TWI485027B - 無鉛錫銀合金鍍層之組合物 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種無鉛錫銀合金鍍層之組合物，特別是指一種可以提高銲錫導電性、大幅降低製造成本、增加銲接性及抗氧化性，可供作為太陽能電池光電板鍍錫層之銲錫使用，並獲得最佳太陽能電池品質的銲錫之組成物成份。
在太陽能電池模組中，其係以鍍錫銅帶(Photovoltaic ribbon，PV ribbon)作為串接太陽能電池用。例如有中華民國100年11月11日所公告之新型第M416200號「太陽能光電模組」專利案，其係揭露：一第一基板、一太陽能模組、以及一第二基板。太陽能模組設置於第一基板上，第二基板設置於太陽能模組上。太陽能模組包括有複數個太陽能晶片，其係封裝於兩封裝材料之間，其中每一太陽能晶片係以一導電膠帶形成電性連接。其係以導電膠帶取代先前技術使用之鍍錫銅帶以及覆蓋其上之有色膠帶，因此在製程較為簡便，也減少了使用鍍錫銅帶高溫焊接可能帶來破片的問題。
該鍍錫銅帶與電池的銀膠層銲接，則是負責傳導太陽能電池轉換光能而生成的電能，在鍍錫銅帶中，該銅帶採用高導電的純銅，依需求有不同尺寸規格，其係在銅帶表面再以電鍍或是熱浸鍍的方式鍍上一層鍍錫層，該鍍錫層的目的則為保護銅帶使其不氧化，並且要求有良好銲接性及導電性，目前所常見的鍍錫層，其
所使用的銲錫主要區分為有鉛和無鉛，有鉛銲錫包括Sn-Pb-Ag、Sn-Pb；無鉛銲錫包括Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Bi等等，鍍錫層成分影響銲錫的銲接性，而鍍錫層與太陽能電池上的銀膠層之間的銲接性好壞，除影響銲接時工作參數外，並影響後續太陽能電池的效率及可靠度，因此，透過提升銲錫本身導電性以及銲接性，可以提升電池的發電效果及品質，由於有鉛銲錫會有污染環境及後續難以處理等缺點，因此已逐漸捨棄不用，而改採用無鉛銲錫。
因此有中華民國97年5月11日所公告之發明第I296555號「耐高溫變形之無鉛銲錫合金組成物」專利案，其係揭露：6~15重量份之鋅(Zn)、0.001~1.0重量份之稀土族元素(RE)、0.0001~1.2重量份之鎳(Ni)，以及與前述元素合計100重量份之錫(Sn)。藉在錫-鋅合金組成物中加入適量的稀土族元素，可以改善組成物在高溫環境下的機械性質，而適量的鎳元素也可以提高組成物在高溫環境下之穩定性及抗氧化性，使該銲錫銲料運用在高溫環境下時具有較高的可靠度及接合強度。
然該專利前案並無法大幅提高銲錫的導電性，而且使用大量的非鋅材料，也使得製造的成本增加，因此在使用上並不理想。
爰此，有鑑於目前無鉛銲錫的組合物具有上述之缺點，本發明係提供一種無鉛錫銀合金鍍層之組合物，包括有：16至40重量百分比的鋅；0.1至1重量百分比的銀；0.01至0.3重量百分比的鋁；0.001至0.01重量百分比的磷；0.001至0.5重量百分比的鍺；以及餘量的錫。
上述鋅係選自99.99%之純鋅錠，該錫係選自99.99%之純錫錠，該銀係選自與錫所形成之含銀錠，該鋁則係選自與錫所形成之含鋁錠，該磷係選自與錫所形成之含磷錠，該鍺係選自與錫所形成之含鍺錠。
本發明亦可為一種無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其步驟係包括：(a)係分別秤重16至40重量百分比的鋅；0.1至1重量百分比的銀；0.01至0.3重量百分比的鋁；0.001至0.01重量百分比的磷；0.001至0.5重量百分比的鍺；以及餘量的錫；(b)先將該鋅、錫、銀、鋁一起投入於一坩鍋內，然後將其共同升溫，並予以攪拌；(c)攪拌完成後，使所有的原料可以充分熔融並混合形成一錫液；(d)然後再於該錫液中添加入磷及鍺，並再予以攪拌；(e)於攪拌完成後，將該錫液急速冷卻而形成一合金鑄錠，以供可作為鍍錫層之銲錫使用。
上述步驟(b)之升溫的溫度係為500℃，攪拌時間則為1.5小時。
上述步驟(d)之攪拌時間則為20分鐘。
上述合金鑄錠之熔點係為210至350℃，而其導電率則大於15.5%。
上述合金鑄錠之工作溫度係為260至400℃。
本發明具有下列功效：
1.本發明係利用增加鋅含量，可以提高銲錫的導電性。
2.本發明由於鋅含量高，故可以減少其他元素的使用量，而能大幅降低製造的成本。
3.本發明添加銀含量，可以增加銲錫與銅基材或是銀基材的銲接性。
4.本發明添加微量的鋁、磷及鍺，可以增加銲錫的抗氧化性，並提昇鍍錫銅帶的焊接性。
5.本發明所製成之銲錫，係可提昇太陽能電池的品質，及提高其發電效率及可靠度。
首先，本發明係為一種無鉛錫銀合金鍍層之組合物，本發明實施例之組合物成份係包括：16至40重量百分比的鋅。
0.1至1重量百分比的銀。
0.01至0.3重量百分比的鋁。
0.001至0.01重量百分比的磷。
0.001至0.5重量百分比的鍺。
以及餘量(balance)的錫。
其中，該鋅係選自於99.99%之純鋅錠，而該錫則選自於99.99%之純錫錠，而該銀則與錫先形成一含銀之母合金錠備用，該鋁則與錫先形成一含鋁之母合金錠備用，又該磷同樣與錫先形成一含磷之母合金錠備用，另該鍺則同樣與錫先形成一含鍺之母合金錠備用。
本發明係為一種無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，如第一圖所示，其步驟係包括：
a.係先依照上述各元素的重量百分比，分別秤重純鋅錠(1)、純錫錠(2)、含銀錠(3)、含鋁錠(4)、含磷錠(5)及含鍺錠(6)。
b.先將該純鋅錠(1)、純錫錠(2)、含銀錠(3)、含鋁錠(4)一起投入於一坩鍋(7)內，然後將其共同升溫至500℃後，並以一不鏽鋼製的扇葉(8)攪拌1.5小時。
c.攪拌完成後，使所有的原料可以充分熔融並混合形成一錫液(9)。
d.然後再於該錫液(9)中添加入含磷錠(5)及含鍺錠(6)，並再攪拌20分鐘。
e.於攪拌完成後，將該錫液(9)急速冷卻而形成一合金鑄錠(10)，以供可作為鍍錫層之銲錫使用。
該製造完成之合金鑄錠(10)的熔點係在210至350℃之間，而其導電率則大於15.5%，遠較於一般錫-鉛合金的12.8%、錫-鉛-銀合金的12.4、錫-銀-銅合金的13.9%都要來得高，因此具有極佳的導電性。
當該合金鑄錠(10)用於作為鍍錫層之銲錫使用時，其工作溫度需為260至400℃之間，其中所添加的鋅含量係可以提高銲錫的導電性，並且由於鋅含量高，故可以減少其他元素的使用量，並可以大幅降低製造的成本，而且銀含量的添加，可以增加銲錫與銅基材或是銀基材的銲接性，又微量元素的鋁含量、磷含量及鍺含量的添加，則可以增加銲錫的抗氧化性，以提昇鍍錫銅帶的焊接性，進而獲取良好的太陽能電池的品質。
惟，以上所述僅為本發明其中之一最佳實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。
(1)‧‧‧純鋅錠
(2)‧‧‧純錫錠
(3)‧‧‧含銀錠
(4)‧‧‧含鋁錠
(5)‧‧‧含磷錠
(6)‧‧‧含鍺錠
(7)‧‧‧坩鍋
(8)‧‧‧扇葉
(9)‧‧‧錫液
(10)‧‧‧合金鑄錠
[第一圖]係為本發明製造步驟之簡單示意圖。
(1)‧‧‧純鋅錠
(2)‧‧‧純錫錠
(3)‧‧‧含銀錠
(4)‧‧‧含鋁錠
(5)‧‧‧含磷錠
(6)‧‧‧含鍺錠
(7)‧‧‧坩鍋
(8)‧‧‧扇葉
(9)‧‧‧錫液
(10)‧‧‧合金鑄錠
Claims (7)
- 一種無鉛錫銀合金鍍層之組合物，包括有：16至40重量百分比的鋅；0.1至1重量百分比的銀；0.01至0.3重量百分比的鋁；0.001至0.01重量百分比的磷；0.001至0.5重量百分比的鍺；以及餘量的錫。
- 如請求項1所述無鉛錫銀合金鍍層之組合物，其中，該鋅係選自99.99%之純鋅錠，該錫係選自99.99%之純錫錠，該銀係選自與錫所形成之含銀錠，該鋁則係選自與錫所形成之含鋁錠，該磷係選自與錫所形成之含磷錠，該鍺係選自與錫所形成之含鍺錠。
- 一種無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其步驟係包括：a.係分別秤重16至40重量百分比的鋅；0.1至1重量百分比的銀；0.01至0.3重量百分比的鋁；0.001至0.01重量百分比的磷；0.001至0.5重量百分比的鍺；以及餘量的錫；b.先將該鋅、錫、銀、鋁一起投入於一坩鍋內，然後將其共同升溫，並予以攪拌；c.攪拌完成後，使所有的原料可以充分熔融並混合形成一錫液；d.然後再於該錫液中添加入磷及鍺，並再予以攪拌；e.於攪拌完成後，將該錫液急速冷卻而形成一合金鑄錠，以供可作為鍍錫層之銲錫使用。
- 如請求項3所述無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其中，該步驟b之升溫的溫度係為500℃，攪拌時間則為1.5小時。
- 如請求項3所述無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其中，該步驟d之攪拌時間則為20分鐘。
- 如請求項3所述無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其中，該合金鑄錠之熔點係為210至350℃，而其導電率則大於15.5%。
- 如請求項3所述無鉛錫銀合金鍍層銲錫的製造方法，其中，該合金鑄錠之工作溫度係為260至400℃。
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