[发明专利]一种含Ni的无铅低温焊料合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含Ni的无铅低温焊料合金材料及其制备方法，所述无铅低温焊料合金由Sn、Bi、Ag、Ni组成，该焊料合金按重量百分比由35％～37％Bi、1％Ag、0.5％Ni和余量的Sn组成。其制备方法的步骤为：根据重量百分比称取相应的颗粒原料，混合均匀后装入石英管中抽真空密封，置入井式炉中熔炼。本发明的含Ni无铅低温焊料合金大幅改善了Sn‑Bi‑Ag系焊料合金的润湿性能，且对其熔点、力学性能并无显著影响，提高了光伏焊带涂层的时效服役强度，能够适应光伏组件小型化、轻型化发展，电池片薄型化，焊带焊接温度低温化的发展需求。本发明的制备方法不仅解决了合金熔炼过程中的易氧化问题，还有效提高了焊料的性能。

技术领域

本发明属于光伏焊带涂层用焊料合金技术领域，具体涉及一种含Ni的无铅低温焊料合金材料及其制备方法。

背景技术

所谓光伏焊带，就是在设定规格的铜带表面，涂覆一层二元或多元含锡合金。作为太阳能电池组件中的枢纽部位，其关键作用是连接电池片并传输电池片产生的电流。长期以来， Sn-Pb系焊料因具有成本低、导电性强、工艺性好等优点一直是光伏焊带涂层焊料的首要选择。Sn-Pb共晶成分为40wt.％Pb，其余为Sn，熔点约为183℃。随着欧盟RoHS和WEEE指令的实施，制造业产品无铅化已是全球化趋势，加之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。

目前，材料工作者对焊带涂层无铅低温焊料进行了深入广泛的研究，通过另一种组元取代Sn-Pb合金中的Pb，研究体系有Sn-Ag系和Sn-Bi系等。Sn-3.5Ag二元共晶焊料合金有较高的力学性能，但熔点高达221℃，并且合金本身易形成粗大的脆性Ag₃Sn相，造成焊接接头可靠性降低和减少光伏组件的使用寿命。因此，有人力图通过添加微量元素改善焊料高熔点、润湿性差等问题，并降低Ag含量以降低成本。如专利CN105397329A公开的一种含Nd、 Re、In的Sn-Ag-Cu系低银无铅焊料，虽添加微量的Nd、Re和In元素能够改善焊料的润湿性、力学性能、降低了焊料的熔点，但是焊料的力学性能还是远不能达到使用要求，并且焊料的导电率也较差。

Sn-Bi系无铅焊料能在138～232℃的熔化温度范围内配制成合金，且随着Bi含量的增加，熔化温度显著降低，故控制Bi含量是调节焊料熔化温度的一种有效手段。Sn-58Bi二元共晶焊料合金的熔点(138℃)远低于Sn-40Pb焊料(183℃)，低熔点使其在光伏焊带焊接低温化发展趋势中占有优势。但Bi相的脆性、Sn-Bi焊料服役过长中出现Bi相粗化及Bi元素在焊点界面处的偏聚问题，严重降低了焊点的剪切强度抗跌落冲击寿命，给光伏组件的服役可靠性带来极大的安全隐患。目前研究中能够全面改善Sn-Bi系焊料合金综合性能的研究成果少之又少。

专利CN10669515A公开的一种低熔点无铅焊料，将Bi含量降低至16～18wt.％，添加 Ag、Fe等合金元素来提高焊料的综合力学性能及润湿铺展性，但是该焊料熔点为178～192℃，同时Bi含量过低，使得熔融焊料在冷却过程中更容易形成Bi的偏析；专利CN108374104A 公布了一种低熔点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。该专利利用行星式球磨机制备焊料合金，使得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，有效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。