JP2008246516A - 車両用窓ガラスへの端子のハンダ付け方法及び回路を接続した車両用窓ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ等の導電体を備えた車両用窓ガラスのガラス面への無縁ハンダのような高融点ハンダによる電子回路の端子の接着においても、電子回路に熱的な影響を与えないハンダ付け方法の提供。
【解決手段】導電体を備えた車両用窓ガラスに、導電体と回路を接続する端子を無鉛ハンダによって接着するハンダ付け方法であって、無鉛ハンダの融点に対し１００℃低い温度から１０℃高い温度までの範囲に予熱した前記車両用窓ガラスに、端子の接着部を加熱して無鉛ハンダにより車両用窓ガラスの導電体に端子を接着するハンダ付け方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用窓ガラスへの端子のハンダ付け方法及び回路を接続した車両用窓ガラスに関する。

最近の車両用窓ガラス、特に自動車用窓ガラスには、様々な機能を持つ機能性部材が付加されている。例えば、ラジオ、テレビ、無線通信用のアンテナやガラスの曇り防止用のデフォッガなどがよく知られている。これらの機能性部材は、信号受信回路や電力供給回路と連結され、電気信号や電力の授受がなされている。ラジオ、テレビ、無線通信用のアンテナであれば、ＡＭ，ＦＭ，地上放送、衛星放送対応など各種の用途に応じて薄膜状のアンテナパターンを、銀ペーストなどにより窓ガラス用のガラス板上に形成して焼き付けられている。防曇用のデフォッガは、同様に銀ペーストなどのヒータパターンを窓ガラス用のガラス板の防曇部分に形成して焼き付けられている。

これらの信号や電力の授受を必要とする機能性部材はその端部を、端子により信号処理回路や電力供給回路と接続されている。従来は、これらの機能性部材は鉛系ハンダにより回路と接続した端子と接着されていた。鉛系ハンダは、接着機能に優れ、比較的低温で溶融しガラスの温度をそれほど上げることなく、ガラス面上の薄膜状パターンである機能性部材の端部と容易に接着できた。ところが、最近は、鉛の人体や環境への影響が指摘されており、このような用途には無鉛ハンダを使用することが好ましいとされている。無鉛ハンダは、各種開発されているが、鉛系ハンダに比べると溶融温度が高い。通常の鉛ー錫系ハンダは、鉛と錫との共晶点である１８２℃近辺の融点を持つが、無鉛ハンダでは、鉛ー錫系ハンダに比べ共晶点を十分に低下させられず、融点が１９０℃以上、特に２２０℃となるものが多い。

例えば、特許文献１には、Ｓｎを主成分とし、Ｉｎ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｚｎを含有する、ガラスとの接着性が良好な無鉛ハンダが提案されている。特許文献２には、Ｓｎ，Ｚｎ及びＴｉを含有する、さらにＡｌ，Ｃｕを含有する無鉛ハンダが提案されている。また、特許文献３には、ガラスとの接着用にＳｎ，Ａｇハンダ及びＳｎ，Ａｇ，Ｃｕハンダが開示されている。

上述のように各種の無鉛ハンダが開発、提案されているが、鉛ー錫ハンダのように低融点で接着性に優れた無鉛ハンダは見あたらない。特に、ガラスのような無機物にハンダ付けをする場合、ガラスが熱衝撃に弱いため加熱冷却に注意が必要であった。このため、このようなガラスと金属との無鉛ハンダによるハンダ付けにおいては、ハンダ付け部分を局部的に高温に加熱するよりも、ハンダ付け部分近辺をハンダの溶融温度より少しだけ高くしてハンダ付けをしていた。これにより、ガラスの部分的な熱膨張による応力の発生を防止していた。このために、ハンダ付け用の加熱には温風ヒータや面状ヒータ、赤外線ヒータなどの比較的広い範囲を加熱する加熱装置が使用されていた。

図２には、４００℃程度の熱風を吹き出す温風加熱器による加熱方法を用いたガラス板上のアンテナパターンへの端子のハンダ付けの様子を示している。温風加熱器９は、ガラス板１のハンダ付け部周辺とその上に形成されているアンテナパターンである導電体５の一部、端子２、端子２に接続している電子回路３の一部を加熱している。そして、端子の接着部６に塗布してある無鉛ハンダ４の融点（例えば、２２０℃とする。）より少し高く（例えば、２６０℃）になって無鉛ハンダ４が溶融したら、温風加熱器９の加熱を停止してそのまま冷却すれば端子２をガラス板１上の導電体５に接着できる。
特開２０００−１４１０７８号公報 特開２０００−３２６０８８号公報 国際公開第２００６／０１６５８８号パンフレット

上述のようにハンダ付け部周辺を加熱してハンダ付けをする方法においては、端子２は勿論、電子回路３の一部も加熱により高温（例えば２６０℃）になっている。電子回路をこのような高温に曝すと、熱により電子回路の基板や導線パターンの一部が変形したり、回路素子が作動不良になったりする恐れがある。従来の鉛系ハンダように融点が低いハンダを利用できれば、加熱温度も低くてもよく、電子回路３のダメージも考慮しなくてもよかった。しかし、無鉛ハンダによるハンダ付けにおいては、高温に加熱せざるを得ないので、電子回路３への熱によるダメージを考慮した加熱方法が必要になってきた。

本発明においては、このような問題点をふまえ、車両用窓ガラスのガラス面への無鉛ハンダによる回路の端子の接着においても、接着面への熱応力を抑えながら回路に熱的な悪影響を与えないハンダ付け方法、及びハンダ付けの熱によるダメージのない回路を無鉛ハンダにより接続した接着面への熱応力の少ない車両用窓ガラスの提供を目的としている。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記の手段により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、導電体を備えた車両用窓ガラスに、導電体と回路を接続する端子を無鉛ハンダによって接着するハンダ付け方法であって、無鉛ハンダの融点に対し１００℃低い温度から１０℃高い温度までの範囲に予熱した前記車両用窓ガラスに、端子の接着部を加熱して無鉛ハンダにより車両用窓ガラスの導電体に端子を接着することを特徴とするハンダ付け方法である。

好ましくは、端子の接着部を局部加熱する加熱装置により、端子を加熱することを特徴とする前記ハンダ付け方法である。

好ましくは、端子の接着部を局部加熱する加熱装置は、ハンダごてであることを特徴とする前記ハンダ付け方法である。

さらに好ましくは、車両用窓ガラスを、端子を接続する面と反対側の面から予熱することを特徴とする前記ハンダ付け方法である。

また、本発明は、導電体を備えた車両用窓ガラスの導電体と回路とを接続する端子を、無鉛ハンダによって車両用窓ガラスにハンダ付けした回路を接続した車両用窓ガラスであって無鉛ハンダの融点に対し１００℃低い温度から１０℃高い温度までの範囲に予熱した前記車両用窓ガラスに、端子の接着部を局部加熱装置により加熱してハンダ付けしたことを特徴とする回路を接続した車両用窓ガラスである。

本発明によれば、アンテナ等の導電体を備えた車両用窓ガラスのガラス面への無鉛ハンダのような高融点ハンダによる回路の端子の接着においても、接着面への熱応力を抑えながら電子回路に熱的な影響を与えないハンダ付け方法を提供できる。また、ハンダ付けによるダメージのない回路を接続した、熱応力の少ない車両用窓ガラスを提供できる。

本発明を、図を参照にしながら、以下の具体的な実施形態により説明する。本発明は、これらの実施形態や後述の実施例に限定されるものではなく、これらの実施形態や実施例を、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。なお、本発明では、車両用窓ガラスのガラス面のうち、電子回路の端子を接着する側の面を表面、その反対側の面を裏面という。

本発明の車両用窓ガラスへの無縁ハンダのハンダ付け方法の説明図を図１に示す。図１において、車両用窓ガラス１は、すでに接着に使用する無鉛ハンダ２の融点に対して−１００〜１０℃の範囲の温度に予熱されている。通常、無鉛ハンダは、鉛入りのハンダよりも融点が高く、１９０〜３００℃、特に１９５〜２４３℃程度の融点である。このため、車両用窓ガラス１の予熱温度は、使用する無鉛ハンダ４の融点により、予熱温度は決定される。車両用窓ガラス１の予熱温度は、無鉛ハンダ４の融点より１０℃高温乃至１００℃低温の範囲が望ましい。車両用窓ガラス１の予熱温度が低すぎると、熱応力発生の抑制効果が不十分となり、接合強度が不足する恐れがある。また、車両用窓ガラス１の予熱温度が高すぎると、無鉛ハンダ４により端子２を接着し終わっても車両用窓ガラス１がすぐに冷まり難く、車両用窓ガラス１の熱が端子２を介して電子回路３まで伝わり、やはり電子回路３を高温にして電子回路の基板や接続部、回路素子などに悪影響をおよぼす恐れがある。また、車両用窓ガラス１の予熱温度が無鉛ハンダ４の溶融温度より極端に高いと、車両用窓ガラス１に無鉛ハンダ４を接触しただけで、すぐに無鉛ハンダ４が溶融してしまい、端子２の位置決めや接続にかえって手間が掛かることがある。

このように車両用窓ガラス１を予熱してから端子２を車両用窓ガラスに接着すると、少量の加熱で無鉛ハンダ４が溶融し易くなり、接着時間が短くなる。そして、端子２の脚部の上の胴部は温度が上がらないうちに接着が終了する。このことは、端子２全体としては、接着の際に温度上昇による熱膨張が少ないことを意味している。このため、この端子２は、接着後の冷却が終わっても接着時からの温度差が大きくないので、熱収縮はそれほど大きくはない。一方、車両用窓ガラス１は、無鉛ハンダ４の融点近くの温度になって接着操作が行われ、ハンダが固化するとともに冷却されてその分熱収縮する。しかし、ガラスの熱膨張率は、８．５×１０^−６〜９×１０^−６／℃であり、端子などに使用される金属（銅など）の熱膨張率１６．５×１０^−６〜１７×１０^−６／℃に比べ十分に小さいので、車両用窓ガラス１と端子２がハンダ付けが終わって冷却されると、冷却による収縮の絶対量が同じくらいになり、歪みがなくなることが多い。車両用窓ガラス１にとっては、応力発生源が少なくなり、好適なハンダ付け方法である。

図１においては、端子２を、車両用窓ガラス１の表面に印刷して配置されているアンテナ線のような導電体の端部に位置決めして配置し、この端子２の脚部である接着部６を無鉛ハンダ４により接着している。接着用の熱源としては、ハンダごてを用いている。ハンダごては、端子の接着部６近辺のみを局部的に加熱するのに好適な加熱装置である。その他に、端子の接着部６近辺の局部的な加熱装置としては、レーザ光を利用したレーザ加熱装置や赤外線ヒータ、接触法ヒータなどがある。ここで重要なことは、車両用窓ガラス１と端子２との接着部をできるだけ短時間で局部的に加熱して無鉛ハンダを溶融して、車両用窓ガラス１と端子２とを接着し、無鉛ハンダが溶融したらそれ以上加熱しないで、すぐに冷却して接着部を固定することである。ただし、素材にガラスを使用しているのでガラスが熱衝撃により破損するような急冷はできない。このような観点から、ハンダごての温度は、ハンダの溶融温度より１０〜２００℃、好ましくは、３０〜１５０℃高いことが望ましい。また、ハンダごての熱容量は、大きめのものが望ましい。

車両用窓ガラス１の予熱は、どのような方法で行ってもよい。例えば、車両用窓ガラス１にアンテナ用の銀粒子含有ペーストを塗布して、車両用窓ガラスの焼鈍を兼ねてこれを焼き付けた際、車両用窓ガラス１が所定の温度になった段階で、本発明のハンダ付け方法を実施すれば、熱エネルギーの有効利用ができて好適である。また、車両用窓ガラス１の裏面から温風ヒータや接触式ヒータなどで所定の温度になるまで加熱してから端子２を接着してもよい。操作上問題がなければ、車両用窓ガラス１の表面から予熱をして端子２を接着してもよい。

無鉛ハンダは、どのような無鉛ハンダでもよいが、実質的には鉛ハンダよりも融点の高いものが多い。例えば、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ（融点２２１℃）、Ｓｎ−Ｚｎ系ハンダ（融点１９８℃）、Ｓｎ−Ｓｂ系ハンダ（融点２４３℃）など、また、特開平９−３２６５５４号公報に開示されているＳｎ−Ａｇ−Ｉｎ系ハンダ、特開平８−１６４４９５号公報に開示されているＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系ハンダ、特公昭５５−３６０３２号公報に開示されているＳｎ−Ａｇ−Ａｌ−Ｚｎ系ハンダ、特開２０００−３２６０８８号公報に開示されているＳｎ−Ｚｎ−Ｔｉ系ハンダ、特開２０００−１４１０７８号公報に開示されているＳｎ−Ａｌ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系ハンダ、ＷＯ２００６−１６５８８号パンフレットに開示されているＳｎ−Ａｇ系ハンダ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダ等が挙げられる。

また、端子２は、図１に示すように、接着の際、脚部の熱が端子２の脚部と反対側の電子回路との接合部へ伝わりにくい形状となっていることが好ましい。端子２の電子回路３との接合部７も、端子２の胴部よりも細い形状となっていることが望ましい。この場合も、端子２から電子回路３への熱の伝導を抑制する効果がある。

本発明における車両は、大型、小型の乗用車、トラック、バスなどの道路運送用の車両、クレーン車、ブルドーザなどの建設用の車両、電車、機関車などの軌道用の車両、その他の特殊車両など、窓を備えた車両であればどのようなものでもよい。また、乗用車であれば、窓ガラスとして、通常、フロントガラス、リアガラス、サイドガラス、サンルーフガラスなどを備えている。サイドガラスには、フロントベンチガラス、リアクォータガラスなどがある。しかし、車両用窓ガラスであれば特に名称や使用箇所にこだわることなく本発明のハンダ付け方法を適用できる。ガラス板の種類としては、通常の板ガラス、合わせガラス、強化ガラスなどどのようなガラスでもよい。ガラス板には、防曇膜や化粧用の模様の形成や遮光用の縁取りなど各種の装飾や機能付加がされていてもよい。また、ガラス素材としては、ソーダライムガラスが一般的であるが、他の種類のガラスでも差し支えない。

本発明のハンダ付け方法を適用するための端子２を利用する導電体５及び電子回路３は、どのようなものでもよい。一般には、端子２、導電体５及び電子回路３は一体のものとして、電子機器又は電子機器の一部となっている。例えば、自動車用のラジオやテレビのアンテナ及びその回路、無線通信用のアンテナ及びその回路、防曇用の熱線ヒータや加熱用の薄膜とその電力供給回路、ＩＴＳセンサや温度湿度などを測定する各種センサとその信号受信回路等が挙げられる。なお、本発明における回路は、アナログ回路でもデジタル回路でもよく、信号の授受をする信号回路でも、電力の供給をする電力回路でもよい。通常、導電体は、ガラス面上に薄膜状、線状、テープ状などになって接着されているが、その上に端子を接着するものであり、ハンダの一部は、直接ガラス面に接着されてもよい。なお、端子２の接着目的は、導電体５との接続であるが、導電体５はガラス板表面上に非常に薄く、ときには細く形成されているので、端子２は実質的にはガラスに接着されているとすることもできる。

（実施例）
（実施例１）
車両用窓ガラスを模した１００ｍｍ×１００ｍｍ×３．５ｍｍのソーダライムガラス板の片面にＡｇペーストを印刷し、７００℃で焼結しガラス板上に銀薄膜パターンを形成した。この銀薄膜パターンを形成したガラス板の裏面から温風ヒータで加熱し、ガラス板表面が１７１℃になった時点で温風ヒータを取り除く。一方、回路基板に接続した縦横約１０ｍｍの図１に示すような形状の銅製の端子の接着部に、Ｓｎ−Ａｇ系ハンダ（融点２２１℃）を付着させておく。ガラス板表面が１７１℃のまま、ハンダの付着している端子の接着部をガラス板表面の銀薄膜パターン上に乗せ、端子の脚部に３５０℃に加熱したハンダごてを当ててハンダを溶融した。ハンダが溶融したらすぐにハンダごてを取り除き、接着部をそのままに固定して冷風を吹きかけて冷却した。この端子のハンダ付けにおいて、予熱温度差（ハンダの融点と予熱ガラス板の温度との差）、加熱方法、および接着時間（ハンダごてをハンダ付け部に当てていた時間）を表１に示した。

できあがった端子接続ガラス板に対し、端子の接着強度と、回路の目視による損傷の有無を評価し、その結果を表１に示した。端子の接着強度は、ガラス板と端子とを１ｋｇｆの力で引っ張り応力をかけ、端子が剥離しないものを○、端子が剥離するものを×とした。回路の損傷の有無については、目視により基板の変形や変色がなく、パターンの剥離や電子部品の溶接部の損傷がないものを○、基板の変形や変色、パターンの剥離や電子部品の溶接部の損傷が認められるものを×とした。

（実施例２，比較例１，２）
実施例１において、ハンダを付着させた端子をガラス板上においてハンダ付けを開始するときのガラス板の予熱における予熱温度差を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして端子をガラス板にハンダ付けした。そして、実施例１と同様の評価をして表１にその結果を示した。

（比較例３）
実施例１において、ハンダを付着させた端子をガラス板上においてハンダ付けを開始するときのガラス板の予熱における予熱温度差を、＋４０℃に変更した。ハンダの付着している端子をガラス板に密着させただけで、ハンダが溶融し、接着部をそのままに固定して冷風を吹きかけて冷却しハンダ付した。実施例１と同様の評価をして表１にその結果を示した。

表１から判るように、ガラス板の予熱温度がハンダの融点に対し１０〜−１００℃の範囲であれば、ハンダの接着性にも回路の正常な作動にも問題はない。一方、ハンダの融点よりガラス板の予熱温度が低すぎたり、高すぎたりすると、ハンダ付けの強度が落ちたり、電子回路の外観に以上が発生し、回路の損傷が起こる可能性がある。

本発明の車両用窓ガラスへの端子のハンダ付け方法を示す断面図 従来の車両用窓ガラスへの端子のハンダ付け方法を示す断面図

符号の説明

１：車両用窓ガラス
２：端子
３：電子回路
４：ハンダ
５：導電体
６：端子の接着部
７：端子の電子回路との接合部
８：ハンダごて
９：温風加熱器

Claims (5)

1. 導電体を備えた車両用窓ガラスに、導電体と回路を接続する端子を無鉛ハンダによって接着するハンダ付け方法であって、
   無鉛ハンダの融点に対し１００℃低い温度から１０℃高い温度までの範囲に予熱した前記車両用窓ガラスに、端子の接着部を加熱して無鉛ハンダにより車両用窓ガラスの導電体に端子を接着することを特徴とするハンダ付け方法。
2. 端子の接着部を局部加熱する加熱装置により、端子を加熱することを特徴とする請求項１に記載のハンダ付け方法。
3. 端子の接着部を局部加熱する加熱装置は、ハンダごてであることを特徴とする請求項２に記載のハンダ付け方法。
4. 車両用窓ガラスを、端子を接続する面と反対側の面から予熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハンダ付け方法。
5. 導電体を備えた車両用窓ガラスの導電体と回路とを接続する端子を、無鉛ハンダによって車両用窓ガラスにハンダ付けした回路を接続した車両用窓ガラスであって
   無鉛ハンダの融点に対し１００℃低い温度から１０℃高い温度までの範囲に予熱した前記車両用窓ガラスに、端子の接着部を局部加熱装置により加熱してハンダ付けしたことを特徴とする回路を接続した車両用窓ガラス。

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