一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成：锑0.05%～0.15%，银0.01%～0.05%，铜0.1%～0.4%，铟0.01%～0.05%，铋0.2%～0.5%，镓0.06%～0.10%，磷0.02%～0.09%，余量为锡和不可避免的杂质。本发明还提供了该无铅锡基焊料的制备方法如下：将锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷按质量百分比放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下熔炼，得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。本发明的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
【专利说明】一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能光伏组件制备【技术领域】，具体涉及一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。
[0003]在光电产业中，太阳能光伏组件的构装方式仍然以锡铅合金的焊接为主。多年来，锡铅合金作为一种软钎焊合金，被广泛用于太阳能光伏组件的组装上，其钎焊温度低，不会对热敏感的电子器件造成热损伤，锡铅合金钎焊性能和机械性能优异，应用广泛，可靠性好。
[0004]然而铅是一种有害物质，人体通过呼吸、进食、皮肤吸收等都有可能吸收铅和气化合物，铅被人体器官摄取后，将抑制蛋白质的正常合成功能，危害人体中枢神经，造成精神混乱、呆滞、生育功能障碍、贫血、高血压等慢性疾病。铅对儿童的危害更大，会影响智商和身体发育。电子工业中大量使用的锡铅合金焊料是造成污染的重要来源之一，在制造和使用锡铅合金焊料的过程中，由于锡铅合金焊料的熔化温度较高，有大量的铅蒸气逸出，将严重影响操作人员的身体健康。并且铅对环境的破坏也是非常严重的。考虑到铅对人体和环境的危害，应大力发展无铅锡基焊料，摒弃使用含铅锡基焊料。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、钎焊性能优良的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。该太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.05%?0.15%，银0.01%?0.05%,铜 0.1% ?0.4%,铟 0.01% ?0.05%,铋 0.2% ?0.5%,镓 0.06 ?0.10%,磷 0.02 ?0.09%,余
量为锡和不可避免的杂质。
[0007]上述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑 0.07% ?0.1%，银 0.02% ?0.04%,铜 0.2% ?0.4%,铟 0.02% ?0.05%,铋
0.35%?0.45%,镓0.08?0.10%,磷0.03?0.08%,余量为锡和不可避免的杂质。
[0008]上述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.08%,银0.03%,铜0.3%，铟0.03%,铋0.4%，镓0.08%,磷0.04%,余量为锡和不可避免的杂质。
[0009]上述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.09%,银0.03%,铜0.2%，铟0.04%,铋0.45%，镓0.09%,磷0.05%,余量为锡和
不可避免的杂质。
[0010]另外，本发明还提供了一种制备上述太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的方法，其特征在于，该方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0011]上述的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为500°C?550°C，所述熔炼的时间为Ih ?3h。
[0012]本发明的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的理论熔点为220°C，使用温度为240°C左右，在实际焊接过程中，可根据实践经验对本发明的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的使用温度进行适当调整。
[0013]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、本发明通过加入微量的银，能够增加焊料合金的湿润性能。
[0015]2、本发明在无铅锡基焊料中将引入元素Sb，能够显著减少由于Pb含量的缺乏导致性能下降的问题；改善焊料的润湿性能，使疲劳寿命延长。
[0016]3、本发明加入适量Bi元素，降低合金焊料的熔点，可使焊料熔点降低到220°C左右，提高焊料合金的蠕变特性，Bi也是有效抑制“锡瘟”和锡晶须产生的元素之一。
[0017]4、本发明加入Ga，添加Ga主要起到两方面的作用:一是通过添加少量的Ga降低焊料合金熔点，改善热浸镀实际操作温度过高问题，二是通过添加的Ga能与Sn固溶，改善合金焊料的湿润性及提高热浸度层的耐高温变色问题。
[0018]5、本发明通过添加P阻止无铅焊料合金表面氧化物的生成量，经大量研究发现，添加0.02%?0.09%的P可以有效的阻止无铅焊料合金表面的氧化程度，因为元素P的集肤效应在焊料表面形成高度亲氧集肤层薄膜，改变了原疏松的Sn氧化物结构，形成了一层致密的表面膜，阻止焊料合金直接与空气中氧直接接触，有效阻止无铅焊料合金表面地进一步氧化，保证合金焊料的可焊性。
[0019]6、本发明加入适量的铟，能够为焊料提供一个相对低的熔点，并且可增加其可焊性和焊带表面的光泽度；铜是高导热性金属，在太阳能光伏组件用无铅锡基焊料中加入一定比例的铜，可以显著提高焊料的导热性能。
[0020]7、本发明经长期研究发现，在本发明的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料中，铜含量不能超过0.4%，因为如果铜含量过高，会在焊料浴中形成不溶解的高熔点Sn-Cu金属间化合物，该Sn-Cu金属间化合物附着于被处理物的工作周围，导致焊接质量大大降低。
[0021]8、本发明的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】[0023]实施例1
[0024]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:
[0025]锑0.08%,银 0.03%,铜 0.3%,铟 0.03%,铋 0.4%,镓 0.08%,磷 0.04%,余量为锡和不可避免的杂质。
[0026]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为500°C，熔炼时间为2h，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0027]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0028]实施例2
[0029]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:
[0030]锑0.09%,银 0.03%,铜 0.2%,铟 0.04%,铋 0.45%,镓 0.09%,磷 0.05%,余量为锡和不
可避免的杂质。
[0031]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为550°C，熔炼时间为2h，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0032]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0033]实施例3
[0034]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:
[0035]锑0.07%,银 0.04%,铜 0.4%,铟 0.02%,铋 0.45%,镓 0.08%,磷 0.08%,余量为锡和不
可避免的杂质。
[0036]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为500°C，熔炼时间为3h，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0037]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0038]实施例4
[0039]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:
[0040]锑0.1%，银 0.02%,铜 0.2%,铟 0.05%,铋 0.35%,镓 0.10%,磷 0.03%,余量为锡和不
可避免的杂质。
[0041]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为550°C，熔炼时间为lh，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0042]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0043]实施例5
[0044]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:
[0045]锑0.15%,银 0.05%,铜 0.4%,铟 0.01%,铋 0.5%,镓 0.06%,磷 0.02%,余量为锡和不
可避免的杂质。
[0046]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为550°C，熔炼时间为3h，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0047]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0048]实施例6
[0049]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，由以下质量百分比的成分组成:锑0.05%,银0.01%,铜0.1%，铟0.05%,铋0.2%,镓0.10%,磷0.09%,余量为锡和不可避免的杂质。
[0050]本实施例的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的制备方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，熔炼温度为550°C，熔炼时间为3h，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
[0051]本实施例制备的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的熔点温度低，表面光泽度好，表面抗氧化能力强，湿润性能优良，焊接质量好，经济环保，对人身体健康无威胁，适于大规模工业化生产。
[0052]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑 0.05% ?0.15%,银 0.01% ?0.05%,铜 0.1% ?0.4%,铟 0.01% ?0.05%,铋 0.2% ?0.5%,镓0.06%?0.10%,磷0.02%?0.09%,余量为锡和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.07%?0.1%，银0.02%?0.04%,铜0.2%?0.4%,铟0.02%?0.05%,铋0.35%?0.45%,镓0.08%?0.10%,磷0.03%?0.08%,余量为锡和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.08%,银0.03%,铜0.3%，铟0.03%,铋0.4%，镓0.08%,磷0.04%,余量为锡和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏组件用无铅锡基焊料，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:锑0.09%,银0.03%,铜0.2%，铟0.04%,铋0.45%，镓0.09%,磷0.05%，余量为锡和不可避免的杂质。
5.一种制备如权利要求1至4中任一项权利要求所述的太阳能光伏组件用无铅锡基焊料的方法，其特征在于，该方法为:按质量百分比分别称取锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷，然后将称取后的锑、银、铜、铟、铋、镓、锡和磷一起放入熔炼炉中，在惰性气氛或真空条件下进行熔炼，随炉冷却后得到太阳能光伏组件用无铅锡基焊料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为500°C?550°C，熔炼的时间为Ih?3h。
【文档编号】C22C1/02GK103801853SQ201210439355
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】陈庆谊, 董文卫, 张瑶瑶, 张红艳, 谢阔 申请人:西北机器有限公司