CN115194363A - 低熔点无铅焊料、低熔点无铅焊带及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低熔点无铅焊料，按重量份数计，所述低熔点无铅焊料包括以下组分：锡40～46份，铋50～60份，银0.01～3份，铜0.01～1份；还提供了一种低熔点无铅焊带，所述低熔点无铅焊带包括低熔点无铅焊料，还包括导电基材，所述导电基材为铜丝或铜带；还提供了二者的制备过程。本申请中低熔点无铅焊带，熔点低，热膨胀系数小，与铜基材相近，适用于超薄光伏电池片焊接，成分中无铅成分，更加环保。
Description
技术领域
本发明属于光伏新能源技术领域，尤其涉及低熔点无铅焊料、低熔点无铅焊带及制备方法和应用。
背景技术
现有技术中，焊接光伏电池片的焊带通常采用锡铅合金为主的合金焊料，其焊料熔点和机焊温度通常都比较高，主要用于常规厚度的光伏电池片的焊接，然而，为降低成本，太阳能光伏电池生产商不断降低光伏电池片的厚度，若依然使用以往的锡铅合金常规焊料，由于焊接温度较高，会增加电池片基材与光伏焊带间的受热伸长量差异，进而导致光伏电池片发生翘曲、隐裂甚至破裂等现象。特别是近年来，一种新型光伏电池片-晶体硅异质结电池（HJT）的研发成为趋势，HJT的仅为130um厚，并采用低温银浆作为电极，常规的焊带会使得低温银浆与电池片脱落，造成潜在的风险。此外，由于常规的锡铅焊料中含有铅组分，导致光伏组件在后期的回收过程中会对环境造成潜在的危害，不符合现在所倡导的环保理念，因此研发出低熔点且无铅焊带很有必要。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种低熔点无铅焊料、低熔点无铅焊带及制备方法和应用，低熔点无铅焊料和低熔点无铅焊带熔点低、热膨胀系数低、更加环保。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种低熔点无铅焊料，按重量份数计，所述低熔点无铅焊料包括以下组分：锡40～46份，铋50～60份，银0.01～3份，铜0.01～1份。
第二方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊带，所述低熔点无铅焊带包括如权利要求1所述的低熔点无铅焊料；
还包括导电基材，所述导电基材为铜丝或铜带；所述导电基材表面涂覆有所述低熔点无铅焊料。
第三方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡40～46份，铋50～60份投入加热炉内，设置加热炉温度为140～160℃，搅拌并保温20～40min后，加入银颗粒0.01～3份直至溶解，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温20～40min，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为140～160℃，固体合金溶解后，加入铜丝0.01～1份直至完全熔化，保温20～40min，得到低熔点无铅焊料。
第四方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊带的制备方法，将上述的制备方法获得的低熔点无铅焊料涂覆在导电基材的表面获得。
进一步地，具体包括以下步骤：
步骤S1，导电基材预处理：将所述导电基材在助焊剂中浸泡1～10s后，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆低熔点无铅焊料：将所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为140～160℃，将步骤S1中预处理后的所述导电基材放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在所述导电基材的表面，取出所述导电基材并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度，所述风刀内采用压缩第一惰性气体，然后将所述导电基材置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有第二惰性气体，所述第二惰性气体的压强大于0.1MPa且不大于1MPa，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材；
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
进一步地，步骤S1中，所述导电基材选自铜带或铜丝。
进一步地，步骤S2中，所述第一惰性气体主要为氮气；
所述第二惰性气体主要为氮气和/或氩气。
进一步地，步骤S2中，所述助焊剂为溶剂型助焊剂或水剂型助焊剂。
进一步地，步骤S2中，所述导电基材表面的所述低熔点无铅焊料的厚度为5～40μm。
第五方面，本发明实施例还提供了上述制备方法获得的低熔点无铅焊带在超薄光伏电池片焊接中的应用。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1）本申请中低熔点无铅焊带，熔化温度为138～168℃，热膨胀系数约为20×10-6/K，与铜基材相近，不易脱焊，适用于超薄光伏电池片的焊接，光伏电池片不易发生翘曲现象、平均隐裂/破裂率低，低熔点无铅焊带性能优异，且可用于焊接HJT光伏电池片，成分中无铅成分，更加环保。
2）本申请中制备低熔点无铅焊料时，先将锡、铋、银混合制成固体合金，便于存储，使用方便，将其在锡炉内溶解并加入铜丝，有利于调节低熔点无铅焊料的成分，使得低熔点无铅焊料组分含量更加精确，确保低熔点无铅焊料的质量。
3）本申请增设含有惰性气体的圆筒罩，使得低熔点无铅焊带在惰性气氛下冷凝，不易在表面产生氧化颗粒或氧化层，避免产生剧烈的成分偏析，制得的低熔点无铅焊带品质高、使用效果好。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面，本发明实施例提供了一种低熔点无铅焊料，按重量份数计，所述低熔点无铅焊料包括以下组分：锡40～46份，例如可以为40份、41份、42份、43份、44份、45、46份等，铋50～60份，例如可以为50份、52份、54份、56份、58份、60份等，银0.01～3份，例如可以为0.01份、0.1份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份等，铜0.01～1份，例如可以为0.01份、0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份等。
第二方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊带，所述低熔点无铅焊带包括上述的低熔点无铅焊料；
还包括导电基材，所述导电基材为铜丝或铜带；所述导电基材表面涂覆有所述低熔点无铅焊料。
第三方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡40～46份，例如可以为40份、41份、42份、43份、44份、45、46份等，铋50～60份，例如可以为50份、52份、54份、56份、58份、60份等，投入加热炉内，设置加热炉温度为140～160℃，搅拌并保温20～40min后，例如温度可以为140℃、145℃、150℃、155℃、160℃等，时间可以为20min、25min、30min、35min、40min等，加入银颗粒0.01～3份直至溶解，例如银可以为0.01份、0.1份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份等，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温20～40min，例如可以为20min、25min、30min、35min、40min等，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为140～160℃，例如可以为140℃、145℃、150℃、155℃、160℃等，固体合金溶解后，加入铜丝0.01～1份直至完全熔化，例如铜可以为0.01份、0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份等，保温20～40min，例如可以为20min、25min、30min、35min、40min等，得到低熔点无铅焊料。
需要说明的是，在合金液表面设置云母片，能够避免合金液表面发生氧化，确保合金液的质量。
将锡、铋、银首先制成固体合金，然后在锡炉内溶解固体合金、并加入铜丝，一方面，是由于所述低熔点无铅焊料中铜含量较少，该制备方法有利于调节铜的含量，避免铜含量加入过多而影响所述低熔点无铅焊料的性能，有利于提高所述低熔点无铅焊料组分含量的精确度；另一方面，制得的固体合金便于存储，需要时可立即制得，便捷且效率高。
可以理解的，该制备方法中采用银颗粒和铜丝，不仅有利于精确调节组分含量、还可以减少溶解时间，提高生产效率。
第四方面，本发明实施例还提供了一种低熔点无铅焊带的制备方法，将上述的制备方法获得的低熔点无铅焊料涂覆在导电基材的表面获得。
进一步地，具体包括以下步骤：
步骤S1，导电基材预处理：将所述导电基材在助焊剂中浸泡1～10s后，例如可以为1s、2s、3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s、10s等，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆低熔点无铅焊料：将所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为140～160℃，将步骤S1中预处理后的所述导电基材放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在所述导电基材的表面，取出所述导电基材并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度，所述风刀内采用压缩第一惰性气体，然后将所述导电基材置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有第二惰性气体，所述第二惰性气体的压强大于0.1MPa且不大于1MPa，例如可以为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa等，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材。
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
需要说明的是，所述低熔点无铅焊料中无铅成分，因此所述低熔点无铅焊料的表面在冷凝过程中极易被氧化、并形成颗粒状氧化物或氧化层等杂质，因此采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层厚度后、需继续放置在圆筒罩内、且圆筒罩内通入所述第二惰性气体，且设置所述圆筒罩内压强略高于大气压，能够避免外界空气进入圆筒罩内，进而能够避免所述低熔点无铅焊料在冷却过程中被氧化，提高所述低熔点无铅焊带的质量。
进一步地，步骤S1中，所述导电基材选自铜带或铜丝。
进一步地，步骤S2中，所述第一惰性气体主要为氮气；
所述第二惰性气体主要为氮气和/或氩气。
进一步地，步骤S2中，所述助焊剂为溶剂型助焊剂或水剂型助焊剂。
进一步地，步骤S2中，所述导电基材表面的所述低熔点无铅焊料的厚度为5～40μm，例如可以为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm等。
第五方面，本发明实施例还提供了上述制备方法获得的低熔点无铅焊带在超薄光伏电池片焊接中的应用。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件下进行。所有原材料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种低熔点无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡40份、铋60份投入加热炉内，设置加热炉温度为140℃，搅拌并保温40min后，加入银颗粒0.01份直至溶解，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温40min，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为140℃，固体合金溶解后，加入铜丝0.01份直至完全熔化，保温40min，得到低熔点无铅焊料。
实施例2
一种低熔点无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡46份、铋50份投入加热炉内，设置加热炉温度为160℃，搅拌并保温20min后，加入银颗粒3份直至溶解，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温20min，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为160℃，固体合金溶解后，加入铜丝1份直至完全熔化，保温20min，得到低熔点无铅焊料。
实施例3
一种低熔点无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡43份、铋55份投入加热炉内，设置加热炉温度为150℃，搅拌并保温30min后，加入银颗粒1.5份直至溶解，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温30min，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为150℃，固体合金溶解后，加入铜丝0.5份直至完全熔化，保温30min，得到低熔点无铅焊料。
实施例4
一种低熔点无铅焊带的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，铜带预处理：将铜带在溶剂型助焊剂中浸泡1s后，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆实施例1中所述低熔点无铅焊料：将实施例1中所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为140℃，将步骤S1中预处理后的铜带放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在铜带的表面，取出铜带并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度为5μm，所述风刀内采用压缩氮气，然后将铜带置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有氮气，氮气的压强为0.2MPa，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜带；
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜带风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
实施例5
一种低熔点无铅焊带的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，铜丝预处理：将铜丝在水剂型助焊剂中浸泡10s后，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆实施例2中所述低熔点无铅焊料：将实施例2中所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为160℃，将步骤S1中预处理后的铜丝放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在铜丝的表面，取出铜丝并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度为40μm，所述风刀内采用压缩氮气，然后将铜丝置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有氩气，氩气的压强为1MPa，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜丝；
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜丝风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
实施例6
一种低熔点无铅焊带的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，铜丝预处理：将铜丝在水剂型助焊剂中浸泡5s后，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆实施例3中所述低熔点无铅焊料：将实施例3中所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为150℃，将步骤S1中预处理后的铜丝放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在铜丝的表面，取出铜丝并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度为20μm，所述风刀内采用压缩氮气，然后将铜丝置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有氩气，氩气的压强为0.5MPa，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜丝；
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的铜丝风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
对比例
选用市售的6040型焊带，按重量份数计，6040型焊带包括：锡60份、铅40份。
对实施例4-6中制备方法制得的低熔点无铅焊带和对比例中的6040型焊带的熔化温度、机焊温度、热膨胀系数进行测试，并用于焊接光伏电池片，对电池片基材与光伏焊带间的受热伸长量差异、超薄电池片隐裂/破裂率进行测试。实施例4-6中制备方法制得的低熔点无铅焊带和对比例中的6040型焊带的具体测试参数详见下表1。
表1实施例4-6和对比例1的测试结果
| 焊带 | 熔化温度（℃） | 机焊温度（℃） | 平均热膨胀系数（10<sup>-6</sup>/K） | 平均伸长量差（mm） | 平均隐裂/破裂率（超薄电池片） | HJT电池 |
| 实施例4-6 | 138～168℃ | 160～180℃ | 20 | 0.58 | 0.16% | 可使用 |
| 对比例1 | 187 | 200～220℃ | 27 | 0.804 | 2.14% | 不能使用 |
由表1可以看出，本发明实施例4-6中制备方法制得的低熔点无铅焊带，其熔化温度和机焊温度均大幅度小于对比例中的6040型焊带，且热膨胀系数约为20×10-6/K，性能与铜基材接近，进而能够避免低熔点无铅焊带在焊接过程中发生脱焊现象，采用无铅组分，对环境更加友好，具有较大的市场潜力。
本发明实施例4-6中制备方法制得的所述低熔点无铅焊带焊接时、平均伸长量差（mm）小，光伏电池片不易发生翘曲现象，在用于焊接超薄电池片时，平均隐裂/破裂率远低于对比例1，性能优异。
同时，本发明实施例均可被用于HJT电池片的焊接，具备良好的导电性能和焊接性能。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种低熔点无铅焊料，其特征在于，
按重量份数计，所述低熔点无铅焊料包括以下组分：锡40～46份，铋50～60份，银0.01～3份，铜0.01～1份。
2.一种低熔点无铅焊带，其特征在于，所述低熔点无铅焊带包括如权利要求1所述的低熔点无铅焊料；
还包括导电基材，所述导电基材为铜丝或铜带；所述导电基材表面涂覆有所述低熔点无铅焊料。
3.一种低熔点无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，制备合金：按重量份数计，将锡40～46份，铋50～60份投入加热炉内，设置加热炉温度为140～160℃，搅拌并保温20～40min后，加入银颗粒0.01～3份直至溶解，并在合金液表面设置云母片，继续搅拌并保温20～40min，然后将合金液灌入模具中，冷却成型，得到固体合金；
步骤b，制备低熔点无铅焊料：将步骤a制备得到的固体合金放入锡炉内，设置锡炉温度为140～160℃，固体合金溶解后，加入铜丝0.01～1份直至完全熔化，保温20～40min，得到低熔点无铅焊料。
4.一种低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，将如权利要求3所述的制备方法获得的低熔点无铅焊料涂覆在导电基材的表面获得。
5.如权利要求4所述的低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，
具体包括以下步骤：
步骤S1，导电基材预处理：将所述导电基材在助焊剂中浸泡1～10s后，取出并在室温下干燥；
步骤S2，涂覆低熔点无铅焊料：将所述低熔点无铅焊料加入锡炉内、并设置锡炉温度为140～160℃，再将步骤S1中预处理后的所述导电基材放置在锡炉内、将所述低熔点无铅焊料涂覆在所述导电基材的表面，取出所述导电基材并采用风刀控制所述低熔点无铅焊料涂层的厚度，所述风刀内采用压缩第一惰性气体，然后将所述导电基材置于圆筒罩内等待所述低熔点无铅焊料冷凝，所述圆筒罩内设有第二惰性气体，所述第二惰性气体的压强大于0.1MPa且不大于1MPa，得到表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材；
步骤S3，冷却并收卷：将步骤S2制得的表面涂覆有所述低熔点无铅焊料的导电基材风冷至室温、并收卷成卷，得到低熔点无铅焊带。
6.如权利要求5所述的低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，
步骤S1中，所述导电基材选自铜带或铜丝。
7.如权利要求5所述的低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，
步骤S2中，所述第一惰性气体主要为氮气；
所述第二惰性气体主要为氮气和/或氩气。
8.如权利要求5所述的低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，
步骤S2中，所述助焊剂为溶剂型助焊剂或水剂型助焊剂。
9.如权利要求5所述的低熔点无铅焊带的制备方法，其特征在于，
步骤S2中，所述导电基材表面的所述低熔点无铅焊料的厚度为5～40μm。
10.权利要求4-9中任一项所述的制备方法获得的低熔点无铅焊带在超薄光伏电池片焊接中的应用。
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