DE102012223270B4

DE102012223270B4 - Verwendung einer bleifreien Lotzusammensetzung für Glas

Info

Publication number: DE102012223270B4
Application number: DE102012223270.2A
Authority: DE
Inventors: Hae Won Jeong; Hyun Dal Park; Tae Seung Lee; Seung Kyu Kim; Hong Nho Joo; Ho June Yoon; Min Ho Bak; Joo Dong Lee; Hyun Chae Jung; Sun Myung Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Heesung Material Ltd; KCC Glass Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; LT Materials Co Ltd; Kia Corp; KCC Glass Corp
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2032-12-15
Also published as: FR2994398B1; CN103586595B; FR2994398A1; US20140044589A1; CN103586595A; US9333594B2; KR101438897B1; KR20140022133A; DE102012223270A1

Abstract

Verwendung einer bleifreien Zusammensetzung, welche aus den nachfolgenden Bestandteilen besteht:30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% Indium (In);0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% Zink (Zn);mindestens zwei Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus 0,1 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn), und 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Nickel (Ni); undZinn (Sn) als restlicher Bestandteil,zum Löten von Glas.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer bleifreien Lotzusammensetzung zum Löten von Glas. Genauer betrifft sie eine umweltfreundliche bleifreie Lotzusammensetzung für Glas, welcher Schwermetalle fehlt, wie zum Beispiel Blei, während sie das Zerspringen des Glases während des Betriebs des Fahrzeugs verhindert.
(b) Stand der Technik
Im Allgemeinen wird Glas an sämtlichen Seiten von einem Fahrzeug verwendet, um eine Sicht des Fahrers auf die Straße und die umgebende Umwelt sicherzustellen. Insbesondere unterliegt dasjenige Glas, welches vorne (zum Beispiel die Windschutzscheibe) und dem Heck (zum Beispiel die Heckscheibe) von dem Fahrzeug eingesetzt wird, für gewöhnlich einer zusätzlichen Fahrzeugfunktionalität, wie etwa zum Beispiel ein Entfroster, eine Radioantenne, etc., welche mit der Windschutzscheibe verbunden sind und ein Heizelement, eine Antenne, etc., welche mit der Heckscheibe verbunden sind.
Um diese Arten von Funktionalitäten dem Fenster des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, ist es notwendig, elektrische Verbindungen für eine Stromversorgung und eine elektrische Signalübertragung zur Verfügung zu stellen. Um einer Fensterscheibe des Fahrzeugs zuverlässig Elektrizität bereitzustellen, muss ein Anschluss zum Bereitstellen von Energie von der Batterie an eine Elektrode, welche an/ in der Glasoberfläche ausgebildet ist, gelötet werden. Leider sind der Anschluss und das Glas aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet, welche wesentlich voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Unter den Betriebstemperaturen des Fahrzeugs, welche von ungefähr -40 °C bis ungefähr +105 °C reichen können, kann der Unterschied bei den Wärmeausdehnungen von diesen Werkstoffen zu dem Zerspringen des Glases führen.
Demzufolge wird Blei (Pb), welches ein Weichmetall ist, für gewöhnlich zu einem Lot für Glas hinzugefügt, um die thermische Belastung zu verteilen, welche zwischen dem Glas und dem Anschluss auftritt. Zum Beispiel sind in dem Fall von einem Glas einer Windschutzscheibe Drähte des Heizelements in dem unteren Teil von dem Glas angeordnet, um die Wischerblätter am Festfrieren im Winter zu hindern. In dem Fall des Glases des Seitenfensters kann eine Antenne an dem Glas des Seitenfensters von Fahrzeugen angeordnet sein, wie zum Beispiel Lieferwagen. Ähnlich dazu können in dem Fall eines Glas einer Heckscheibe Heizdrähte, eine Antenne, etc. angeordnet sein.
Die Drähte des Heizelements und die Antenne werden üblicherweise durch das Aufdrucken einer Paste, welche Silber (Ag) als ein Hauptbestandteil enthält, und das Sintern der Paste in dem Glas ausgebildet. Der Draht des Heizelements und die Antenne werden mit Anschlüssen für eine elektrische Verbindung verlötet. Zurzeit wird herkömmlich ein bleihaltiges Lot, das heißt ein Lot, welches eine große Menge von Blei (Pb) enthält, wie zum Beispiel eine Zinn (Sn)-62 Blei (Pb)-3 Silber (Ag)-10 Wismut (Bi) Zusammensetzung verwendet.
In der letzten Zeit werden SOx und NOx aufgrund der Zunahme der Verwendung von fossilen Brennstoffen, wie zum Beispiel Benzin oder Schweröl, in großen Mengen in die Atmosphäre emittiert. Diese Luftschadstoffe besitzen die Wirkung des Herabsetzens des pH-Werts von Regen, was sauren Regen verursacht. Wenn der saure Regen auf dem Boden in Kontakt mit den gelöteten Teilen von elektronischen Geräten kommt, dann kann er leider das Blei dazu veranlassen, aus einer Blei-Zinn Lotlegierung auszuschmelzen und dringt in den Boden ein, und belastet auf diese Weise das Grundwasser mit Schwermetallen (zum Beispiel Pb). Eine solche Belastung mit Schwermetall kann zu einer Vielzahl von Erkrankungen bei Personen führen, die das belastete Wasser konsumieren, wie zum Beispiel einer Bleivergiftung. Demzufolge wird ein bleifreies Lot benötigt.
In dem Fall einer bleifreien Zusammensetzung wird im Allgemeinen eine auf drei (Sn-Ag-Cu) Elementen basierende Zusammensetzung verwendet, wie zum Beispiel eine Zinn (Sn)-3,0 Silber (Ag)-0,5 Kupfer (Cu) Zusammensetzung. Leider weist diese Zusammensetzung eine Beschränkung bei Anwendungen von Glas mit Metall auf, weil Risse in dem Glas als eine Folge von einer Belastung auftreten, welche erzeugt wird, wenn das bleifreie Lot, welches bei einer hohen Temperatur geschmolzen wird, in einem Glassubstrat während des Lötprozess hart wird. Dies wird durch einen Unterschied von dem Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Glas und einer Legierung verursacht, welche Zinn (Sn) und andere Metalle enthält.
US Patent Nr. 6,253,988 offenbart ebenfalls eine auf 4 Elementen basierende bleifreie Lotzusammensetzung aus einer Zinn (Sn)-Silber (Ag)-Kupfer (Cu)-Indium (In) Zusammensetzung zum Einsatz in Anwendungen bei Fahrzeugglas, welche eine Zusammensetzung aus Zinn (Sn)-4,5 Silber (Ag)-0,5 Kupfer (Cu)-65 Indium (In) zur Verfügung stellt. Leider ist diese Zusammensetzung von eingeschränktem wirtschaftlichem Wert, weil sie erhebliche Anteile von Indium (In) und Silber (Ag) enthält, und ist deshalb unerschwinglich.
JP H07-227690 A offenbart eine Lötlegierung mit Indium, Zinn und Zink. US 2008/0159904 A1 lehrt eine Legierung für die Verwendung in Ball Grid Arrays. Ein bleifreies Weichlot wird in DE 69423255 T2 beschrieben. US 2006/0193744 A1 , WO 2012/106434 A1 und JP 2000-141078 A offenbaren bleifreie Lötzusammensetzungen. JP 2006-159 278 A beschreibt eine bleifreie Lötlegierung zum Niedertemperaturfügen von Glas.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung stellt die Verwendung einer bleifreien Lotzusammensetzung zum Löten von Glas zur Verfügung, welche eine Anzahl von Vorteilen bereitstellt, einschließlich: verringerte/ beseitigte Giftigkeit, optimierte Benetzbarkeit, während sie das Zerspringen des Glases von dem gelöteten Anschlussteil verhindert, und eine erhöhte Klebefestigkeit.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer bleifreien Lotzusammensetzung zum Löten von Glas zur Verfügung, bestehend aus: Indium (In) von 30,0 Gew.-% bis 60 Gew.-%; Zink (Zn) von 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-%; mindestens zwei Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus 0,1 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn), und 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Nickel (Ni); und Zinn (Sn) als der restliche Bestandteil.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Zusammensetzung zum Lösten von Glas bereit, bestehend aus Indium (In), wobei die Menge an In von 30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% reicht; Zink (Zn), wobei die Menge an Zn von 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% reicht; und Rest Zinn (Sn).
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Zusammensetzung ein Lotvorformling sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lötpaste, Lotkugel, Lotbarren, Lotdraht, Lotbumps, Lottafel, Lotpulver, Lotkügelchen, Lotpartikel, Lotband, Lotscheibe und Lotring.
Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten stehend erläutert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird nun im Detail auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und unten stehend beschrieben sind. Während diese Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil, die Erfindung soll nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern ebenso unterschiedliche Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein können, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt sind.
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug...“ oder andere ähnliche Ausdrücke, wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen mit einschließt, wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich allradangetriebene Offroader (SUV), Busse, Lastwagen, unterschiedliche Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und dieser schließt Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid Elektrofahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus Ressourcen mit Ausnahme von Erdöl erzeugt wurden) ein. Wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Kraftquellen besitzt, zum Beispiel sowohl mit Benzin angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Die hierin bereitgestellten Bereiche werden als stichwortartig und für sämtliche der Werte innerhalb des Bereichs verstanden. Zum Beispiel wird ein Bereich von 1 bis 50 verstanden, dass er jede Zahl, Kombination von Zahlen oder Teilbereiche aus der Gruppe umfasst, welche aus 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, oder 50 besteht, sowie alle dazwischenliegende Dezimalwerte zwischen den vorstehend genannten ganzen Zahlen, wie beispielsweise 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, und 1,9. Im Hinblick auf Teilbereiche, „verschachtelte Teilbereiche“, welche sich von einem der beiden Endpunkte des Bereichs erstrecken, werden diese eigens betrachtet. Zum Beispiel kann ein verschachtelter Teilbereich eines beispielhaften Bereichs von 1 bis 50 1 bis 10, 1 bis 20, 1 bis 30, und 1 bis 40 in einer Richtung, oder 50 bis 40, 50 bis 30, 50 bis 20, und 50 bis 10 in der anderen Richtung umfassen.
Falls nicht besonders angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, wird der Ausdruck „ungefähr“, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereichs der normalen Toleranz in dem Stand der Technik verstanden, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „Ungefähr“ kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05%, oder 0,01% des angegebenen Wertes. Falls nicht auf andere Weise klar aus dem Kontext erkennbar, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte von dem Ausdruck „ungefähr“ modifiziert.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer bleifreien Lotzusammensetzung zum Löten von Glas, welche eine umweltfreundliche, ungiftige Lotzusammensetzung ist, welche aus 30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% Indium (In); 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% Zink (Zn); mindestens zwei Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus 0,1 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn), und 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Nickel (Ni); und Zinn (Sn) als restlicher Bestandteil besteht, welches die Eigenschaft des Zerspringens der Anschlussstelle des Glases, den Schmelzpunkt und die Haftfestigkeit von dem Lot optimiert.
Die bleifreie Lotzusammensetzung der vorliegenden erfindungsgemäßen Verwendung wird unter Berücksichtigung der Benetzbarkeit und den Verarbeitungseigenschaften von dem Lot im Hinblick auf ein Glassubstrat, und der Beständigkeit von dem Lot gegenüber der mechanischen Einwirkung gebildet, welche dieselbe ist, oder besser als, wie bei einem herkömmlichen bleihaltigen Lot. Die vorliegende Erfindung stellt die Verwendung einer auf 3 Elementen (Zinn (Sn)-Indium (In)-Zink (Zn))-basierenden bleifreie Lotzusammensetzung zum Löten von Glas zur Verfügung, welche 30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% Indium (In), 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% Zink (Zn) und Zinn (Sn) als restlicher Bestandteil enthält.
In der bleifreien Lotzusammensetzung ist Zinn (Sn) ein wesentlicher Bestandteil von der bleifreien Lotlegierung, welcher nicht giftig ist und mit Leichtigkeit mit anderen Metallen legiert werden kann, und die Benetzbarkeit im Hinblick auf ein Basismaterial für das Haften erhöht.
In der bleifreien Lotzusammensetzung ist ebenfalls ungefähr 30,0 Gew.-% bis ungefähr 60,0 Gew.-% Indium (In) enthalten. Wenn Indium (In) auf einem Niveau hinzugefügt wird, welches unterhalb von ungefähr 30,0 Gew.-% liegt, dann kann die Weichheit von dem Lot herabgesetzt sein, um damit das Zerspringen von dem Glas während des Lötens auf der Glasscheibe zu verursachen. Wenn Indium (In) auf einem Niveau von mehr als ungefähr 60,0 Gew.-% hinzugefügt wird, dann können die Weichheit und die mechanischen Eigenschaften von dem Lot im Verhältnis zu dem Gehalt an Indium (In) nicht verbessert sein, und der Preis von der Lotlegierung kann rasch erhöht sein. Demzufolge reicht der Gehalt von Indium (In) von ungefähr 30,0 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, und bevorzugt kann er ungefähr 42 Gew.-% sein.
In der bleifreien Lotzusammensetzung, da der Gehalt von Zink (Zn) von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 11,0 Gew.-% reicht, kann Zn dazu dienen, um eine Silberausscheidung zu verhindern, durch das Ausbilden einer Haftoberfläche zwischen dem Lot und dem Basismaterial, durch dessen Affinität zu dem Basismaterial, zum Beispiel Silber (Ag), welches als das Material von einem Anschluss verwendet wird. Wenn Zink (Zn) in einer Menge von weniger als ungefähr 0,01 Gew.-% hinzugefügt wird, dann kann die Silberausscheidung aufgrund von einer Verringerung des Ausbildens von der Haftoberfläche zwischen dem Zink (Zn) und dem Basismaterial auftreten. Wenn Zink (Zn) in einer Menge von mehr als ungefähr 11 Gew.-% enthalten ist, dann können, unabhängig von der Prozessgestaltung, die Klebefestigkeit und die mechanischen Eigenschaften im Verhältnis zu dem Gehalt an Zink (Zn) nicht verbessert sein, und die Verarbeitbarkeit kann aufgrund der Oxidation des Zinks (Zn) wesentlich herabgesetzt sein. Demzufolge reicht der Gehalt von Zink (Zn) von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 11,0 Gew.-%, und bevorzugt kann er ungefähr 4 Gew.-% betragen.
Die bleifreie Lotzusammensetzung kann zusätzlich mindestens zwei Elemente aufweisen, welche aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus ungefähr 0,1 bis ungefähr 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu), ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Mangan (Mn) und ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Nickel (Ni).
Da ungefähr 0,1 bis 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu) in der bleifreien Lotzusammensetzung enthalten sein können, kann eine physikalische Verformung bei einer Umgebung mit hohen Temperaturen minimiert werden. Wenn Cu in einer Menge von weniger als ungefähr 0,1 Gew.-% enthalten ist, dann kann der Effekt gering sein. Auf der anderen Seite, wenn Cu in einer Menge oberhalb von ungefähr 3,0 Gew.-% enthalten ist, dann kann eine übermäßige Verbundausbildung zwischen den Cu und Zn Metallen die Verarbeitbarkeit von dem sich ergebenden Lot beeinträchtigen.
Da ungefähr 0,01 bis 0,5 Gew.-% Mn in der bleifreien Lotzusammensetzung enthalten sein kann, kann der Schmelzpunkt von der Legierung zunehmen. Wenn Mn in einer Menge von weniger als ungefähr 0,01 Gew.-% enthalten ist, dann kann ein Effekt des Zunehmens des Schmelzpunkts von der Legierung gering sein. Auf der anderen Seite, wenn Mn in einer Menge oberhalb von ungefähr 0,5 Gew.-% enthalten ist, dann kann die Verarbeitbarkeit durch die Oxidation von Mn herabgesetzt sein.
Da ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,5 Gew.-% Ni in der bleifreien Lotzusammensetzung enthalten sein kann, kann die Struktur von der Haftoberfläche verdichtet sein, und auf diese Weise kann die Klebefestigkeit zunehmen. Wenn Ni in einer Menge von weniger als ungefähr 0,01 Gew.-% Ni enthalten ist, dann die erhöhte Wirkung der Klebefestigkeit gering sein. Auf der anderen Seite, wenn Ni in einer Menge von mehr als ungefähr 0,5 Gew.-% enthalten ist, dann kann der Breibereich (mush zone) erweitert sein, was die Verarbeitbarkeit von dem Lot herabsetzt.
Die bleifreie Lotzusammensetzung der vorliegenden erfindungsgemäßen Verwendung kann ein Lotvorformling sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lötpaste, Lotkugel, Lotbarren, Lotdraht, Lotbumps, Lottafel, Lotpulver, Lotkügelchen, Lotpartikel, Lotband, Lotscheibe und Lotring.
Die idealste bleifreie Lotzusammensetzung ist eine auf 3 Elementen basierende Zusammensetzung aus Zinn (Sn)-42 Indium (In)-4 Zink (Zn). Bleifreie Lotzusammensetzungen zur Verwendung zum Löten von Glas in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen, eine gewöhnliche bleihaltige Lotzusammensetzung (Sn-3 Ag-62 Pb-10 Bi) und eine gewöhnliche auf 4 Elementen basierende bleifreie Lotzusammensetzung (Sn-2,5 Ag-2,0 Cu-0,8 In) werden mit Hilfe derselben Experimente nach dem Herstellen in Übereinstimmung mit den folgenden Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen ausgewertet werden.
BEISPIELE
Es wurden Legierungen in Übereinstimmung mit Beispielen 1 bis 8 hergestellt, welche die wie in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungen aufweisen sollen.
VERGLEICHSBEISPIELE

Es wurden Legierungen in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt, welche die wie in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungen aufweisen sollen. Die Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 weist dieselbe Zusammensetzung wie ein gewöhnliches auf 3 Elementen basierendes bleifreies Lot auf, und die Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 2 weist dieselbe Zusammensetzung wie ein gewöhnliches auf 4 Elementen basierendes bleifreies Lot auf. Die Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 3 besitzt ebenfalls dieselbe Zusammensetzung wie ein gewöhnliches bleihaltiges Lot. Tabelle 1

Unterteilung	Hinzugefügte chemische Menge (Gew.-%)
Unterteilung	Sn	In	Zn	Ni	Ag	Cu	Pb	Bi	Mn
Beispiel 1	Rest	40	2
Beispiel 2	Rest	40	4
Beispiel 3	Rest	40	6
Beispiel 4	Rest	40	8
Beispiel 5	Rest	30	4						0,03
Beispiel 6	Rest	40	4	0,1		1,0
Beispiel 7	Rest	50	4
Beispiel 8	Rest	60	4
Vergleichsbeispiel 1	Rest				3	0,5
Vergleichsbeispiel 2	Rest	65			4,5	0,5
Vergleichsbeispiel 3	Rest				3		62	10

TESTBEISPIEL
Es wurden Legierungen in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 geprüft, um festzustellen, ob sie auf Glas für ein Fahrzeug angewandt werden können, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 unten stehend dargestellt.

In Tabelle 2 zeigt ‚NG‘ an, dass ein Riss an dem Glassubstrat aufgetreten ist, und „OK“ zeigt an, dass kein Riss an dem Glassubstrat aufgetreten ist. Tabelle 2

Unterteilung	Solidustemperatur (°C)	Liquidustemperatur (°C)	Riss	Heizzyklus
Unterteilung	Solidustemperatur (°C)	Liquidustemperatur (°C)	Glassubstrat	1	2	3	4
Beispiel 1	106	111	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 2	106	110	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 3	106	110	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 4	106	110	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 5	106	112	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 6	111	120	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 7	107	110	OK	OK	OK	OK	OK
Beispiel 8	107	110	OK	OK	OK	OK	OK
Vergleichsbeispiel 1	217	221	NG	NG	NG	NG	NG
Vergleichsbeispiel 2	118	121	OK	OK	OK	OK	OK
Vergleichsbeispiel 3	160	233	OK	NG	OK	OK	OK

1) Vergleich des Eintritts eines Risses
Es wurden Legierungen in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 mit einem Bügeleisen auf ein Glassubstrat gelötet, welches auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C erhitzt wurde, und dann wurden die Lote langsam bei einer Raumtemperatur von ungefähr 20 °C hart. Danach wurden die Proben mit dem bloßen Auge untersucht, um festzustellen, ob ein Riss aufgetreten ist oder nicht.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, während ein Riss in demjenigen Lot nicht aufgetreten ist, welches in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 legiert wurde, trat in demjenigen Lot ein Riss auf, welches in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 legiert wird.
Demzufolge wurde bestätigt, dass das Lot in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 besser als das Lot in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 im Hinblick auf die Eigenschaft des Zerspringens des Glases ist.
2) Vergleich des Heizzyklus
Diejenigen Lote, welche in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 legiert wurden, wurden innerhalb eines Temperaturbereichs von ungefähr -40 ºC bis ungefähr 90 °C mit einer Rate von ungefähr 1 °C pro Minute vier Mal erhitzt und abgekühlt, und sie wurden dann mit dem bloßen Auge bei jedem Zyklus untersucht, um festzustellen, ob ein Riss in dem Glassubstrat aufgetreten ist oder nicht.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, während ein Riss in demjenigen Lot nicht aufgetreten ist, welches in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 legiert wurde, trat während jedem Zyklus in demjenigen Lot ein Riss auf, welches in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 legiert wurde, und ein Riss trat nur einmal in dem Lot auf, welches in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 3 legiert wurde. Demzufolge wurde bestätigt, dass die Lote in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 besser waren als diejenigen Lote in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3.
3) Vergleich der Temperatur bei Schmelzbeginn
Ein Glassubstrat, welches diejenigen Lote aufweist, welche in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 legiert wurden, und durch ein Bügeleisen auf ungefähr 300 °C erhitzt wurde, wurde in einen Ofen gelegt, und erhitzt, um die Solidustemperatur und die Liquidustemperatur von jedem Lot zu messen. Auf diese Weise wurden die Temperaturen bei Schmelzbeginn von den Loten gemessen.

Wie in Tabelle 2 dargestellt, während die Solidustemperatur und die Liquidustemperatur von den Loten in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 mit ungefähr 110 °C gemessen wurden, wurden die Solidustemperatur und die Liquidustemperatur von den Loten in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 auf eine Temperatur gemessen, welcher größer als ungefähr 110 °C ist, besonders eine hohe Temperatur von ungefähr 200 °C. Demzufolge konnte bestätigt werden, dass die Lote in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 Schmelzpunkte aufweisen, welche niedriger als diejenigen von den Loten in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind. Tabelle 3

Unterteilung	Klebefestigkeit (kgf)		Bruchfestigkeit	Klickanzahl
Unterteilung	Vor Hitzeeinwirkung	Nach Hitzeeinwirkung	Bruchfestigkeit	Klickanzahl
Beispiel 1	28,8	27,0	91,9	1922
Beispiel 2	30,8	28,1	92,5	1945
Beispiel 3	31,6	29,2	99,4	2197
Beispiel 4	32,1	31,5	100,3	2446
Beispiel 5	37,3	35,5	101,5	2366
Beispiel 6	43,2	40,3	103,1	2400
Beispiel 7	32,5	30,1	102,2	2143
Beispiel 8	28,4	27,6	107,1	2241
Vergleichsbeispiel 1	21,0	Glasbruch	80,1	1432
Vergleichsbeispiel 2	26,9	24,7	83	1840
Vergleichsbeispiel 3	40,2	41,1	93,8	1630

4) Vergleich der Klebefestigkeit von Loten
Die Legierungen in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden auf ein Glassubstrat mit einem Bügeleisen gelötet, welches auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C erhitzt wurde, und dann wurden die Lote für ungefähr 48 Stunden bei Raumtemperatur hingelegt. Danach wurden die Klebefestigkeiten vor und nach der Hitzeeinwirkung mit einem Messgerät für Zugfestigkeit gemessen.
Wie in Tabelle 3 dargestellt, wurden die Klebefestigkeiten von den Loten, welche mit Legierungen in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 hergestellt wurden, größer als ein Referenzwert von 15kgf gemessen. Auf der anderen Seite wurde bei einem Lot, welches mit einer Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, ein Riss bemerkt. Es kann ebenfalls beobachtet werden, dass das Lot, welches mit einer Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 3 hergestellt wurde, bei der Charakteristik der Klebefestigkeit besser als dasjenige Lot ist, welches mit einer Legierung in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 2 hergestellt wurde.
5) Vergleich der Härte des Lots gegenüber einer mechanischen Einwirkung
Diejenigen Lote, welche mit Legierungen in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt wurden, wurden mit einem Bügeleisen, welches auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C erhitzt wurde, auf ein Glassubstrat gelötet und dann wurden die Lote für ungefähr 48 Stunden bei Raumtemperatur hingelegt. Danach wurde eine Auswertung der Bruchfestigkeit durch das Befestigen der beiden Enden von dem Glassubstrat und dem Messen derjenigen Festigkeit durchgeführt, bei der das Glassubstrat durch eine Kraft, welche auf den gelöteten Teil aufgebracht wurde, gebrochen ist. Es wurde ebenfalls ein Test für die Klickanzahl durch das Zählen der Anzahl von Schlägen durchgeführt, bei denen das Glassubstrat aufgrund von einer Ermüdung gebrochen ist, welche durch das Aufbringen einer bestimmten Kraft durch einen Gummihammer auf die gegenüber liegende Seite zu dem gelöteten Teil von dem Glassubstrat verursacht wurde.
Wie in den Tabellen 2 und 3 dargestellt, verglichen mit den Loten in Übereinstimmung mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, weisen diejenigen Lote, welche aus Zinn-Indium-Zink in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 gebildet sind, eine verbesserte Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Eigenschaften des Heizzyklus und das Zerspringen des Glases, eine verbesserte Klebefestigkeit, eine verbesserte Zuverlässigkeit gegenüber einer mechanischen Einwirkung und niedrigere Schmelzpunkte auf. Somit ist es offensichtlich, dass die Lote in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 bis 8 äquivalent zu, oder besser als, diejenigen von den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind.
Eine bleifreie Lotzusammensetzung zur Verwendung zum Löten von Glas in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt auf einem Niveau, welches gleich mit oder größer als von einem gewöhnlichen bleihaltigen Lot und einem auf 3 Elementen basierenden bleifreien Lot ist, und verringert ebenfalls die Herstellungskosten durch das Herabsetzen des Gebrauchs von Indium und dem Nicht-gebrauchen von Silber, im Vergleich zu einem auf 4 Elementen basierenden bleifreien Lot.
Auf diese Weise besitzt die bleifreie Lotzusammensetzung für die Verwendung zum Löten von Glas diejenige Loteigenschaften, welche für den Einsatz bei Anwendungen in Fahrzeugglas benötigt werden, während die umweltfreundlichen Eigenschaften beibehalten werden, welche diejenigen Umweltvorschriften einhalten, die Schwermetalle betreffen.
Die Erfindung wurde im Detail mit Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann erkennt jedoch, dass an diesen Ausführungsformen Veränderungen durchgeführt werden können, ohne dabei von den Prinzipien der Erfindung und dem Erfindungsgedanken abzuweichen, wobei deren Schutzumfang in den angehängten Patentansprüchen und ihren Äquivalenten festgelegt wird.

Claims

Verwendung einer bleifreien Zusammensetzung, welche aus den nachfolgenden Bestandteilen besteht: 30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% Indium (In); 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% Zink (Zn); mindestens zwei Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus 0,1 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mangan (Mn), und 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Nickel (Ni); und Zinn (Sn) als restlicher Bestandteil, zum Löten von Glas.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ein Lotvorformling ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Lötpaste, einer Lotkugel, einem Lotbarren, einem Lotdraht, einem Lotbump, einer Lottafel, einem Lotpulver, einem Lotkügelchen, einem Lotpartikel, einem Lotband, einer Lotscheibe und einem Lotring.
Verwendung einer Zusammensetzung, bestehend aus: Indium (In), wobei die Menge an In von 30,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% reicht; Zink (Zn), wobei die Menge an Zn von 0,01 Gew.-% bis 11,0 Gew.-% reicht; und Rest Zinn (Sn) zum Löten von Glas.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Menge an In 30,0 Gew.-% beträgt.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Menge an In 60 Gew.% beträgt.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Menge an Zn 0,01 Gew.-% beträgt.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Menge an Zn 11,0 Gew.-% beträgt.
Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Zusammensetzung ein Lotvorformling ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Lötpaste, einer Lotkugel, einem Lotbarren, einem Lotdraht, einem Lotbump, einer Lottafel, einem Lotpulver, einem Lotkügelchen, einem Lotpartikel, einem Lotband, einer Lotscheibe und einem Lotring.