一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺，所述焊料合金按重量百分比由35％～47％Bi、1％Ag、0.5％Si和余量的Sn组成；制备步骤为：根据重量百分比称取相应的颗粒原料，先利用钨极无自耗磁控电弧炉熔炼Ag

【技术实现步骤摘要】
一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及光伏焊带焊接材料
，尤其是一种适用于光伏焊带涂层所用的含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺。

技术介绍

[0002]光伏焊带作为太阳能电池中的枢纽部位，对太阳能电池的发展起着相当重要的作用。长期以来，Sn
‑
Pb共晶焊料凭借着其润湿性优良、钎焊性稳定、价格低廉、储量丰富等优点，一直是光伏焊带涂层焊料的首要选择。Sn
‑
Pb共晶焊料含有40wt％Pb，熔点在181℃左右。然而，随着人们环保意识的加强，逐渐认识到Pb及其化合物的毒性对人与自然的危害不容忽视。并且，光伏组件也在朝小型和轻型化方向发展，电池片越薄，焊带的焊接温度就要更低。因此，开发无铅低温焊带涂层焊料是光伏焊带发展的必然趋势。
[0003]目前，对焊带涂层无铅低温焊料已经有了深入广泛的研究，通过另一种组元取代Sn
‑
Pb合金中的Pb，研究体系有：Sn
‑
Ag系、Sn
‑
Cu系、Sn
‑
Ag
‑
Cu系、Sn
‑
Zn系和Sn
‑
Bi系等。而Sn
‑
Bi系无铅焊料熔点在138～232℃；且随着Bi含量的增加，熔化温度显著降低，故可以通过调节Bi含量调整焊料的熔点。低熔点使其在光伏焊带焊接低温化发展趋势中占有优势，已成为无铅低温光伏焊带涂层焊料的典型代表。然而，现有的Sn
‑
Bi焊料却因富Bi相容易发生偏析及晶粒粗化，而对于焊料合金的力学性能产生不良影响，且Sn
‑
58Bi焊料合金的润湿性远不如传统Sn
‑
40Pb焊料。因此，需要进一步改善Sn
‑
Bi焊料合金的力学性能和及润湿性能。
[0004]申请号201810194058.2公开了一种低熔点Sn
‑
Bi
‑
Al系无铅焊料合金材料及其制备方法，合金按重量百分比组成，其中Bi：15～25％；Al：0.5～2％；余量为Sn。该申请利用行星式球磨机制备焊料合金，使Al颗粒均匀分布于焊料和合金中，解决了Al与Sn
‑
Bi合金不易互熔的技术难题，提高了焊料的力学性能，但对其在Cu基体上的润湿性未做研究；已知添加适量Ag，能改善Sn
‑
Bi焊料的力学性能及润湿性，然而目前对Sn
‑
Bi
‑
Ag系焊料合金的研究较少。申请号201811390305.2公开了一种Sn
‑
Bi系低银无铅焊料合金，其中Bi：40％；Ag：0.5％；0.5％≤Cu≤1.5％；Sn为余量，该申请通过在Sn
‑
40Bi
‑
0.5Ag合金基础上添加Cu元素，在焊料的力学性能及润湿性有所提高，但改善效果相对于传统Sn
‑
40Pb焊料合金仍然有限，且Cu的加入使得成本提高，限制了其产业化生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本专利技术提供一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺，以更好地改善焊料合金的抗拉强度，并可大幅提高焊料合金的润湿性。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含Si的无铅低温焊料合金，所述焊料合金的原料组分按重量百分比为：Bi：35％～47％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。
[0007]进一步地，所述的原料Bi、Ag、Si及Sn的纯度均≥99.99％。
[0008]一种上述含Si的无铅低温焊料合金的制备工艺，具有以下步骤：
[0009]S1、原材料称取，根据各原料组分的重量百分比分别称取相应量的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Si片；
[0010]S2、将步骤S1称量好的Ag粒和Si片混合均匀后放入钨极无自耗磁控电弧炉中，对电弧炉抽真空，真空度为3
×
10
‑3～6
×
10
‑3Pa；再充入纯度为99.99％、压强为一个标准大气压的氩气，然后再抽真空，反复2～5次，最后在氩气的保护下进行熔炼，熔炼电压为220V，熔炼电流为10～50A，熔炼时间保持30～60s后关闭电弧，得到液态合金，冷却5～30s后，再对其进行熔炼，反复3次，随后冷却可得Ag
‑
Si中间合金；
[0011]S3、将步骤S2中的Ag
‑
Si中间合金放入石英管后抽真空封口后，放入1000℃的箱式电阻炉中退火7天；
[0012]S4、分别将步骤S1称量好的Sn粒、Bi粒和步骤S3中退火后的Ag
‑
Si中间合金装入石英管后抽真空封口；
[0013]S5、将步骤S4中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼，井式炉炉温设置为400℃，待炉内达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀；
[0014]S6、用坩埚钳将步骤S5中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却；
[0015]S7、用钒钢大力钳将步骤S6中冷却后的焊料合金剪碎，再放入新的石英管中重复三次步骤S5和S6；
[0016]S8、待完全冷却后，即可得Sn
‑
Bi
‑
Ag
‑
Si焊料合金。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术在已知的Sn
‑
Bi
‑
Ag焊料合金的基础上，通过添加微量Si元素，形成新的Sn
‑
Bi
‑
Ag
‑
Si焊料合金，其利用微量非金属元素(半导体材料)Si的加入，进一步改善了无铅焊料合金的力学性能和润湿性能，且对其熔点并无明显影响；制备时先用钨极无自耗磁控电弧炉熔炼Ag
‑
Si中间合金，再进行焊料合金的熔炼，从而解决了合金元素不易加入问题(锡和铋熔点较低，而银和硅熔点偏高，易造成合金元素的烧损及氧化)，还能使得合金中硬脆相Bi相更加分散、细小，获得较好的组织，有效地提高了焊料合金性能。
附图说明
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0019]图1为比较例的Sn
‑
Bi
‑
Ag系焊料合金组织形貌图。
[0020]图2为本专利技术的Sn
‑
Bi
‑
Ag
‑
Si系焊料合金组织形貌图。
[0021]图3为本专利技术的Sn
‑
Bi
‑
Ag
‑
Si系焊料合金的抗拉强度与比较例Sn
‑
Bi
‑
Ag系焊料合金抗拉强度对比图。
[0022]图4为本专利技术的Sn
‑
Bi
‑
Ag
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述焊料合金的原料组分按重量百分比为：Bi：35％～47％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。2.如权利要求1所述的含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述的焊料合金的原料重量百分比组成为：Bi：35％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。3.如权利要求1所述的含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述的焊料合金的原料重量百分比组成为：Bi：37％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。4.如权利要求1所述的含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述的焊料合金的原料重量百分比组成为：Bi：45％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。5.如权利要求1所述的含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述的焊料合金的原料重量百分比组成为：Bi：47％、Ag：1％、Si：0.5％，余量为Sn。6.如权利要求1所述的含Si的无铅低温焊料合金，其特征是：所述的原料Bi、Ag、Si及Sn的纯度均≥99.99％。7.一种如权利要求1～6中任一权利要求所述焊料合金的制备工艺，其特征是：具有以下步骤：S1、原材料称取，根据各原料组分的重量百分比分别称取相应量的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Si片；S2、将步骤S1称量好的Ag粒和Si片混合均匀后放入钨极无自耗磁控电弧炉中，对电弧炉抽真空，真空度为3
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚，陈胜，吴长军，王建华，苏旭平，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：