CN112975202B - 一种低熔点无铅焊带及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏新能源技术领域，尤其是一种低熔点无铅焊带及其制备方法与应用。本发明的低熔点光伏焊带由焊带基材层和无铅焊料层组成，焊带基材层表面设置无铅焊料层，无铅焊料层由无铅焊料涂覆在焊带基材层表面形成。本发明的低熔点无铅焊料的制备方法包括合金制备、无铅焊料的制备、焊带基材层退火处理、涂覆无铅焊料和包装几个步骤。本发明的低熔点无铅焊带在较宽的温度范围内与常规光伏焊带有着相同的物理性能，并且很多化学特性相似，但由于加入不同的合金成分，低熔点无铅焊带降低了熔点，减少了焊带表面张力。
Description
技术领域
本发明涉及光伏新能源技术领域，尤其是一种低熔点无铅焊带及其制备方法与应用。
背景技术
太阳能光伏电池是一种非常有前景的新型电源，它具有永久性、清洁性和灵活性三大优点；但目前太阳能光伏发电成本还是要远远高于常规水利及火力发电，所以降低光伏电池片组件生产成本成为各企业的重中之重。在光伏电池片组件当中，原材料光伏电池片的成本占据整个组件生产成本的80%以上，常规光伏电池片厚度通常为180±5um，使用的光伏焊带通常是以锡铅合金为主二元合金焊料，焊料熔点183℃，机焊温度通常为200-210℃。在200-210℃焊接温度下，光伏电池片基材的热膨胀系数约为2.4×10-6/K，锡铅合金热膨胀系数为27×10-6/K，铜基材为18.5×10-6/K，焊接温度越高，电池片基材与光伏焊带间的受热伸长量差异越大。当光伏电池片厚度在180um时，因加热而产生的应力尚能支撑，但光伏电池片会有不同程度的翘曲。为了降低光伏组件的材料成本，光伏电池片的厚度将不断下降（厚度为120-170um），如果使用常规光伏焊带，在加热200℃后，光伏电池片与焊带之间的拉伸应力会超过光伏电池片的承受能力，从而产生隐裂甚至破裂，因此，必须要设计一种符合超薄光伏电池片使用要求的光伏焊带，这种光伏焊带需要具备较低的熔点和较低的焊接温度及较低的热膨胀系数，且需要具备良好的导电性能和焊接性能。本发明就是为解决这一问题而产生的。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的低熔点光伏焊带及其制备方法与应用，制备得到的低熔点光伏焊带导电性能好，熔点较低，能够专用于超薄光伏电池片焊接或者低温焊接环境中。
本发明所采用的技术方案如下：
一种低熔点无铅焊带，由焊带基材层和无铅焊料层组成，焊带基材层表面设置无铅焊料层，无铅焊料层由无铅焊料涂覆在焊带基材层表面形成。
进一步的，焊带基材层能够采用铜带或铜丝。
进一步的，无铅焊料包括以下成分：锡、铟、铋和铜，锡的质量百分比为20~50%，铟的质量百分比为5~10%，铋的质量百分比为5~20%，铜的质量百分比为0-5%。
一种低熔点无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
合金制备：将锡、铟、铋、铜进行混合熔解，制得固态合金混合物，固态合金混合物中锡的质量百分比为20~50%，铟的质量百分比为5~10%，铋的质量百分比为5~20%，铜的质量百分比为0-5%，其它组份为少量不可避免的杂质，混合熔解温度为128~180℃；
无铅焊料的制备：将制得的固态合金混合物放入锡炉内加热，锡炉内温度范围为150~193℃，待加热到液态合金混合物留存备用；
焊带基材层退火处理：将铜丝压延成铜带或直接使用铜丝作为焊带基材层材料进行退火处理，退火后铜带或铜丝通过常温水冷却到室温；
涂覆无铅焊料：在冷却至室温的焊带基材层表面涂抹助焊剂，然后将锡炉中的液态合金混合物涂覆到焊带基材层表面，并通过风刀控制焊带基材层表面的无铅焊料涂层的厚度和均匀性，得到带有无铅焊料层的低熔点无铅焊带；
包装：将低熔点无铅焊带收卷成滚轴，并将滚轴进行真空包装。
进一步的，退火时，铜带或铜丝的行进速度保持在100~150m/min。
进一步的，助焊剂采用水溶型助焊剂。
一种低熔点无铅焊带的应用，低熔点无铅焊带主要应用于超薄光伏电池片焊接或者低温焊接环境中。
本发明的有益效果如下：
本发明的低熔点无铅焊带在较宽的温度范围内与常规光伏焊带有着相同的物理性能，并且很多化学特性相似，但由于加入不同的合金成分，低熔点无铅焊带降低了熔点，减少了焊带表面张力，其熔化温度为119℃~168℃，热膨胀系数约为20×10-6/K，与铜基材相近，由于有着较低的热膨胀系数及焊接温度，在与超薄光伏电池片焊接后，光伏电池片变形量很小，应力小于光伏电池片承受能力，能够大幅降低超薄光伏电池片的隐裂和碎片率。
附图说明
图1为本发明低熔点无铅焊带结构图。
其中：1、焊带基材层；2、无铅焊料层。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的低熔点光伏焊带由焊带基材层1和无铅焊料层2组成，焊带基材层1表面设置无铅焊料层2，无铅焊料层2由无铅焊料涂覆在焊带基材层1表面形成。
在一个可选的实施例中，焊带基材层1能够采用铜带或铜丝。
无铅焊料包括以下成分：锡、铟、铋和铜，锡的质量百分比为20~50%，铟的质量百分比为5~10%，铋的质量百分比为5~20%，铜的质量百分比为0-5%，其它组份为少量不可避免的杂质。无铅焊料中的成分铟能够有效降低无铅焊料熔点，使得涂覆无铅焊料的光伏焊带保持良好的焊接特性。
本发明的低熔点光伏焊带制备方法：
实施例一
步骤一：按照以下质量百分比将锡、铟、铋、铜放在一起熔解来配置无铅焊料，其中熔解温度为128℃：
锡 Sn：45%，
铟In：43%，
铋 Bi：11%，
铜 Cu：1%，
步骤二：将步骤一所得的固态合金混合物放入锡炉内加热，锡炉内温度范围为183~193℃，待加热到液态合金混合物留存备用；
步骤三：将铜丝压延成铜带，作为焊带基材层材料1进行退火处理，退火时，铜带的行进速度保持在100 m/min，退火后铜带通过常温水冷却到室温；
步骤四：首先将步骤三中退火处理后的铜带浸泡在水溶型助焊剂中，然后取出铜带，再将步骤二中的液态合金混合物涂覆在铜带表面，并通过风刀控制焊带基材层1表面的无铅焊料涂层的厚度和均匀性，无铅焊料涂层的厚度为30微米，最终得到带有无铅焊料层2的低熔点光伏焊带；
步骤五：将低熔点光伏焊带进行收卷，形成滚轴，然后将滚轴进行真空包装。
本实施例的低熔点光伏焊带主要应用于超薄光伏电池片焊接或者低温焊接环境中。
将实施例一制备得到的低熔点光伏焊带与常规焊带进行性能测试，得到如下表结果：
实施例二：
步骤一：按照以下质量百分比将锡、铟、铋、铜放在一起熔解来配置无铅焊料，其中熔解温度为175℃：
锡 Sn：44%，
铟 In：12%，
铋 Bi：42%，
铜 Cu：2%，
步骤二：将步骤一所得的固态合金混合物放入锡炉内加热，锡炉内温度范围为159~169℃，待加热到液态合金混合物留存备用；
步骤三：将铜丝作为焊带基材层材料1进行退火处理，退火时，铜丝的行进速度保持在150 m/min，退火后铜丝通过常温水冷却到室温；
步骤四：首先将步骤三中退火处理后的铜丝浸泡在水溶型助焊剂中，然后取出铜丝，再将步骤二中的液态合金混合物涂覆在铜丝表面，并通过风刀控制焊带基材层1表面的无铅焊料涂层的厚度和均匀性，无铅焊料涂层的厚度为30微米，最终得到带有无铅焊料层2的低熔点无铅焊带；
步骤五：将低熔点无铅焊带进行收卷，形成滚轴，然后将滚轴进行真空包装。
本实施例中所得到的低熔点无铅焊带的焊接温度在120℃~150℃。
本实施例的低熔点无铅焊带主要应用于超薄光伏电池片焊接或者低温焊接环境中。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (5)
1.一种低熔点无铅焊带，其特征在于：由焊带基材层(1)和无铅焊料层(2)组成，焊带基材层(1)表面设置无铅焊料层(2)，无铅焊料层(2)由无铅焊料涂覆在焊带基材层(1)表面形成；
所述焊带基材层(1)能够采用铜带或铜丝；
所述无铅焊料包括以下成分：锡、铟、铋和铜，锡的质量百分比为20～44％，铟的质量百分比为5～10％，铋的质量百分比为5～20％，铜的质量百分比为0-5％；
无铅焊料熔化温度为119℃～168℃，热膨胀系数约为20×10-6/K，与铜基材相近。
2.一种低熔点无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
合金制备：将锡、铟、铋、铜进行混合熔解，制得固态合金混合物，固态合金混合物中锡的质量百分比为20～44％，铟的质量百分比为5～10％，铋的质量百分比为5～20％，铜的质量百分比为0-5％，其它组份为少量不可避免的杂质，混合熔解温度为128～180℃；
无铅焊料的制备：将制得的固态合金混合物放入锡炉内加热，锡炉内温度范围为150～193℃，待加热到液态合金混合物留存备用；
焊带基材层(1)退火处理：将铜丝压延成铜带或直接使用铜丝作为焊带基材层(1)进行退火处理，退火后铜带或铜丝通过常温水冷却到室温；
涂覆无铅焊料：在冷却至室温的焊带基材层(1)表面涂抹助焊剂，然后将锡炉中的液态合金混合物涂覆到焊带基材层(1)表面，并通过风刀控制焊带基材层(1)表面的无铅焊料涂层的厚度和均匀性，得到带有无铅焊料层(2)的低熔点无铅焊带；
无铅焊料熔化温度为119℃～168℃，热膨胀系数约为20×10-6/K，与铜基材相近；
包装：将低熔点无铅焊带收卷成滚轴，并将滚轴进行真空包装。
3.如权利要求2所述的一种低熔点无铅焊料的制备方法，其特征在于：退火时，铜带或铜丝的行进速度保持在100～150m/min。
4.如权利要求2所述的一种低熔点无铅焊料的制备方法，其特征在于：所述助焊剂采用水溶型助焊剂。
5.一种如权利要求1所述的低熔点无铅焊带的应用，其特征在于：所述低熔点无铅焊带主要应用于超薄光伏电池片焊接或者低温焊接环境中。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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