JP2018520005A - インジウム−スズ−銀ベースの無鉛はんだ - Google Patents

Abstract

無鉛はんだとしての使用に適したインジウム−スズ−銀合金について、本明細書中に記載する。該合金は、主としてインジウムを含むか、主としてスズを含むことができる。該合金はさらに、銅、ニッケルおよび鉄、または銅、アンチモンおよび亜鉛を包含することができる。該組成物は、ガラス部材（１０）上の電気接点表面（１６）に電気コネクター（１８、３０）をはんだ付けするために用いることができる。合金の形成方法も本明細書中に記載する。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、特許協力条約第８条に基づき２０１５年５月１５日提出の米国仮特許出願第６２／１６１９６６号および２０１５年５月２９日提出の米国仮特許出願第６２／１６８０５４号の優先権の利益を主張するものである。これらの各々の開示内容全体を、本明細書中で参考として援用する。

[0002]本発明は、はんだ、とりわけインジウム−スズ−銀ベースの無鉛はんだに関する。

[0003]自動車などの車両のフロントガラスおよびリヤウィンドウは、ガラス内またはガラス上に置かれた電気機器をしばしば包含する。典型的には、電気機器はアンテナおよびデフロスターである。そのような電気機器への電気的接続を提供するために、小さな金属コーティング部分をガラスに施用して、電気機器に電気的に接続される金属化表面を作製する。その後、鉛に接続するための電気コネクターまたは鉛自体を、金属化表面上にはんだ付けする。電気コネクターは一般に、鉛（Ｐｂ）を含有するはんだでガラスの金属化表面にはんだ付けされる。環境に関する懸念および／またはさまざまな国における規制命令に起因して、ほとんどの産業では、現在、はんだ付けの用途に無鉛はんだを用いているか、無鉛はんだを用いる方針を立てている。いくつかの産業で採用されている一般的な無鉛はんだは、高いスズ（Ｓｎ）含量、例えば８０％を超えるスズを含有する。本明細書中に記載する自動車用ガラスに用いられる無鉛はんだは、２００１年７月３日にＪｏｈｎ Ｐｅｒｅｉｒａに交付された米国特許公報第６２５３９８８号（以下、“Ｐｅｒｅｉｒａ”）に開示されている。いくつかの無鉛はんだのなかで、Ｐｅｒｅｉｒａは、６４．３５％〜６５．６５％インジウム（Ｉｎ）、２９．７％〜３０．３％スズ（Ｓｎ）、４．０５％〜４．９５％銀（Ａｇ）、０．２５％〜０．７５％銅（Ｃｕ）の重量百分率を有するはんだを開示している（以下、“６５インジウムはんだ”とよぶ）。

[0004]自動車用ガラスに機器をはんだ付けする場合、他の施用では存在しない問題に直面する。自動車用ガラスは脆い傾向があり、他の施用での使用に適した一般的な高スズ無鉛はんだは、典型的には自動車用ガラスのひび割れを引き起こすことがある。セラミックおよびケイ素などの材料はいくつかの点で自動車用ガラスに似ているように見えるかもしれないが、セラミックまたはケイ素機器へのはんだ付けに適したいくつかのはんだは、自動車用ガラスへのはんだ付けには適していない。この場合のガラスと銅のように熱膨張率係数（ＣＴＥ）に実質的な差異を有する２つの材料のはんだ付けでは、形成後のはんだ接合部の冷却中、またはこれに続く温度逸脱中のいずれかに、はんだに応力がかかる。はんだは、はんだ付け工程中に自動車用ガラスのひび割れを引き起こさない、十分に低い融点（液相線）を有する必要がある。これは、より高い融点および対応するより高い処理温度ではＣＴＥの不整合が増大し、冷却中により大きな応力がかかるためである。しかしながら、はんだの融点は、車の通常の使用中、例えば、車が窓が閉まった状態で日向にあるとき、または他の極端な厳しい環境条件下にあるときに、溶融を起こさないように十分に高い必要がある。しかしながら、インジウムを含有するはんだは、通常は他のはんだよりはるかに低い融点を有する。例えば、６５インジウムはんだは、鉛はんだの固相線温度１６０℃と比較して１０９℃の固相線温度、および鉛はんだの液相線温度２２４℃と比較して１２７℃の液相線温度を有する。いくつかの車両メーカーは、ガラス製品は、高温、例えば、ある車両メーカーでは１１０℃、他の車両メーカーでは１２０℃に、性能を低下させることなく、耐えることができるべきであると望んでいる。

米国特許公報第６２５３９８８号

[0005]したがって、現在入手可能な組成物より高い高温に耐えることができる一方、この施用領域に望ましい他のすべての特性を達成することができる、ガラス上で用いるのに適した無鉛はんだが必要とされている。

[0006]背景の節で論じた対象は、背景の節での記載内容を受けて従来技術に過ぎないとみなすべきではない。同様に、背景の節に記載した問題点、または背景の節の対象と関連する問題点は、従来技術でこれまでに認められているとみなすべきではない。背景の節の対象は異なるアプローチを示しているに過ぎず、それ自体も発明であることができる。

[0007]本発明の態様に従って、インジウム−スズ−銀ベースのはんだを提供する。第１の態様は、はんだとしての使用に適した合金であって、約４０重量％のスズ、約０．５重量％の銅、約５０重量％のインジウム、約４．５重量％の銀、約１．８重量％〜約２．１重量％のニッケル、および約２．９重量％〜約３．２重量％の鉄を包含する元素混合物を有する合金である。合金は、約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有することができる。あるいは、合金は、約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有することができる。

[0008]第２の態様は、はんだとしての使用に適した合金であって、約１４重量％〜約１５重量％のスズ、約１重量％のアンチモン、約１重量％の銅、約５重量％〜約６重量％の銀、約１重量％〜約３重量％のニッケル、約１重量の亜鉛、および約７５重量％のインジウムを包含する元素混合物を有する合金である。合金は、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有することができる。あるいは、合金は、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有することができる。

[0009]第３の態様は、はんだとしての使用に適した合金であって、約７５重量％のスズ、約５重量％の銀、および約２０重量％のインジウムを包含する元素混合物を有する合金である。

[0010]第４の態様は、はんだとしての使用に適した合金であって、約７重量％のスズ、約３重量％の銀、および約９０重量％のインジウムを包含する元素混合物を有する合金である。

[0011]本発明の他の一態様に従って、ガラス部材上の電気接続部を提供する。第５の態様は、ガラス部材と、該ガラス部材上の銀を含有する電気接点表面と、該ガラス部材上の電気接点表面に、約４０重量％のスズ、約０．５重量％の銅、約５０重量％のインジウム；約４．５重量％の銀、約１．８重量％〜約２．１重量％のニッケル、および約２．９重量％〜約３．２重量％の鉄を包含する元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層で、はんだ付けされている電気コネクターとを包含する、ガラス部材上の電気接続部である。合金は、約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有することができる。あるいは、合金は、約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有することができる。

[0012]第６の態様は、ガラス部材と、該ガラス部材上の銀を含有する電気接点表面と、該ガラス部材上の電気接点表面に、約１４重量％〜約１５重量％のスズ、約１重量％のアンチモン、約１重量％の銅、約５重量％〜約６重量％の銀、約１重量％〜約３重量％のニッケル、約１重量％の亜鉛、および約７５重量％のインジウムを包含する元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層で、はんだ付けされている電気コネクターとを包含する、ガラス部材上の電気接続部である。合金は、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有することができる。あるいは、合金は、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有することができる。

[0013]第７の態様は、ガラス部材と、該ガラス部材上の銀を含有する電気接点表面と、該ガラス部材上の電気接点表面に、約７５重量％のスズ、約５重量％の銀、および約２０重量％のインジウムを包含する元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層で、はんだ付けされている電気コネクターとを有する、ガラス部材上の電気接続部である。

[0014]第８の態様は、ガラス部材と、該ガラス部材上の銀を含有する電気接点表面と、該ガラス部材上の電気接点表面に、約７重量％のスズ、約３重量％の銀、および約９０重量％のインジウムを包含する元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層で、はんだ付けされている電気コネクターとを包含する、ガラス部材上の電気接続部である。

[0015]本発明のさらに他の一態様に従って、インジウム−スズ−銀ベースのはんだの形成方法を提供する。第９の態様は、スズ、銅、インジウム、銀、ニッケル、および鉄を一緒に混合して合金を形成することによる、はんだとしての使用に適した合金の形成方法である。該方法は、合金の重量の約４０％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約０．５％を提供するように銅を加える段階、合金の重量の約５０％を提供するようにインジウムを加える段階、合金の重量の約４．５％を提供するように銀を加える段階、合金の重量の約１．８％〜約２．１％を提供するようにニッケルを加える段階、および合金の重量の約２．９％〜約３．２％の鉄を提供するように鉄を加える段階を包含する。ニッケルを加える段階および鉄を加える段階は、合金の重量の約５％を提供するようにニッケル−鉄合金を加えることにより遂行してもよく、該ニッケル−鉄合金は、約３６重量％〜約４２重量％のニッケルおよび約５８重量％〜約６４重量％の鉄を含む。得られる合金は、約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有することができる。あるいは、得られる合金は、約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有することができる。

[0016]第１０の態様は、スズ、アンチモン、銅、インジウム、銀、ニッケル、および亜鉛を一緒に混合して合金を形成することによる、はんだとしての使用に適した合金の形成方法である。該方法は、合金の重量の約１４％〜約１５％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約１％を提供するようにアンチモンを加える段階、合金の重量の約１％を提供するように銅を加える段階、合金の重量の約５％〜約６％を提供するように銀を加える段階、合金の重量の約１％〜約３％を提供するようにニッケルを加える段階、合金の重量の約１％を提供するように亜鉛を加える段階、および合金の重量の約７５％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。得られる合金は、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有することができる。あるいは、該合金は、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有することができる。

[0017]第１１の態様は、スズ、インジウム、および銀を一緒に混合して合金を形成することによる、はんだとしての使用に適した合金の形成方法である。該方法は、合金の重量の約７５％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約５％を提供するように銀を加える段階、および合金の重量の約２０％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。

[0018]第１２の態様は、スズ、インジウム、および銀を一緒に混合して合金を形成することによる、はんだとしての使用に適した合金の形成方法である。該方法は、合金の重量の約７％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約３％を提供するように銀を加える段階、および合金の重量の約９０％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。

[0019]ここで、本発明を、例として添付図面を参照して説明する。
[0020]図１は、一態様に従った、電動式デフロスターを包含する自動車のリヤウィンドウの内面図である。 [0021]図２は、図１のリヤウィンドウ上の電気接点にはんだ付けされている電気コネクターの側面図であり、一態様に従ったリヤウィンドウ、電気接点およびはんだが断面で示されている。 [0022]図３Ａは、一態様に従った本発明のはんだ組成物ではんだ付けすることができる電力コネクターの略図である。 図３Ｂは、一態様に従った本発明のはんだ組成物ではんだ付けすることができる電力コネクターの略図である。 [0023]図４は、一態様に従った本発明のはんだ組成物でフロントガラス上にはんだ付けされている電力コネクターの略図である。 [0024]図５は、一態様に従った本発明のはんだ組成物の態様の温度サイクル試験における１サイクル中の時間の関数としての温度のグラフである。 [0025]図６は、一態様に従った本発明のはんだ組成物の性能を試験するためにフォースゲージを採用した引張試験の略図である。 [0026]図７は、一態様に従った本発明のはんだ組成物の性能を試験するために重りを採用した引張試験の略図である。

[0027]本発明は、ガラス内またはガラス上に電気機器を電気的に接続するために電機部材をガラスにはんだ付けするのに適したはんだ組成物を提供する。図１を参照すると、ガラス部材（１０）、例えば自動車のリヤウィンドウ１０（例えば欧州ではバックライトともよばれる）を、非限定的な例示的例として採用している。リヤウィンドウ１０は窓用デフロスター１２を包含し、該デフロスターは、リヤウィンドウ１０内に埋め込まれているかリヤウィンドウ１０の内側表面上に付着している電気抵抗性の霜取りライン１４からなる。霜取りライン１４は、リヤウィンドウ１０の内側表面上に設置されている一対の電気接点ストリップ（電気接点表面、バスバーともよばれる）１６に電気的に接続している。電気接点ストリップ１６は、リヤウィンドウ１０の内側表面上に付着している伝導性コーティングからなる。典型的には、電気接点ストリップ１６は、銀含有材料から形成される。

[0028]リヤウィンドウ１０は、同様に、または代替的に、ラジオ信号を受信するために用いられるアンテナ２４、例えば、ラジオ受信機（図示していない）に接続されていて、リヤウィンドウ１０内に埋め込まれているかリヤウィンドウ１０の内側表面上に付着している導電性アンテナ素子２６を有するアンテナを、包含することができる。アンテナ素子２６は、リヤウィンドウ１０の内側表面上に設置されている電気接点ストリップ１６に電気的に接続している。電気接点ストリップ１６は、リヤウィンドウ１０の内側表面上に付着している伝導性コーティングからなる。典型的には、電気接点ストリップ１６は、銀含有材料から形成される。

[0029]自動車用ガラスに機器をはんだ付けする場合、他の用途では存在しない問題に直面する。自動車用ガラス上での無鉛はんだの使用に関する相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭ）のいくつかの懸念に対処するために、ＣＬＥＰＡ（欧州自動車部品工業会）などの自動車用ガラス供給者らは、温度サイクル、一定の気候湿度、湿度に伴う気候温度、および高温保管を含む、いくつかの試験を開発してきた。はんだの融点に関するＯＥＭの懸念に対処するために、試験の１つは、コネクターにはんだ付けされたガラス試料を１０５℃で５００時間保管し、この間に５００グラムの重りを各コネクターからつり下げることを包含していたが、試験期間中にガラスから外れたコネクターはなかった。しかしながら、欧州自動車工業会（ＡＣＥＡ）などのＯＥＭは、温度は１１５℃〜１２０℃という高温になる可能性があると提案している。

[0030]本発明のはんだ組成物は、上記ＯＥＭの懸念に対処するために開発された。図２を参照すると、標準的はんだ付け技術、例えば、抵抗はんだ付け機器、またはフレーム、マイクロフレーム、焼き鏝、熱風、および誘導加熱などを用いて、電力コネクター１８またはアンテナコネクター３０をリヤウィンドウ１０上の各電気接点ストリップ１６にはんだ付けするために、本発明のはんだ組成物の層２０が採用されている。はんだ付けは周囲空気雰囲気中で行うことができ、不活性ガス環境は必要ない。その後、電力ライン２２を電力コネクター１８に電気的に接続して窓用デフロスター１２に電力を供給することができ、または、アンテナライン２８をアンテナコネクター３０に電気的に接続して、アンテナ２４とラジオ受信機の間に接続を提供することができる（図１参照）。はんだ付けの性能試験および結果を以下に示す。

[0031]はんだとしての使用に適したインジウム−スズ−銀ベースの合金の第１の態様を、以下で合金Ｉとよぶ。これは、約４０重量％のスズ、約０．５重量％の銅、約５０重量％のインジウム、約４．５重量％の銀、約１．８重量％〜約２．１重量％のニッケル、および約２．９重量％〜約３．２重量％の鉄を包含する元素混合物である。合金Ｉは、約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有することができる。あるいは、合金Ｉは、約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有することができる。

[0032]本明細書中で用いる場合、“約Ｘ％”は、元素の百分率が、合金の２５重量％未満を構成する元素の場合は±０．５重量％変動する可能性があり、または、合金の２５重量％超を構成する元素の場合は±２重量％変動する可能性があることを、意味することができる。

[0033]合金Ｉは、約４０重量％のスズ、約０．５重量％の銅、約４．５重量％の銀、および約５重量％のニッケル−鉄合金［該ニッケル−鉄合金は、約３６重量％〜約４２重量％のニッケルおよび約５８重量％〜約６４重量％の鉄を含む］、約５０重量％のインジウムの混合物として特徴付けることもできる。特定の一態様によると、ニッケル−鉄合金は約３６重量％のニッケルおよび約６４重量％の鉄を含む。この特定の鉄−ニッケル合金は、一般に商品名ＩＮＶＡＲで知られる。他の特定の一態様によると、ニッケル−鉄合金は約４２重量％のニッケルおよび約５８重量％の鉄を含む。この特定の鉄−ニッケル合金は、商品名ＡＬＬＯＹ ４２またはＮＩＬＯ ４２で知られる。合金Ｉは、約１０９．１８℃の固相線温度および約１１５．３９℃の液相線温度を有する。

[0034]固相線温度は、実質的に、合金が溶融し始める温度と定義される。固相線温度未満において、物質は、溶融相のない完全な固体である。液相線温度は、結晶（非溶融金属または合金）が溶融物と共存することができる最高温度である。液相線温度を超えると、材料は均質であり、溶融物のみからなる。はんだ処理温度は、はんだ付け技術によって決定される数度ほど、液相線温度より高い。

[0035]はんだとしての使用に適したインジウム−スズ−銀ベースの合金の第２の態様を、以下で合金ＩＩとよぶ。これは、約１４重量％〜約１５重量％のスズ、約１重量％のアンチモン、約１重量％の銅、約５重量％〜約６重量％の銀、約１重量％〜約３重量％のニッケル、約１重量の亜鉛、および約７５重量％のインジウムを包含する元素混合物である。合金ＩＩは、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有することができ、これを以下で合金ＩＩＡとよぶ。あるいは、合金ＩＩは、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有することができ、これを以下で合金ＩＩＢとよぶ。合金ＩＩＡは、１２２．４１℃の固相線温度および約１３５．６６℃の液相線温度を有する。合金ＩＩＢは、約１２３．６８℃の固相線温度および約１３８．３８℃の液相線温度を有する。

[0036]はんだとしての使用に適したインジウム−スズ−銀ベースの合金の第３の態様を、以下で合金ＩＩＩとよぶ。これは、約７５重量％のスズ、約５重量％の銀、および約２０重量％のインジウムを包含する元素混合物である。合金ＩＩＩは、約１７７．２６℃の固相線温度および約１８８．２９℃の液相線温度を有する。

[0037]はんだとしての使用に適したインジウム−スズ−銀ベースの合金の第４の態様を、以下で合金ＩＶとよぶ。これは、約７重量％のスズ、約３重量％の銀、および約９０重量％のインジウムを包含する元素混合物である。合金ＩＶは、約１３４．５８℃の固相線温度および約１３９．５８℃の液相線温度を有する。

[0038]本発明の他の態様は、図１および２に示すように、ガラス部材と、該ガラス部材上の銀を含有する電気接点表面と、該ガラス部材上の電気接点表面にはんだ層ではんだ付けされている電気コネクターとを包含する、ガラス部材上の電気接続部を対象とする。この電気接続部の４つの異なる態様において、はんだは合金Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩまたはＩＶのいずれか１つであることができる。

[0039]本発明のさらに他の態様は、はんだとしての使用に適した合金の形成方法を対象とする。合金Ｉの形成に関するこの方法の第１の態様によると、該方法は、合金の重量の約４０％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約０．５％を提供するように銅を加える段階、合金の重量の約５０％を提供するようにインジウムを加える段階、合金の重量の約４．５％を提供するように銀を加える段階、合金の重量の約１．８％〜約２．１％を提供するようにニッケルを加える段階、および合金の重量の約２．９％〜約３．２％の鉄を提供するように鉄を加える段階を包含する。特定の一態様において、合金Ｉは１．８重量％のニッケルおよび３．２重量％の鉄を包含する。他の特定の一態様において、合金Ｉは２．１重量％のニッケルおよび２．９重量％の鉄を包含する。

[0040]ニッケルを加える段階および鉄を加える段階は、合金の重量の約５％を提供するようにニッケル−鉄合金を加えることにより遂行してもよく、該ニッケル−鉄合金は、約３６重量％〜約４２重量％のニッケルおよび約５８重量％〜約６４重量％の鉄を含む。特定の一態様において、ニッケル−鉄合金は３６％のニッケルおよび６４％の鉄を包含し（ＩＮＶＡＲ）、他の特定の一態様において、ニッケル−鉄合金は４２％のニッケルおよび５８％の鉄を包含する（ＡＬＬＯＹ ４２）。これは、第１の量のニッケルおよび第２の量の鉄を別個に秤量して加えるのではなく、単一量の市販のニッケル−鉄合金を秤量して加えることによって、合金Ｉに元素を加えるプロセスを単純化するという利益を提供する。

[0041]合金ＩＩの形成に関するこの方法の第２の態様によると、該方法は、合金の重量の約１４％〜約１５％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約１％を提供するようにアンチモンを加える段階、合金の重量の約１％を提供するように銅を加える段階、合金の重量の約５％〜約６％を提供するように銀を加える段階、合金の重量の約１％〜約３％を提供するようにニッケルを加える段階、合金の重量の約１％を提供するように亜鉛を加える段階、および合金の重量の約７５％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。特定の一態様にしたがって、合金ＩＩは、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有する。他の特定の一態様にしたがって、合金ＩＩは、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有する。

[0042]合金ＩＩＩの形成に関するこの方法の第３の態様によると、該方法は、合金の重量の約７５％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約５％を提供するように銀を加える段階、および合金の重量の約２０％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。

[0043]合金ＩＶの形成に関するこの方法の第４の態様によると、該方法は、合金の重量の約７％を提供するようにスズを加える段階、合金の重量の約３％を提供するように銀を加える段階、および合金の重量の約９０％を提供するようにインジウムを加える段階を包含する。

はんだの性能試験および結果
Ｉ．温度サイクル試験
[0044]試験試料は、電力コネクターおよびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩおよび合金ＩＶではんだ付けされているフロントガラスであった。相対する末端にある２つの相隔たるはんだパッド１９の間に伸長する隆起した細長いブリッジ部分をそれぞれ有するブリッジ端子電力コネクター１８ａおよび１８ｂの略図を、それぞれ図３Ａおよび図３Ｂに示す。電力コネクター１８ａおよび１８ｂを、以下で電力コネクター１８とよぶ。各はんだパッド１９の面積は約６４ｍｍ^２で、図４に示すように、はんだ組成物は約０．５ｍｍの厚さを有していた。はんだインゴットを圧延してはんだリボンにし、該はんだリボンを銅基材上に連続的な縞模様にリフローし、はんだの縞模様を均一寸法に削ぎ、標準的工具類を用いて端子をスタンピングして形成し、はんだ表面に融剤を施用し、そして、約７５０ワット−秒〜約１０５０ワット−秒、例えば約９００ワット−秒のエネルギー入力で抵抗はんだ付け機器を用いてリヤウィンドウ１０上の電気接点ストリップ１６の標的領域に電力コネクター１８をはんだ付けした後、電力コネクター１８をリヤウィンドウ１０上の所定の位置に約８秒〜約１２秒間の期間、例えば約１０秒間にわたり保持しつつ冷却することにより、電力コネクター１８をリヤウィンドウ１０上にはんだ付けした。

[0045]図５に例示するこの試験では、気候制御(climate controlled)チャンバーの温度を、８時間の合計時間の間に、周囲温度（約２０℃）から−４０℃、−４０℃で９０分間保持し、続いて１２０分かけて１０５℃に上昇させた後、周囲温度に戻して循環させ、図５に示す各矢印で示したように、−４０℃の段階の最後から開始し１０５℃の段階の最後に終了する１４Ｖでの電流負荷を、電力ライン２２を介して施用した。２０サイクル後、図６に示すように、引張試験３００（周囲温度における）において、各電力コネクター１８を、はんだ層２０およびリヤウィンドウ１０に概して垂直な方向に、はんだパッド１９の間のほぼ中間点において電力コネクター１８にフック３２０で接続され、ハンドル３３０によって手動で操作されるデジタルフォースゲージ３１０で５０ニュートンの力まで、３秒間引っ張った。この試験の間に不具合は生じなかった。
ＩＩ．ヒートソーク試験
[0046]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩおよび合金ＩＶではんだ付けされているフロントガラスであった。図７に例示するこの試験４００では、気候制御チャンバーの温度を９６時間にわたり１０５℃で保持し、１時間おきに１５分間にわたり１４Ｖでの電流負荷を電力ライン２２を介して施用した。電力コネクター１８を、はんだ層２０およびリヤウィンドウ１０に概して垂直な方向で、９６時間全体の間に重力加速度として垂直に下方に方向付けられた１０ニュートンの機械的負荷（はんだパッド１９の間のほぼ中間点に置かれたフック４２０により重り４１０を電力コネクター１８に接続することにより施用される）に付した。アンテナコネクター３０を、同様に３ニュートンの機械的負荷に付した。９６時間の試験の後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、デジタルフォースゲージ（Ｍａｒｋ−１０ Ｌｏｎｇ Ｉｓｌａｎｄ，ニューヨーク州，モデルＢＧ５０）で２８０〜３６０ニュートンの力まで３秒間引っ張った（周囲温度において）。この試験の間に、電力コネクター１８の不具合は生じなかった。アンテナコネクター１８を同様に３０〜７０ニュートンの力で試験した。合金ＩＶではんだ付けした１８個のアンテナコネクター１８のうち１０個に不具合が生じた。
ＩＩＩ．高温保管試験
[0047]試験試料は、電力およびアンテナコネクター３０、１８が合金ＩＩおよび合金ＩＶではんだ付けされているフロントガラスであった。この試験では、気候制御チャンバーの温度（比較的乾いた湿度においてであるが、制御されていない）を１２０℃一定で２４時間維持し、電力コネクター１８に電気的または機械的負荷はかけなかった。２４時間終了後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、デジタルフォースゲージで２１０〜２９０ニュートンの力まで３秒間引っ張った（周囲温度において）。アンテナコネクター３０は、各アンテナコネクター１８を５０〜７５ニュートンの力で引っ張ることにより同様に試験した。この試験の間に電力またはアンテナコネクター１８、３０の不具合は生じなかった。
ＩＶ．電気負荷をかけての長期試験
[0048]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩではんだ付けされているフロントガラスであった。この試験では、気候制御チャンバーの温度（湿度は比較的乾いていたが制御されていない）を１０５℃一定で５００時間維持し、５００時間全体にわたり１４Ｖでの電流負荷をかけた。５００時間終了後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、デジタルフォースゲージで５０ニュートンの力まで３秒間引っ張った（周囲温度において）。この試験の間に不具合は生じなかった。
Ｖ．熱衝撃試験
[0049]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＶではんだ付けされているフロントガラスであった。この試験において、１サイクルは、電気的または機械的負荷をかけることなく試料を気候制御チャンバーで１時間にわたり１０５℃に加熱した後、該試料を冷水（約２３℃以下、冷蔵庫からのもの）に完全に浸すことからなっていた。各サイクルの後、試料を圧縮空気で乾燥した。５サイクル後およびその後１０サイクル後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、デジタルフォースゲージで１７−〜２９０ニュートンの力まで３秒間引っ張った（周囲温度において）。アンテナコネクター１８は、５０〜８０ニュートンの力まで同様に試験した。この試験の間に不具合は生じなかった。
ＶＩ．高湿度試験：一定の気候
[0050]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩではんだ付けされているフロントガラスであった。試料を環境チャンバー内で８０℃の一定温度および＞９６％ＲＨの湿度（蒸気が発生）に合計５０４時間にわたり暴露し、特定の温度および湿度に達した後１０時間目に開始して１５分間、その後、５０４時間の最後まで２４時間ごとに１５分間、１４Ｖ（約２２Ａをもたらす）での電流負荷を電流コネクター１８にかけた。５０４時間終了後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、デジタルフォースゲージで５０ニュートンの力まで３秒間引っ張った（周囲温度において）。この試験の間に不具合は生じなかった。
ＶＩＩ．スクリーンウォッシャー液への耐性
[0051]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩおよび合金ＩＶではんだ付けされているフロントガラスであった。この試験では、電力およびアンテナコネクター１８、３０を、２３℃において、６９．５％蒸留水、２０％エタノール、１０％イソプロパノール、０．５％エチレングリコール、および０．０９％ラウリル硫酸ナトリウムで作製された模擬的フロントガラス用ウォッシャー溶液に浸したスポンジで、２４時間湿らせた。２４時間終了後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、フォースゲージで７０〜３１０ニュートンの力まで２秒間引っ張った（周囲温度において）。各アンテナコネクター３０は、６０〜８５ニュートンの力まで同様に試験した。この試験の間に不具合は生じなかった。
ＶＩＩ．塩水噴霧試験
[0052]試験試料は、電力およびアンテナコネクター１８、３０が合金ＩＩではんだ付けされているフロントガラスであった。この試験では、試験試料を試験チャンバー内で塩水噴霧の霧に９６時間暴露した。塩水濃度は５％で、ｐＨは６．５〜７．２であった。塩水の霧の温度は＋３５℃±２℃に設定し、タワー温度は＋４８℃に設定し、空気圧は１６〜１８ｐｓｉであった。９６時間終了後、各電力コネクター１８を、図６に示し上記したように、５０ニュートンの力まで２秒間引っ張った（周囲温度において）。この試験の間に不具合は生じなかった。

[0053]本発明のはんだ組成物は、無鉛合金であって、望ましい製造性を提供する一方、より高い使用温度のほか、強度および延性の両方に関する機械的特性、ならびに対象用途に必要な湿潤状態での物理的特性および安定性を達成するものである。望ましい製造性は、製造で生じやすい欠陥または不具合、および銀を含有する金属化電気接点表面のはんだ付けでしばしば起こる銀の滲出（掃去(scavenging)）現象を軽減または排除することができるように、十分に低い処理温度を可能にすることを包含する。これは、インジウム−スズ−銀ベースの材料、あるいは、銅、ニッケルおよび鉄、またはアンチモン、銅および亜鉛と一緒に冶金学的に合金化するか、沈殿させるか、分散させることができる、インジウム−スズ−銀ベースの材料によって達成される。

[0054]本出願で用いる場合、いくつかの態様において、実質的に上記材料からなるはんだ組成物は、特定の材料と、はんだ組成物およびはんだ組成物を包含する電気コネクターの基本的および新規特性に実質的に影響を及ぼさない材料に限定される。はんだ組成物の基本的および新規特性としては、本明細書中に記載する熱的（例えば、液相線および固相線温度）および機械的（例えば、上記性能試験）特性が挙げられる。

[0055]環境に優しい無鉛材料の提供に加え、本発明のはんだは、自動車用ガラスに用いることができる無鉛はんだの提供、強度および延性の両方に必要な機械的特性の達成、ならびに、望ましい低い製造プロセス温度を保持しつつ、望ましい高い使用温度に耐えることなど、多くの利点を有する。

[0056]本発明をその好ましい態様に関して記載してきたが、これに限定されることを意図してはおらず、むしろ以下の特許請求の範囲に説明する範囲のみに限定されるものとする。さらに、第１、第２などの用語の使用は、重要度の任意の順位を意味するのではなく、第１、第２などの用語は、１つの要素を他の要素と区別するために用いられる。さらに、１つの(a)、１つの(an)などの使用は、量の限定を意味するのではなく、少なくとも１つの参照事項の存在を意味する。

１０ ガラス部材
１２ 窓用デフロスター
１４ 霜取りライン
１６ 電気接点ストリップ
１８ 電力コネクター
１８ａ ブリッジ端子電力コネクター
１８ｂ ブリッジ端子電力コネクター
１９ はんだパッド
２０ はんだ組成物の層
２２ 電力ライン
２４ アンテナ
２６ アンテナ素子
２８ アンテナライン
３０ アンテナコネクター
３００ 引張試験
３１０ デジタルフォースゲージ
３２０ フック
３３０ ハンドル
４００ ヒートソーク試験
４１０ 重り
４２０ フック

Claims (27)

1. 約４０重量％のスズ；
   約０．５重量％の銅；
   約５０重量％のインジウム；
   約４．５重量％の銀；
   約１．８重量％〜約２．１重量％のニッケル；および
   約２．９重量％〜約３．２重量％の鉄；
   を含む、はんだとしての使用に適した合金。
2. 合金が約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有する、請求項１に記載の合金。
3. 合金が約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有する、請求項１に記載の合金。
4. 合金が約１０９℃の固相線温度および約１１５℃の液相線温度を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の合金。
5. ガラス部材（１０）；
   ガラス部材（１０）上の銀を含有する電気接点表面（１６）；ならびに
   ガラス部材（１０）上の電気接点表面（１６）に、約４０重量％のスズ、約０．５重量％の銅、約５０重量％のインジウム；約４．５重量％の銀、約１．８重量％〜約２．１重量％のニッケル、および約２．９重量％〜約３．２重量％の鉄を含む元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層（２０）で、はんだ付けされている電気コネクター（１８、３０）；
   を含む、ガラス部材（１０）上の電気接続部。
6. 合金が約１．８重量％のニッケルおよび約３．２重量％の鉄を含有する、請求項５に記載の電気接続部。
7. 合金が約２．１重量％のニッケルおよび約２．９重量％の鉄を含有する、請求項５に記載の電気接続部。
8. 合金の重量の約４０％を提供するようにスズを加える段階；
   合金の重量の約０．５％を提供するように銅を加える段階；
   合金の重量の約５０％を提供するようにインジウムを加える段階；
   合金の重量の約４．５％を提供するように銀を加える段階；
   合金の重量の約１．８％〜約２．１％を提供するようにニッケルを加える段階；および
   合金の重量の約２．９％〜約３．２％の鉄を提供するように鉄を加える段階；
   を含む、はんだとしての使用に適した合金の形成方法。
9. ニッケルを加える段階および鉄を加える段階が、合金の重量の約５％を提供するようにニッケル−鉄合金を加えることにより遂行され、該ニッケル−鉄合金が、約３６重量％〜約４２重量％のニッケルおよび約５８重量％〜約６４重量％の鉄を含む、請求項８に記載の方法。
10. 約１４重量％〜約１５重量％のスズ；
    約１重量％のアンチモン；
    約１重量％の銅；
    約５重量％〜約６重量％の銀；
    約１重量％〜約３重量％のニッケル；
    約１重量の亜鉛；および
    約７５重量％のインジウム；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金。
11. 合金が、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有する、請求項１０に記載の合金。
12. 合金が、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有する、請求項１０に記載の合金。
13. 合金が約１２２℃〜約１２４℃の範囲の固相線温度および約１３６℃〜約１３８℃の範囲の液相線温度を有する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の合金。
14. ガラス部材（１０）；
    ガラス部材（１０）上の銀を含有する電気接点表面（１６）；ならびに
    ガラス部材（１０）上の電気接点表面（１６）に、約１４重量％〜約１５重量％のスズ、約１重量％のアンチモン、約１重量％の銅、約５重量％〜約６重量％の銀、約１重量％〜約３重量％のニッケル、約１重量％の亜鉛、および約７５重量％のインジウムを含む元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層（２０）で、はんだ付けされている電気コネクター（１８、３０）；
    を含む、ガラス部材上の電気接続部。
15. 合金が、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有する、請求項１４に記載の電気接続部。
16. 合金が約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有する、請求項１４に記載の電気接続部。
17. 合金の重量の約１４％〜約１５％を提供するようにスズを加える段階；
    合金の重量の約１％を提供するようにアンチモンを加える段階；
    合金の重量の約１％を提供するように銅を加える段階；
    合金の重量の約５％〜約６％を提供するように銀を加える段階；
    合金の重量の約１％〜約３％を提供するようにニッケルを加える段階；
    合金の重量の約１％を提供するように亜鉛を加える段階；および
    合金の重量の約７５％を提供するようにインジウムを加える段階；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金の形成方法。
18. 得られる合金が、約１４重量％のスズ、５重量％の銀、および約３重量％のニッケルを含有する、請求項１７に記載の方法。
19. 得られる合金が、約１５重量％のスズ、６重量％の銀、および約１重量％のニッケルを含有する、請求項１７に記載の方法。
20. 約７５重量％のスズ；
    約５重量％の銀；および
    約２０重量％のインジウム；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金。
21. 合金が約１７７℃の固相線温度を有し、約１８８℃の液相線温度を有する、請求項２０に記載の合金。
22. ガラス部材（１０）；
    ガラス部材（１０）上の銀を含有する電気接点表面（１６）；ならびに
    ガラス部材（１０）上の電気接点表面（１６）に、約７５重量％のスズ、約５重量％の銀、および約２０重量％のインジウムを含む元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層（２０）で、はんだ付けされている電気コネクター（１８、３０）；
    を含む、ガラス部材上の電気接続部。
23. 合金の重量の約７５％を提供するようにスズを加える段階；
    合金の重量の約５％を提供するように銀を加える段階；および
    合金の重量の約２０％を提供するようにインジウムを加える段階；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金の形成方法。
24. 約７重量％のスズ；
    約３重量％の銀；および
    約９０重量％のインジウム；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金。
25. 合金が約１３５℃の固相線温度および約１４０℃の液相線温度を有する、請求項２４に記載の合金。
26. ガラス部材（１０）；
    ガラス部材（１０）上の銀を含有する電気接点表面（１６）；ならびに
    ガラス部材（１０）上の電気接点表面（１６）に、約７重量％のスズ、約３重量％の銀、および約９０重量％のインジウムを含む元素混合物を有し、はんだとしての使用に適した合金の層（２０）で、はんだ付けされている電気コネクター（１８、３０）；
    を含む、ガラス部材上の電気接続部。
27. 合金の重量の約７％を提供するようにスズを加える段階；
    合金の重量の約３％を提供するように銀を加える段階；および
    合金の重量の約９０％を提供するようにインジウムを加える段階；
    を含む、はんだとしての使用に適した合金の形成方法。

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