的首要選擇。Sn-Pb共晶焊料含有40wt％Pb，熔點在181℃左右。然而，鉛及鉛的化合物屬劇毒物質(zhì)，對人體及牲畜具有極大的危害，隨著人們環(huán)保意識的加強，逐漸認(rèn)識到Pb及其化合物的毒性對人與自然的危害不容忽視。并且，光伏組件也在朝元器件方向發(fā)展，電池片越薄，焊帶的焊接溫度要求就越低。

目前，對焊帶涂層無鉛低溫焊料已經(jīng)有了深入廣泛的研究，通過另一種組元取代Sn-Pb合金中的Pb，研究體系有：Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Zn系和Sn-Bi系等。Sn-Zn系無鉛焊料熔點在198℃，Zn元素能降低合金熔點，但是當(dāng)Zn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于9％時熔點升高。該釬料的優(yōu)點是其與傳統(tǒng)的Sn-Pb釬料的熔點很接近，力學(xué)性能較好，材料容易得到且價格較低。然而，現(xiàn)有的Sn-Zn系焊料與Cu潤濕性差，造成加工性能差，Zn易被氧化,造成釬料在釬焊時易被氧化,使接頭的耐腐蝕性差。因此，需要進一步改善Sn-Zn焊料合金的力學(xué)性能和潤濕性能。

申請?zhí)?02210521700.X公開了一種低熔點Sn-Zn-In系無鉛焊料合金材料及其制備方法，合金按重量百分比組成，其中Zn為8％～9.5％；Bi為2％～3％；In為1％～1.5％、余量為Sn；助焊劑，其成份組成如下:40％～55％的氫化松香、2％～6％的觸變劑、5％～8％的活性劑、0％～2％的增粘劑、0.5％～1％的抗氧化劑、0.5％～2％的抗腐蝕劑、0.2％～1％的表面活性劑、0.1％～1％的pH調(diào)節(jié)劑和余量溶劑。該申請利用焊錫合金焊粉和助焊劑均勻混合，在真空爐中制備焊料合金，提高了焊料的力學(xué)性能，但熔煉工藝操作復(fù)雜，加大工藝成本，并且未對焊料合金熔點和硬度進行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，本發(fā)明提供一種含Bi和In的無鉛低溫焊料合金及其制備工藝，以更好地改善焊料合金的抗拉強度及抗氧化，大幅提高焊料合金的潤濕性，并且熔煉工藝操作簡單，便于大量生產(chǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種含Bi和In的無鉛低溫焊料合金，所述焊料合金的原料組分按重量百分比為：Bi：3％～5％、In：1％～5％、Zn：9％，余量為Sn。

進一步地，所述的原料Bi、In、Zn及Sn的純度均≥99.99％。

一種上述含Bi和In的無鉛低溫焊料合金的制備工藝，具有以下步驟：

S1、原材料稱取，根據(jù)各原料組分的重量百分比分別稱取相應(yīng)量的Sn粒、Zn粒、Bi粒和In粒；

S2、將步驟S1中稱量好的Sn粒、Zn粒、Bi粒和In?；旌暇鶆蚝蠓湃胧⒐苤?，對石英管抽真空封口，真空度為4×10^-3～5×10^-3Pa；再充入純度為99.99％、壓強為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氬氣，然后再抽真空，反復(fù)5～6次；