专利名称：太阳能电池用锡铟锑系无铅焊料镀锡铜带的制备方法
技术领域：
本发明属于电子工业基础材料领域，特别涉及一种无铅焊料及其镀锡铜丝或铜带的制备方法。
背景技术：
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。可以说，太阳能是取之不尽的清洁能源。目前把太阳能转化为电能的主要方式是太阳能电池，太阳能电池能够保证经济与环境的双赢，而且比风力发电制约条件少，人类也许在可以预期的未来，在更大范围内用太阳能电池取代化石能源，彻底解决人类的能源问题。无铅焊料作为太阳能电池封装的主要材料之一，除了实现各个组件的连接之外，更重要的是在汇流带和互连条中的应用，汇流带和互连条镀锡用无铅焊料，对于其载流能力及其他性能影响很大。Sn-H3钎料在各方面的优越性，使其成为过去太阳能电池领域广泛使用的封装材料，但鉴于铅的危害，目前全球许多国家和组织都通过立法限制其使用，应该看到无铅化已成为电子制造锡焊技术不可逆转的潮流。经过多年努力，目前中国电子组装无铅化比率已经达到70%以上。然而目前市场上的无铅焊料虽能满足无毒害、环保的行业基本要求，但全面取代传统焊料也面临很大挑战。目前各国研究的焦点都集中于Sn-Ag-Cu合金，优良的性能使其成为目前最被看好的用以替代Sn-371^焊料的无铅焊料。但是Sn-Ag-Cu合金具有较高的Ag含量，而银的高价格直接导致了焊料生产成本的增加，产品竞争力下降。另一方面无铅焊料的焊接工艺较传统含铅焊料差，这些无铅焊料的熔点多数在210°C以上，远高于传统含铅焊料，对被焊材料和焊接设备要求高。这些因素制约着无铅焊料的进一步发展和应用。因此研发成本低、性能与应用环境匹配更好的低银第二代无铅焊料成为无铅焊料发展的必然趋势和研发执占之一。镀锡铜丝或铜带是电子工业的一种基础材料，太阳能电池组件中，汇流带及互连条一般均为镀锡铜带。镀锡铜带的生产工艺有两种传统工艺，一种是电镀工艺，一种是热浸工艺，采用无铅焊料合金进行。而电镀工艺由于耗能大，对环境污染严重，废液处理成本高， 应用不多。热浸工艺成本低，节能对环境污染小。
发明内容
本发明目的是提供低成本高性能的锡铟锑系无铅焊料，满足太阳能电池汇流带和互连条热浸镀锡的要求。汇流带的选用主要是依据其载流能力，要求焊料具有良好的可焊性和焊接可靠性，抗腐蚀性能好，在与太阳能电池使用同步的环境下长期工作不会脱落，镀层需保证汇流带和互连条的优良的导电性和加工延展性，镀层均勻，尤其重要的是焊料该焊料由于银含量较低所以降低了生产成本，但其性能仍可满足工业应用要求，其制备方法简单。
本发明提供一种无铅焊料合金的镀锡铜带，是以锡为基料添加重量百分比为 0. 5-1. 5的铟、0. 7-2. 5的锑形成锡铟锑系无铅焊料，采用热浸镀方式镀在铜带的表面上， 制成无铅焊料合金镀锡铜带。本发明的技术方案如下太阳能电池用锡铟锑系无铅焊料镀锡铜丝或铜带的制备方法，其特征是将纯锡、 铟、锑及铋、铜、银按质量比为83 99 0.5 9 0.1 8 0 4 0 1 0 1进行称量，首先将锑、铜和银与锡按1 10在熔炼炉中熔化并搅拌，使锑、铜和银完全熔化在锡里，形成锡锑银铜中间合金；然后将剩余的锡与其他组元一起熔炼并形成相应的中间合金；最后将两种中间合金一起熔炼并搅拌，使其均勻混合；然后再应用传统的热浸焊工艺， 将无铅焊料合金浸镀在铜丝或铜带上。所述的锑优选质量比为0.7 2. 5.所述的铟优选质量比为0. 5 1. 5.采用传统的热浸焊工艺，将无铅焊料合金浸镀在铜带上。其中传统热浸镀工艺流程如
图1所示，部分成分的无铅焊料背散射照片如图2-6所示。本发明的合金锑的加入可以提高了合金的硬度、抗拉强度及屈服强度，改善焊料合金的润湿性能，使疲劳寿命延长。同时，引入了组元铟，其最主要优点是能够降低焊料熔点，并且可以降低焊料熔化焓。在铟的含量低于4%时，能够增加焊料的润湿性，同时还可以降低裂纹扩展速度，提高疲劳抗性和焊料硬度，显著改变焊料内部金属间化合物的析出。本发明所涉及无铅焊料合金Sn-In-Sb系焊料银的含量较低，大大降低了焊料合金的成本，具有较好的延展性和拉伸强度，界面结合好。以这种高性能焊料合金为研究对象，使其满足工业应用要求，具有良好的发展前景。本合金具有较低的熔化温度，如图7所示铟最主要优点是能够降低焊料熔点，随着加入^组元的量的增加，焊料熔点不断降低， 当加入铟的量为4%时，焊料的熔点为186°C左右，已经接近传统Sn-Pb焊料的熔点。较高的拉伸强度和较高的显微硬度，如表1所示，满足了太阳能电池汇流带和互连条镀锡的性能要求，并可以应用在各个组件的连接中，使镀锡铜带或铜线的产品质量得到很大提升。利用Sn-In-Sb合金替代传统的Sn-H3合金，熔点可以与之媲美，使得汇流带和互连条的载流能力有一定程度的提升，此系合金形成的镀层涂覆均勻，没有孔洞，对铜带保护性良好，汇流带和互连条长期工作后，不会脱落，提高了太阳能电池寿命。同时Ag的含量有所降低，成本下降，此系合金具有优越的润湿性，同时有了 Sb的加入，合金拉伸强度和硬度较高，延展性较好。一些微量合金组元的加入使得合金组织细化，抗腐蚀性能较好。表1部分Sn-In-Sb系焊料合金的显微硬度
权利要求
1.太阳能电池用锡铟锑系无铅焊料镀锡铜丝或铜带的制备方法，其特征是将纯锡、铟、 锑及铋、铜、银按质量比为83 99 0.5 9 0.1 8 0 4 0 1 0 1进行称量，首先将锑、铜、银与锡按1 10加热熔化，形成锡锑银铜中间合金；其次将剩余的锡与其他组元，一起熔炼成相应的中间合金；然后将两种中间合金一起熔炼并使其成分均勻； 最后再应用传统的热浸焊工艺，将无铅焊料合金浸镀在铜丝或铜带上。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的锑质量比为0.7 2. 5。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的铟质量比为0.5 1. 5。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池用锡铟锑系无铅焊料镀锡铜带的制备方法；将纯锡、铟、锑及铋、铜、银按质量比为83～99∶0.5～9∶0.1～8∶0～4∶0～1∶0～1进行称量，首先将锑、铜、银与锡按1∶10在熔炼炉中熔化并搅拌，使锑、铜和银完全熔化在锡里，形成锡锑银铜中间合金；其次将剩余的锡与其他组元一起熔炼并形成相应的中间合金；然后将两种中间合金一起熔炼并搅拌，使其均匀混合；最后再应用传统的热浸焊工艺，将无铅焊料浸镀在铜丝或铜带上。本发明所涉及Sn-In-Sb系无铅焊料银的含量较低，大大降低了焊料的成本，具有较好的延展性和拉伸强度，连接界面可靠性高。以这种高性能焊料合金为研究对象，使其满足工业应用要求，具有良好的发展前景。
文档编号H01L31/18GK102174676SQ20111003028
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者余黎明, 刘永长, 董明杰, 高志明 申请人:天津大学