CN114293066A - 一种含Ni的无铅低温焊料合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
而实际焊带应用于光伏组件时，焊料本身的力学性能基本都能满足要求，则更加关心的指标是焊带与主栅结合后能承受的压力，以及是否容易焊接，也就是润湿性能。由于热浸镀锌锌池中，常加入少量Ni，一方面可以提高锌液的流动性，另一方面可以提高镀层的亮度，另外，热浸镀法制备光伏焊带与热浸镀锌相似。因此，本专利提出在Sn-Bi-Ag焊料的基础上添加微量Ni元素，发现微量Ni的加入，可以大幅改善焊料的润湿性，而且对其熔点并无显著影响。虽然Ni的加入会降低Sn-Bi-Ag系焊料的力学性能，但仍优于Sn-40Pb焊料合金，故本专利提出的将微量Ni元素添加至Sn-Bi-Ag系焊料中更加符合低温化光伏行业的焊带涂层用焊料的发展趋势能。
发明内容
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含Ni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：35％～37％、Ag：1％、Ni：0.5％，余量为Sn。
进一步的是：该焊料合金按重量百分比为：Bi：35％、Ag：1％、Ni：0.5％，余量为Sn。
进一步的是：该焊料合金按重量百分比为：Bi：37％、Ag：1％、Ni：0.5％，余量为Sn。
进一步地，所述的原料Bi、Ag、Ni及Sn的纯度均≥99.99％。
本发明还公开了一种含Ni的无铅低温焊料合金材料的制备方法，包括上述所述的含Ni 的无铅低温焊料合金材料的配比，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、Bi粒、Ag粒和Ni粒；
S2、将步骤S1称量好的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Ni粒混合均匀后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
S3、在步骤S2的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
S4、将步骤S3中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼。炉子温度设置为380℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
S5、用坩埚钳将步骤S4中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
S6、待完全冷却后，即可得Sn-Bi-Ag-Ni无铅低温焊料合金。
本发明的有益效果是：本发明在已知的Sn-Bi-Ag焊料合金的基础上，添加微量Ni元素，形成新的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金。其优点在于利用微量流动性较强的Ni元素的加入，大幅改善了无铅焊料合金的润湿性能,且对其熔点并无明显影响，其力学性能仍优于传统Sn-40Pb焊料；制备时利用真空机组和水燃料氢氧机对装有原料的石英管进行抽真空密封封装，再进行焊料的熔炼，从而解决Sn易氧化的问题，还能使得焊料合金熔融过程成分均匀，能够获得较好的微观组织，有效提高了焊料合金的性能，从而延长光伏组件使用寿命。
附图说明
图1为本申请中比较例的Sn-Bi-Ag系焊料合金组织形貌图。
图2为本申请中的Sn-Bi-Ag-Ni系焊料合金组织形貌图。
图3为本申请中的Sn-Bi-Ag-Ni系焊料合金接触角与比较例Sn-Bi-Ag系焊料合金接触角曲线对比图。
图4为本申请中的Sn-Bi-Ag-Ni系焊料合金的抗拉强度与比较例Sn-Bi-Ag系焊料合金抗拉强度对比图。
图5为本申请中的Sn-Bi-Ag-Ni系焊料合金熔点与比较例Sn-Bi-Ag系焊料合金熔点对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明公开了一种含Ni的无铅低温焊料合金材料，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。
具体的，上述Bi的含量可为35％、36％、37％等。
具体的，所述原料Bi、Ag、Ni及Sn的纯度均≥99.99％。
本发明在已知的Sn-Bi-Ag焊料合金的基础上，添加微量Ni元素，形成新的Sn-Bi-Ag-Ni 焊料合金。其优点在于利用微量流动性较强的Ni元素的加入，大幅改善了无铅焊料合金的润湿性能,且对其熔点并无明显影响，其力学性能仍优于传统Sn-40Pb焊料
本发明还公开了一种含Ni的无铅低温焊料合金材料的制备方法，包括上述所述的含Ni 的无铅低温焊料合金材料的配比所述制备方法包括以下步骤：
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、Bi粒、Ag粒和Ni粒；
S2、将步骤S1称量好的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Ni粒混合均匀后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
S3、在步骤S2的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
S4、将步骤S3中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼，炉子温度设置为380℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
S5、用坩埚钳将步骤S4中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
采用上述制备方法，在制备时利用真空机组和水燃料氢氧机对装有原料的石英管进行抽真空密封封装，再进行焊料的熔炼，从而解决Sn易氧化的问题，还能使得焊料合金熔融过程成分均匀，能够获得较好的微观组织，有效提高了焊料合金的性能，从而延长光伏组件使用寿命。
本发明的具体实施例和比较例的焊料的配方比如表1所示：
表1
上述的各实施例和比较例的具体制备方法如下：
实施例1：
(1)先将表1中实施例1所述的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Ni粒按重量百分比称取混合后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
(2)在步骤(1)的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
(3)将步骤(2)中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼。炉子温度设置为380℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
(4)用坩埚钳将步骤(3)中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
(5)待完全冷却后，即可得Sn-35Bi-1Ag-0.5Ni无铅低温焊料合金。
(6)将制好的焊料合金做金相处理后用扫描电镜分析显微组织形貌，并进行其力学性能测试、润湿性能测试和熔点测试。
实施例2：
(1)先将表1中实施例2所述的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Ni粒按重量百分比称取混合后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
(2)在步骤(1)的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
(3)将步骤(2)中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼。炉子温度设置为380℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
(4)用坩埚钳将步骤(3)中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
(5)待完全冷却后，即可得Sn-37Bi-1Ag-0.5Ni无铅低温焊料合金。
(6)将制好的焊料合金做金相处理后用扫描电镜分析显微组织形貌，并进行其力学性能测试、润湿性能测试和熔点测试。
比较例1：
(1)先将表1中比较例1所述的Sn粒、Bi粒和Ag粒按重量百分比称取混合后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
(2)在步骤(1)的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
(3)将步骤(2)中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼。炉子温度设置为300℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
(4)用坩埚钳将步骤(3)中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
(5)将制好的Sn-35Bi-1Ag焊料合金做金相处理后用扫描电镜分析显微组织形貌，并进行其力学性能测试、润湿性能测试和熔点测试。
比较例2：
(1)先将表1中比较例2所述的Sn粒、Bi粒和Ag粒按重量百分比称取混合后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气(氩气为99.99％的高纯氩气，压强为一个标准大气压)，然后再抽真空，反复进行6次。
(2)在步骤(1)的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
(3)将步骤(2)中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼。炉子温度设置为300℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
(4)用坩埚钳将步骤(3)中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
(5)将制好的Sn-37Bi-1Ag焊料合金做金相处理后用扫描电镜分析显微组织形貌，并进行其力学性能测试、润湿性能测试和熔点测试。
比较例3：
(1)由于Pb具有毒性，在制造Sn-Pb焊料过程中容易逸出大量的铅蒸气，危害人体健康，加之生产中产生的富铅焊料废渣会对环境造成不可逆的污染。鉴于此，本专利中比较例 3所需的Sn-40Pb焊料合金购买于云南锡业生产的Sn-40Pb合金成品。
样品检测：
(1)焊料合金组织形貌图对比：
将比较例1～2得到的Sn-Bi-Ag焊料合金及实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金进行检测，得到组织形貌对比图，如图1和图2所示，图1中的a，b图分别是Sn-35Bi-1Ag和Sn-37Bi-1Ag焊料合金组织形貌图，图2中的a，b图分别是Sn-35Bi-1Ag-0.5Ni和 Sn-37Bi-1Ag-0.5Ni焊料合金组织形貌图。由图1可知，衬度较低的灰色基底相为(Sn)，衬度较高的相为(Bi)，同时有少量的Ag3Sn相弥散分布在(Sn)基体上。由图2可知，衬度较低的灰色基底相为(Sn)，衬度较高的相为(Bi)，少量深灰色Ag3Sn相分布在(Sn)基体上，同时，还出现了多边形状的Ni3Sn4相。
(2)润湿性测试：
将比较例1～2得到的Sn-Bi-Ag焊料合金以及实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金分别称取0.25g的样品，后用高温润湿角测量仪进行润湿性测试，加热温度均为170℃。整个滴落过程由CCD高速相机录制，实验结束后从相机录制的视频中截取照片，再利用ADSA软件将合金液图像矢量化从而提取轮廓数据，最终利用SESDROPD软件对数据进行拟合和计算分析，得到接触角。本试验采用合金液滴落在Cu板上5s时的接触角来评判钎料合金的润湿性能，一般情况下，接触角越小，合金润湿性越好。
图3为实施例1～2焊料合金的接触角与比较例1～2焊料合金接触角曲线对比图。分别对比实施例1与比较例1、实施例2与比较例2的接触角可发现，实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni 焊料合金接触角大小均显著小于比较例1～2焊料合金的接触角，说明实施例的Sn-Bi-Ag-Ni 焊料合金的润湿性明显优于比较例Sn-Bi-Ag焊料合金。实施例1～2的焊料合金接触角分别为 65.82°、42.67°；比较例1～2的焊料合金接触角分别为98.68°、75.15°，从上述可知，实施例 1～2的合金焊料润湿性更好。
(3)抗拉强度检测：
将比较例1～2得到的Sn-Bi-Ag焊料合金、比较例3的传统Sn-40Pb焊料合金以及实施例 1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金分别制备成工字型拉伸试样，用游标卡尺测量出其拉伸处的宽度及厚度。之后用WDT-3030KN的电子万能试验机分别对其进行拉伸，并计算焊料合金的抗拉强度。
图4是实施例1～2焊料合金的抗拉强度与比较例1～2焊料合金抗拉强度对比图。可以看出比较例1～2及实施例1～2得到的焊料合金都呈现出随着Bi含量的增加，其抗拉强度降低的趋势。虽然，实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金的抗拉强度均低于比较例的Sn-Bi-Ag 焊料合金，但实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金的抗拉强度仍远高于比较例3的传统 Sn-40Pb焊料的抗拉强度，即仍优于传统焊料的抗拉强度。实施例1～2的焊料合金的抗拉强度分别为76.52MPa、72.29MPa；比较例1～2的焊料合金抗拉强度分别为83.376MPa、77.73Mpa；比较例3的传统Sn-40Pb焊料合金抗拉强度为59.26MPa，从上述可知，本发明的合金焊料虽加入Ni后，抗拉强度略有所下降，但仍高于普通焊料。
(4)熔点检测：
将比较例1～2得到的Sn-Bi-Ag焊料合金及实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金分别称取40mg的样品，后用差示扫描热量仪(DSC 404F3A00)，升温速率为5℃/Min进行熔点测试。
图5为实施例1～2焊料合金的熔点与比较例1～2焊料合金熔点的对比图。分别对比实施例1与比较例1、实施例2与比较例2的熔点可发现，实施例1～2得到的Sn-Bi-Ag-Ni焊料合金的熔点与比较例1～2焊料合金差值并不大，均在1℃以内，且熔点都远低于传统Sn-40Pb 焊料合金的熔点。在实际生产中，由于误差等因素影响，故并不能引起本质上的改变。实施例1～2的焊料合金熔点分别为163.8℃、162.7℃；比较例1～2的焊料合金熔点分别为164.1℃、 162.4℃；比较例3的传统Sn-40Pb焊料合金的熔点为183℃，从上述可知，本发明的合金焊料在加入Ni后，对其熔点并无影响。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种含Ni的无铅低温焊料合金材料，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的一种含Ni的无铅低温焊料合金材料，其特征在于：该焊料合金按重量百分比为：Bi：35％、Ag：1％、Ni：0.5％，余量为Sn。
3.根据权利要求1所述的一种含Ni的无铅低温焊料合金材料，其特征在于：该焊料合金按重量百分比为：Bi：37％、Ag：1％、Ni：0.5％，余量为Sn。
4.根据权利要求1所述的一种含Ni的无铅低温焊料合金材料，其特征在于：所述原料Bi、Ag、Ni及Sn的纯度均≥99.99％。
5.一种含Ni的无铅低温焊料合金材料的制备方法，包括权利要求1至权利要求4中任意一项所述的含Ni的无铅低温焊料合金材料的配比，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
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、Bi粒、Ag粒和Ni粒；
S2、将步骤S1称量好的Sn粒、Bi粒、Ag粒和Ni粒混合均匀后放入石英管中，利用真空机组对石英管抽真空，真空度为5.0*10-3Pa；再充入氩气，然后再抽真空，反复进行6次。
S3、在步骤S2的基础上，对石英管进行第7次抽真空，待真空度至5.0*10-3Pa后打开水燃料氢氧机，产气量达到720m3/h后利用氢氧火焰枪密封石英管。
S4、将步骤S3中已装入原材料的石英管放入井式炉中熔炼，炉子温度设置为380℃，待炉子达到设定温度后保温12小时，期间每隔30分钟对石英管进行上下倒置晃动，以保证熔融过程成分均匀。
S5、用坩埚钳将步骤S4中熔炼完成的焊料合金取出后迅速放入冷水桶中进行冷却。
S6、待完全冷却后，即可得Sn-Bi-Ag-Ni无铅低温焊料合金。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091075A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 无锡日月合金材料有限公司 | 一种低温封装的高强度焊料及其制备方法 |
| CN115595466A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-13 | 常州大学（Cn） | 一种含Bi和In的无铅低温焊料合金及其制备工艺 |
| CN116174991A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-05-30 | 上海交通大学 | 一种SnBi系低温无铅焊料及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1803380A (zh) * | 2006-01-11 | 2006-07-19 | 黄守友 | 一种无铅焊料及其制备方法 |
| CN101157162A (zh) * | 2007-11-23 | 2008-04-09 | 北京工业大学 | 具有抗氧化性能的SnAgCu无铅钎料 |
| CN106702207A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-05-24 | 力创(台山)电子科技有限公司 | 一种汽车轮胎模具用低熔点合金 |
| CN109352208A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-19 | 华南理工大学 | 一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法 |
| CN109848606A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种高界面结合强度的Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法 |
| CN112338387A (zh) * | 2015-09-17 | 2021-02-09 | 富士电机株式会社 | 半导体装置用软钎焊材料 |
| CN113789460A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-12-14 | 常州大学 | 一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺 |
-
2021
- 2021-12-28 CN CN202111625234.1A patent/CN114293066A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1803380A (zh) * | 2006-01-11 | 2006-07-19 | 黄守友 | 一种无铅焊料及其制备方法 |
| CN101157162A (zh) * | 2007-11-23 | 2008-04-09 | 北京工业大学 | 具有抗氧化性能的SnAgCu无铅钎料 |
| CN112338387A (zh) * | 2015-09-17 | 2021-02-09 | 富士电机株式会社 | 半导体装置用软钎焊材料 |
| CN106702207A (zh) * | 2017-02-14 | 2017-05-24 | 力创(台山)电子科技有限公司 | 一种汽车轮胎模具用低熔点合金 |
| CN109352208A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-19 | 华南理工大学 | 一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法 |
| CN109848606A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种高界面结合强度的Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法 |
| CN113789460A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-12-14 | 常州大学 | 一种含Si的无铅低温焊料合金及其制备工艺 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091075A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 无锡日月合金材料有限公司 | 一种低温封装的高强度焊料及其制备方法 |
| CN115091075B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-09-15 | 无锡日月合金材料有限公司 | 一种低温封装的高强度焊料及其制备方法 |
| CN115595466A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-13 | 常州大学（Cn） | 一种含Bi和In的无铅低温焊料合金及其制备工艺 |
| CN116174991A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-05-30 | 上海交通大学 | 一种SnBi系低温无铅焊料及其制备方法 |
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