[发明专利]一种含Bi和In的无铅低温焊料合金及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种含Bi和In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1％～5％In、3％～5％Bi、9％Zn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，放在石英管中，抽取真空，然后再进行焊料合金的熔炼。本发明通过添加Bi、In元素，改善了传统Sn‑9Zn系焊料合金的力学性能和润湿性能，不仅抑制焊料合金与Cu界面反应金属间化合物层(Cu₅Zn₈)的生长，提高光伏焊带涂层的时效服役强度、减少焊接界面产生裂纹的趋势，而且降低了焊料合金的熔点，与Sn‑Pb焊料近似。随着In含量的提高，还能使合金中富Zn相更加细化且分布均匀，获得较好的组织，有效提高了焊料合金的性能，并且熔炼工艺简单方便，减少工艺成本，便于大量生产。

技术领域

本发明涉及光伏焊带焊接材料技术领域，尤其是一种含Bi和In的无铅低温焊料合金及其制备工艺。

背景技术

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，铅及铅的化合物属剧毒物质，对人体及牲畜具有极大的危害，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，光伏组件也在朝元器件方向发展，电池片越薄，焊带的焊接温度要求就越低。

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。Sn-Zn系无铅焊料熔点在198℃，Zn元素能降低合金熔点，但是当Zn元素的质量分数高于9％时熔点升高。该钎料的优点是其与传统的Sn-Pb钎料的熔点很接近，力学性能较好，材料容易得到且价格较低。然而，现有的Sn-Zn系焊料与Cu润湿性差，造成加工性能差，Zn易被氧化,造成钎料在钎焊时易被氧化,使接头的耐腐蚀性差。因此，需要进一步改善Sn-Zn焊料合金的力学性能和润湿性能。

申请号202210521700.X公开了一种低熔点Sn-Zn-In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Zn为8％～9.5％；Bi为2％～3％；In为1％～1.5％、余量为Sn；助焊剂，其成份组成如下:40％～55％的氢化松香、2％～6％的触变剂、5％～8％的活性剂、0％～2％的增粘剂、0.5％～1％的抗氧化剂、0.5％～2％的抗腐蚀剂、0.2％～1％的表面活性剂、0.1％～1％的pH调节剂和余量溶剂。该申请利用焊锡合金焊粉和助焊剂均匀混合，在真空炉中制备焊料合金，提高了焊料的力学性能，但熔炼工艺操作复杂，加大工艺成本，并且未对焊料合金熔点和硬度进行研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种含Bi和In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及抗氧化，大幅提高焊料合金的润湿性，并且熔炼工艺操作简单，便于大量生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含Bi和In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：3％～5％、In：1％～5％、Zn：9％，余量为Sn。

进一步地，所述的原料Bi、In、Zn及Sn的纯度均≥99.99％。

一种上述含Bi和In的无铅低温焊料合金的制备工艺，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、Zn粒、Bi粒和In粒；

S2、将步骤S1中称量好的Sn粒、Zn粒、Bi粒和In粒混合均匀后放入石英管中，对石英管抽真空封口，真空度为4×10^-3～5×10^-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5～6次；