JP6087404B2 - 多層はんだ層を有する電気装置 - Google Patents
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
本出願は、２００５年８月１２日付の米国特許出願第11/202,640号のいずれも一部継続出願である２００６年２月２２日付の米国特許出願第11/359,876号および２００６年２月２２日付の米国特許出願第11/359,864号の一部継続出願である。上記出願の教示の全体が、参照により本明細書に取り入れられたものとする。
電気コネクタが、自動車のガラスに組み込みまたは埋め込みされたアンテナおよびデフロスタなどといった装置へと電気的接続を行うために、典型的に使用されている。電気コネクタは、一般的には、鉛を含むはんだにてガラスへとはんだ付けされる。
環境に関する懸念から、大部分の業界が、種々のはんだ付け用途のために低鉛または無鉛のはんだを現在使用しており、あるいは使用を計画している。いくつかの業界において使用されている一般的な無鉛のはんだは、すず（Ｓｎ）の含有量が多く、例えば９５％のすずを含んでいる。しかしながら、自動車のガラスへと装置をはんだ付けする場合には、他の分野には存在しない困難に直面することになる。自動車のガラスは脆くなりやすい傾向にあり、他の用途での使用に適している一般的な高すず無鉛はんだは、典型的に、自動車のガラスに割れを生じさせる可能性がある。セラミックおよびシリコンなどといった材料は、いくつかの点で自動車のガラスに類似しているように見受けられるが、セラミックまたはシリコンのデバイスへのはんだ付けに適しているいくつかのはんだは、自動車のガラスへのはんだ付けには適していない。
本発明は、自動車のガラスへのはんだ付けに適することができ、無鉛であることができるはんだ製品を提供する。
はんだ製品は、導電性材料への接合のための第１の無鉛はんだの層を含んでいる多層はんだ製品であってよい。第２の無鉛はんだの層を、第１のはんだの層上に位置させることができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有することができる。第２のはんだの溶融温度は、３１０°Ｆよりも低くてよい。
特定の実施形態においては、第２のはんだが、自動車用ガラスへのはんだ付けに適することができ、第１のはんだよりも柔らかい材料であってよい。第１のはんだが、約４６５°Ｆの溶融温度を有することができ、第２のはんだが、約２５０°Ｆの溶融温度を有することができる。第１のはんだが、約７０％以上のすずを有するすずおよび銀の組成物であってよく、第２のはんだが、少なくとも約４０％のインジウムおよび約５５％未満のすずからなるインジウム、すず、銀、および銅の組成を有することができる。いくつかの実施形態においては、第２のはんだが、約５０％以上のインジウム、最大で約３０％のすず、約３％〜５％の銀、および約０．２５％〜０．７５％の銅からなる組成を有することができる。一実施形態においては、第１のはんだが、約９５％のすずおよび約５％の銀であってよく、第２のはんだが、約６５％のインジウム、約３０％のすず、約４．５％の銀、および約０．５％の銅であってよい。第１および第２のはんだの層は、約０．００７〜０．０４０インチの間の範囲の総厚さを有することができ、いくつかの実施形態においては、総厚さは、約０．０１３〜０．０１５インチであってよい。第１のはんだの層は、約０．
００５〜０．０１０インチの厚さの範囲にあってよい。第２のはんだの層は、約０．００１〜０．００８インチの厚さの範囲にあってよく、いくつかの実施形態においては、約０．００５〜０．００８インチの間の厚さの範囲にあってよい。第１および第２のはんだの層を、導電性材料で形成されたベース基材へと接合できる。ベース基材は、銅の帯などの金属薄板で製作できる。多層はんだ製品は、電気コネクタなどの電気装置であってよい。
００５〜０．０１０インチの厚さの範囲にあってよい。第２のはんだの層は、約０．００１〜０．００８インチの厚さの範囲にあってよく、いくつかの実施形態においては、約０．００５〜０．００８インチの間の厚さの範囲にあってよい。第１および第２のはんだの層を、導電性材料で形成されたベース基材へと接合できる。ベース基材は、銅の帯などの金属薄板で製作できる。多層はんだ製品は、電気コネクタなどの電気装置であってよい。
本発明における電気装置は、導電性材料で形成されたベースまたはベース基材を含むことができる。第１の無鉛はんだの層を、ベース上に位置させることができる。第２の無鉛はんだの層を、第１のはんだの層上に位置させることができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有することができる。第２のはんだの溶融温度は、約３１０°Ｆ未満であってよい。
さらに本発明は、第１の無鉛はんだの層を設けることを含んでいる多層はんだ製品の製作方法を提供する。第２の無鉛はんだの層を、第１および第２のはんだの層を一対のローラの間で一緒に冷間圧延することによって、第１のはんだの層へと接合することができる。第２のはんだの層は、第１のはんだの層よりも低い溶融温度を有することができる。第２のはんだの層の溶融温度は、約３１０°Ｆ未満であってよい。
特定の実施形態においては、第１のはんだの層を、導電性材料の薄板から形成されたベース基材の表面に形成できる。第１のはんだのシートを、ベース基材の表面に付け、熱源によってベース基材上で溶融させることができる。第１のはんだは、ベース基材の帯へと付けられた帯であってよい。フラックスを、第１のはんだとベース基材との間に塗布することができる。第１のはんだを、ベース基材上で所望の寸法へと整形することができる。第２のはんだの帯を、第１のはんだへと冷間圧延することができる。第２のはんだの第１のはんだに対する冷間圧延は、第１および第２のはんだの相対する表面の前処理を必要とせずに、実行することが可能である。第１および第２のはんだの層を組み合わせた総厚さを、冷間圧延において約３０％〜５０％だけ縮小させることができる。冷間圧延の後に、第１および第２のはんだの層を熱源で加熱することができる。冷間圧延の前に、第１および第２のはんだを、固定されていてよい定置式のガイドにおいて互いに対して位置合わせすることができる。
第２のはんだを、第１のはんだよりも柔らかいように選択することができる。第１のはんだは、約４６５°Ｆの溶融温度を有することができ、第２のはんだは、約２５０°Ｆの溶融温度を有することができる。第１のはんだは、約７０％以上のすずを有するすずおよび銀の組成を有することができ、第２のはんだは、少なくとも約４０％のインジウムおよび約５５％未満のすずからなるインジウム、すず、銀、および銅の組成を有することができる。いくつかの実施形態においては、第２のはんだは、約５０％以上のインジウム、最大で約３０％のすず、約３％〜５％の銀、および約０．２５％〜０．７５％の銅からなる組成を有することができる。一実施形態においては、第１のはんだは、約９５％のすずおよび約５％の銀であってよく、第２のはんだは、約６５％のインジウム、約３０％のすず、約４．５％の銀、および約０．５％の銅であってよい。
ベース基材を、銅の帯などの金属薄板から形成することができる。多層はんだ製品を、電気コネクタなどの電気装置へとさらに形成することができる。第１および第２のはんだの層は、約０．００７〜０．０４０インチの間の範囲の総厚さを有することができ、いくつかの実施形態においては、総厚さは約０．０１３〜０．０１５インチであってよい。第１のはんだの層は、約０．００５〜０．０１０インチの厚さの範囲にあってよい。第２のはんだの層は、約０．００１〜０．００８インチの厚さの範囲にあってよく、いくつかの実施形態においては、約０．００５〜０．００８インチの間の厚さの範囲にあってよい。
さらに本発明は、電気装置を自動車用ガラスへとはんだ付けする方法であって、第１の無鉛はんだの層を電気装置上に設けることを含んでいる方法を提供する。第２の無鉛はんだの層が、第１のはんだの層上に設けられる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有することができる。第２のはんだの溶融温度は、約３１０°Ｆ未満であってよい。第２のはんだの層がガラスに当接して位置するように、電気装置を自動車用ガラスに対して配置することができる。第１のはんだの層を実質的に溶かすことなく、第２のはんだの層を溶融させるように、あらかじめ選択された量の熱を第２のはんだへと加えて、電気装置を自動車用ガラスへとはんだ付けすることができる。
第１のはんだの層は、銅で形成することができる電気装置の金属ベース上に設けることができる。第１および第２のはんだは、上述した構成、寸法、組成、および特性と同様の構成、寸法、組成、および特性を有することができる。
また、本発明は、導電性材料で形成されたベースと、ベース上の第１の無鉛はんだの層とを含んでいる電気装置を提供する。第２の無鉛はんだの層が、第１のはんだの層上に位置する。第２のはんだは、すず、インジウム、銀、および銅を含む組成を有することができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有することができる。
特定の実施形態においては、第２のはんだが、約３６０°Ｆ未満の溶融温度を有することができる。いくつかの実施形態においては、第２のはんだが、約３１５°Ｆ未満の溶融温度を有することができ、他の実施形態においては、第２のはんだが、約３１０°Ｆ未満の溶融温度を有することができる。第２のはんだは、少なくとも約５０％のすず、少なくとも約１０％のインジウム、約１％〜１０％の銀、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含む組成を有することができる。一実施形態においては、第２のはんだが、約６０％のすず、約３５％のインジウム、約４．５％の銀、および約０．５％の銅を含むことができる。第２のはんだは、約３００°Ｆの溶融温度を有することができる。第１のはんだは、すずおよび銀を、約７０％以上のすずにて含むことができる。第１のはんだは、約９５％のすずおよび約５％の銀を含むことができる。第１のはんだは、約４６５°Ｆの溶融温度を有することができる。ベースを、銅などの金属薄板で製作することができる。この電気装置は、電気コネクタであってよい。
さらに本発明は、導電性材料への接合のための第１の無鉛はんだの層と、第１のはんだの層上に位置する第２の無鉛はんだの層と含んでいる多層はんだ製品を提供する。第２のはんだは、すず、インジウム、銀、および銅を含む組成を有することができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有することができ、自動車用ガラスへのはんだ付けに適することができる。
特定の実施形態において、第１および第２のはんだは、本明細書に記載のとおりであってよい。さらに、製品は、導電性材料で形成されたベース基材をさらに含むことができ、第１および第２のはんだの層がベース基材へと接合される。ベース基材は、銅の帯などといった金属薄板で製作できる。
また、本発明は、多層はんだ製品の製作方法であって、第１の無鉛はんだの層を用意すること、および第２の無鉛はんだの層を、第１および第２のはんだの層を一対のローラの間で一緒に冷間圧延することによって、第１のはんだの層へと接合すること、を含んでいる方法を提供できる。第２のはんだは、すず、インジウム、銀、および銅を含む組成を有することができる。第２のはんだの層は、第１のはんだの層よりも低い溶融温度を有している。
さらに本発明は、電気装置を自動車用ガラスへとはんだ付けする方法であって、第１の
無鉛はんだの層を電気装置上に設けることを含んでいる方法を提供する。第２の無鉛はんだの層が、第１のはんだの層上に設けられる。第２のはんだは、すず、インジウム、銀、および銅を含む組成を有することができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有している。第２のはんだの層がガラスに当接して位置するように、電気装置を自動車用ガラスに対して配置することができる。第１のはんだの層を実質的に溶かすことなく、第２のはんだの層を溶融させるように、あらかじめ選択された量の熱を第２のはんだへと加えて、電気装置を自動車用ガラスへとはんだ付けすることができる。
無鉛はんだの層を電気装置上に設けることを含んでいる方法を提供する。第２の無鉛はんだの層が、第１のはんだの層上に設けられる。第２のはんだは、すず、インジウム、銀、および銅を含む組成を有することができる。第２のはんだは、第１のはんだよりも低い溶融温度を有している。第２のはんだの層がガラスに当接して位置するように、電気装置を自動車用ガラスに対して配置することができる。第１のはんだの層を実質的に溶かすことなく、第２のはんだの層を溶融させるように、あらかじめ選択された量の熱を第２のはんだへと加えて、電気装置を自動車用ガラスへとはんだ付けすることができる。
特定の実施形態において、第１および第２のはんだは、本明細書に記載のとおりであってよい。
また、本発明は、すず、インジウム、銀、およびビスマスを含む元素の混合物を有するはんだ組成物を提供することができ、約３０％〜８５％のすずおよび約１５％〜６５％のインジウムを含むことができる。
特定の実施形態においては、このはんだ組成物が、さらに銅を含むことができる。この組成物は、約１％〜１０％の銀、約０．２５％〜６％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。いくつかの実施形態においては、この組成物が、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。この組成物は、約５０％〜８３％のすず、および約１５％〜４５％のインジウムを含むことができる。この組成物は、約３１５°Ｆ未満の固相線温度を有することができる。
さらに本発明は、すず、インジウム、銀、およびビスマスを含む元素の混合物を有するはんだ組成物を提供でき、約３０％〜８５％のすず、約１３％〜６５％のインジウム、および約０．２５％〜４％のビスマスを含むことができる。
特定の実施形態においては、この組成物が銅を含むことができる。この組成物は、約１％〜１０％の銀および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。いくつかの実施形態においては、この組成物が、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。この組成物は、約５０％〜８３％のすず、および約１３％〜４５％のインジウムを含むことができる。いくつかの実施形態において、この組成物は、約１５％〜４５％のインジウムを含むことができる。この組成物は、約３１５°Ｆ未満の固相線温度を有することができる。
また、本発明は、すず、インジウム、銀、ビスマス、および銅を含む元素の混合物を有するはんだ組成物を提供でき、約３０％〜８５％のすずおよび約１３％〜６５％のインジウムを含むことができる。
特定の実施形態において、この組成物は、約１％〜１０％の銀、約０．２５％〜６％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。いくつかの実施形態においては、この組成物が、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。この組成物は、約５０％〜８３％のすず、および約１３％〜４５％のインジウムを含むことができる。いくつかの実施形態においては、この組成物が、約１５％〜４５％のインジウムを含むことができる。他の実施形態においては、この組成物が、約６６％〜８５％のすずおよび約１３％〜２６％のインジウムを含むことができる。この組成物は、約３１５°Ｆ未満の固相線温度を有することができる。さらなる実施形態においては、この組成物が、約７０％〜８０％のすずおよび約１５％〜２６％のインジウムを含むことができる。一実施形態においては、この組成物が、約７０％〜７４％のすず、約１８％〜２６％のインジウム、約１％〜６％の銀、約
０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。他の実施形態においては、この組成物が、約７３％〜７８％のすず、約１７％〜２２％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。さらに他の実施形態においては、この組成物が、約７８％〜８５％のすず、約１３％〜１６％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。
０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。他の実施形態においては、この組成物が、約７３％〜７８％のすず、約１７％〜２２％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。さらに他の実施形態においては、この組成物が、約７８％〜８５％のすず、約１３％〜１６％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。
また、本発明は、すず、インジウム、および銀を含んでおり、約６０％を超えるすずおよび約３３０°Ｆ未満の固相線温度を有しているはんだ組成物を提供できる。
特定の実施形態においては、固相線温度が約３１５°Ｆ未満であってよい。この組成物は、さらにビスマスを含むことができ、いくつかの実施形態は、さらに銅を含むことができる。
さらに本発明は、すず、インジウム、銀、およびビスマスを、約３０％〜８５％のすずおよび約１５％〜６５％のインジウムを含めて一緒に混ぜ合わせることを含んでいるはんだ組成物の形成方法を提供することができる。
また、本発明は、すず、インジウム、銀、およびビスマスを、約３０％〜８５％のすず、約１３％〜６５％のインジウム、および約０．２５％〜４％のビスマスを含めて一緒に混ぜ合わせることを含んでいる組成物の形成方法を提供することができる。
さらに本発明は、すず、インジウム、銀、ビスマス、および銅を、約３０％〜８５％のすずおよび約１３％〜６５％のインジウムを含んだ状態で、一緒に混ぜ合わせることを含んでいるはんだ組成物の形成方法を提供することができる。
また、本発明は、すず、インジウム、および銀を、約６０％を超えるすずを含めて一緒に混ぜ合わせること、組成物に約３３０°Ｆ未満の固相線温度をもたらすことを含んでいる方法を提供することができる。
さらに本発明は、すず、インジウム、銀、およびビスマスを含む元素の混合物を有し、約３０％〜８５％のすずおよび約１５％〜６５％のインジウムを含むはんだ組成物を用意することを含んでいるはんだ付け方法を提供することができる。次いで、このはんだ組成物が、はんだ付け装置で溶かされる。
本発明の以上の目的、特徴、および利点、ならびに他の目的、特徴、および利点が、添付の図面に示されるとおりの本発明の特定の実施形態についての以下のさらに詳しい説明から、明らかになるであろう。添付の図面においては、種々の図の全てを通して、同じ部分は同様の参照符号によって指し示されている。図面は必ずしも比例尺ではなく、本発明の原理を説明することに強調が置かれている。
多層はんだ製品を形成するための装置の一実施形態の概略図である。
図１に示した圧延装置または圧延ミルの実施形態の概略正面図である。
素材を圧延ミルへと案内するためのガイドの一実施形態の正面図である。
ベース基材を第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだの層で被覆してなるクラッド帯の断面図である。
図４のクラッド帯を形成するためのプロセスおよび装置の一実施形態の概略図である。
多層はんだを有するベース基材を含んでいる多層はんだ製品の実施形態の断面図であり、多層はんだが、第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだの層、および第１のはんだを覆う第２のはんだすなわちより低い溶融温度のはんだの層を備えている。
自動車用ガラスへとはんだ付けされる前の、多層はんだを有する電気コネクタの概略図である。
自動車用ガラスへのはんだ付け後の、図７の装置の概略図である。
電気で作動するデフロスタを備えている自動車の後部窓の内側図である。
図９の後部窓の電気コンタクトへとはんだ付けされた電気コネクタの側面図であり、後部窓、電気コンタクト、およびはんだの断面が示されている。
図１は、多層はんだ製品２４（図６）を形成するための装置１０の実施形態を示している。多層はんだ製品２４は、第１のはんだ１３と第２のはんだ１６とを含むことができる多層はんだ１５を有することができる。多層はんだ製品２４は、以下のようにして形成する。まず、導電ベース基材１１と、その一方の面に位置する第１のはんだ１３の層とを有しているクラッド・リボン、クラッド・ストリップ、クラッド・ベルト、またはクラッド帯１２（図４）を、巻き出しステーションにおいてロール１２ａから引き出すことができる。第１のはんだ１３は、より高い融点または溶融温度のはんだであってよい。ベース基材１１は、電気コネクタなどの電気装置を型押しによって形成するのに適した金属薄板のリボン、ストリップ、ベルト、または帯であってよい。
クラッド帯１２を、ガイド２０を通って移動させて、圧延装置または圧延ミル１４に位置合わせすることができる（図２）。第２のはんだ、すなわちより低い融点または溶融温度のはんだ１６のリボン、ストリップ、ベルト、または帯１６ｂを、巻き出しステーションにおいてロール１６ａから引き出し、より高い溶融温度のはんだ１３の上または上方に配置することができる。第２のはんだ１６は、第１のはんだ１３よりも柔らかく、またはより延性であってもよい。第２のはんだ１６の帯１６ｂを、ガイド２０（図３）を通って移動させ、クラッド帯１２および圧延ミル１４の両者に対して位置合わせすることができる。ガイド２０は、第２のはんだ１６の帯１６ｂを、第１のはんだ１３およびベース基材１１に対して位置合わせすることができる。
第２のはんだ１６の帯１６ｂおよびクラッド帯１２を、圧延ミル１４によって、ローラ・システム１８の第１のローラまたは上側ローラ１８ａと第２のローラまたは下側ローラ１８ｂとの間で、一体に冷間圧延することができる。冷間圧延によって、第２のはんだ１６を第１のはんだ１３に結合または付着させて、多層はんだ製品２４を形成することができる。加熱ステーション２６を圧延ミル１４の後方に配置して、はんだ１３または１６を溶かすことなく、第１のはんだ１３と第２のはんだ１６との間の充分な付着を保証するために、多層はんだ製品２４を加熱することができる。加熱ステーション２６は、図示のようにベース基材１１の下方に配置される火炎ヒータであってよく、あるいは他の実施形態においては、オーブン、高温空気銃、などであってよい。次いで、多層はんだ製品２４（図６）を、巻き取りステーションにおいてロール２４ａに巻き上げることができる。
特定の実施形態においては、ガイド２０をローラ１８ａ／１８ｂに近接して圧延ミル１４へと固定することができる。ガイド２０の位置を、調節装置２２（図１）によって調節することができる。ガイド２０は、第１の部位すなわち上部３２および第２の部位すなわち下部３４を含むことができ、これらは、ガイド２０を貫く長手方向の通路３６を形成するように形作られて一体に固定される（図３）。下部３４は、溝３４ａを有することができ、溝３４ａは、ガイド２０を通ってベース基材１１を案内するような寸法を有する。上部３２は、溝３２ａを有することができ、この溝３２ａは、第２のはんだ１６の帯１６ｂをベース基材１１上の第１のはんだ１３に位置合わせして案内するような寸法および配置を有する。ガイド２０は、第２のはんだ１６と、第１のはんだ１３およびベース基材１１
との結合を開始させることができる。ガイド２０をロール１８ａおよび１８ｂの間でロール１８ａおよび１８ｂに密に隣接させて配置するために、ガイド２０の下流端を先細りまたは湾曲などの様相に輪郭付けることができる。
との結合を開始させることができる。ガイド２０をロール１８ａおよび１８ｂの間でロール１８ａおよび１８ｂに密に隣接させて配置するために、ガイド２０の下流端を先細りまたは湾曲などの様相に輪郭付けることができる。
一実施形態においては、溝３４ａが、ベース基材１１の幅および厚さと比べて、約０．０１インチ幅広く、かつ約０．００４インチ高くてよい。さらに、溝３２ａは、ベース基材１１上のはんだ１３の幅よりも約０．０２５インチ幅広くてよく、第１のはんだ１３および第２のはんだ１６の帯１６ｂを組み合わせた総高さまたは総厚さより、約０．０１０インチ高くてよい。
図１および２を参照すると、圧延ミル１４はフレーム３０を含むことができ、このフレーム３０に対して、ロール１８ａおよび１８ｂがそれぞれ第１の軸すなわち上側の軸１７ａおよび第２の軸すなわち下側の軸１７ｂを中心として回転可能に取り付けられる。歯車システム２８を、ロール１８ａおよび１８ｂを調和して回転させるために、ローラ／システム１８へと接続することができる。歯車システム２８は、軸１７ａに沿ってロール１８ａへと固定される第１の歯車すなわち上側歯車２８ａと、軸１７ｂに沿ってロール１８ｂへと固定される第２の歯車すなわち下側歯車２８ｂとを含むことができる。歯車２８ａおよび２８ｂを、互いに係合または噛合させることができる。圧延ミル１４を、モータ駆動部２９によって駆動することができ、あるいはロール１８ａおよび１８ｂの間を通過するクラッド帯１２および第２のはんだ１６の動きによって、回転させることができる。ロール１８ａおよび１８ｂの間の空間３５を調節固定具３３によって調節してもよい。それにより、冷間圧延によって第２のはんだ１６を第１のはんだ１３へと付着させるべく、圧延プロセスの際にクラッド帯１２および第２のはんだ１６に対して所望の大きさの圧力をもたらすことができる。いくつかの実施形態においては、ロール１８ａおよび１８ｂの間の空間３５を、第１のはんだ１３と第２のはんだ１６との初期の総高さまたは総厚さを、約３０％〜５０％だけ縮小させるように設定することができる。調節固定具３３は、例えば油圧または空気圧のシリンダなど、一対のシリンダ３１を含むことができ、シリンダ３１により、ロール１８ａおよび軸１７ａをロール１８ｂおよび軸１７ｂに対して位置決めして、圧延の圧力をもたらすことができる。シリンダ３１は、調節可能なプレート３７へと固定することができ、このプレートは、シリンダ３１の位置を変更すべく例えば調節ねじ（図示されていない）によって調節できる。
圧延ミル１４による冷間圧延は、第１のはんだ１３および第２のはんだ１６の相対する表面の前処理（例えば、化学、エネルギー、または機械の手段による酸化物などの汚染物質の除去）を必要とすることなく、実行可能である。冷間圧延プロセスの際の第１のはんだ１３および第２のはんだ１６の厚さの縮小および材料の変形により、第１のはんだ１３の層と第２のはんだ１６の層との間に結合を生じさせるための充分な圧力、熱、および材料の変化をもたらすことができる。いくつかの実施形態においては、加熱ステーション２６を省略することが可能である。他の実施形態においては、ベース基材１１を用いることなく、第１のはんだ１３および第２のはんだ１６が単独で圧延ミル１４によって組み合わせられ、多層はんだ製品が形成される。ガイド２０を、ベース基材１１の省略に対応するように変更することができる。
第１のはんだ１３の帯９は、最初は約０．０１６インチの厚さであってよく、第１のはんだ１３の厚さを、トリミング、機械加工、または削りによって約０．００５〜０．０１０インチの厚さへと薄くすることができる。厚さを低減させる手段としては、さらに冷間圧延を含むことができる。第２のはんだ１６の帯１６ｂは、最初は約０．０１０インチの厚さであってよく、第２のはんだ１６の厚さを、トリミングおよび／または冷間圧延によって約０．００５〜０．００８インチの厚さへと薄くすることができる。多層はんだ１５の合計の厚さは、約０．０１３〜０．０１５インチの厚さであってよい。いくつかの実施
形態においては、多層はんだ１５が、約０．００７〜０．０４０インチの厚さであってよい。他の実施形態においては、はんだ１３がさらに薄くても、あるいは用いなくてもよく、第２のはんだ１６の層が、約０．００１〜０．００８インチの厚さの範囲であってよい。用途に応じて、厚さが上述の厚さよりもさらに厚くても、あるいはさらに薄くてもよい。第２のはんだ１６は、第１のはんだ１３よりも柔らかく、より延性に富んでよい。特定の実施形態においては、多層はんだ１５を、装置１０の圧延ミル１４による冷間圧延に適したおおむね無鉛の組成物で形成することができる。
形態においては、多層はんだ１５が、約０．００７〜０．０４０インチの厚さであってよい。他の実施形態においては、はんだ１３がさらに薄くても、あるいは用いなくてもよく、第２のはんだ１６の層が、約０．００１〜０．００８インチの厚さの範囲であってよい。用途に応じて、厚さが上述の厚さよりもさらに厚くても、あるいはさらに薄くてもよい。第２のはんだ１６は、第１のはんだ１３よりも柔らかく、より延性に富んでよい。特定の実施形態においては、多層はんだ１５を、装置１０の圧延ミル１４による冷間圧延に適したおおむね無鉛の組成物で形成することができる。
図４を参照すると、クラッド帯１２を、装置１０によって処理される前に、あらかじめ形成することができる。これは図５に示した装置８の実施形態によって達成でき、装置８では、フラックス・ステーション４６において、ブラシ、ローラ・ディスペンサー、などによって、フラックス４６ａを移動しているベース基材１１の帯の表面へ塗布する。第１のはんだ、すなわちより高い溶融温度のはんだ１３のリボン、ストリップ、ベルト、または帯９を、ローラ４８によってフラックス４６ａへとベース基材１１の反対側の面に対して付けることができる。次いで、第１のはんだ１３の帯９を、加熱ステーション５０において火炎、オーブン、高温空気銃、などによって溶融またはリフローさせることができ、帯９を溶融またはリフローされたはんだ９ａとしてベース基材１１へと付着させることができる。必要に応じて、削り（skiving）またはトリミングのステーション５２を備える
ことが可能であり、ここでは、リフロー後のはんだ９ａおよび／またはベース基材１１を整えて、所望の寸法に整えられた第１のはんだまたはより高い溶融温度のはんだ１３の層９ｂを備えるクラッド帯１２をもたらしてもよい。この所望の寸法とは、厚さおよび／または幅であってよい。トリミングを、別個の加工機において実行することも可能である。クラッド帯１２を、装置１０での処理のために、ロール１２ａに巻き上げることができる。いくつかの実施形態においては、クラッド帯１２を、第２のはんだ１６の帯１６ｂとの結合のために、直接的に圧延ミル１４へと送ることができる。第１のはんだ１３と、ベース基材１１とを付着させるための表面処理として、フラックス４６ａについて言及したが、他の適切な処理も利用可能である。
ことが可能であり、ここでは、リフロー後のはんだ９ａおよび／またはベース基材１１を整えて、所望の寸法に整えられた第１のはんだまたはより高い溶融温度のはんだ１３の層９ｂを備えるクラッド帯１２をもたらしてもよい。この所望の寸法とは、厚さおよび／または幅であってよい。トリミングを、別個の加工機において実行することも可能である。クラッド帯１２を、装置１０での処理のために、ロール１２ａに巻き上げることができる。いくつかの実施形態においては、クラッド帯１２を、第２のはんだ１６の帯１６ｂとの結合のために、直接的に圧延ミル１４へと送ることができる。第１のはんだ１３と、ベース基材１１とを付着させるための表面処理として、フラックス４６ａについて言及したが、他の適切な処理も利用可能である。
図６を参照すると、装置１０（図１）によって製造された多層はんだ製品２４は、多層はんだ１５を有することができ、多層はんだ１５では、第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだ１３をベース基材１１に対して配置または接合でき、且つ第２のはんだすなわちより低い溶融温度のはんだ１６を第１のはんだ１３の上へと接合できる。多層はんだ１５は、ベース基材１１よりも狭いストリップであってよく、ベース基材１１の長手軸（例えば、中央長手軸）に沿って位置することができる。結果として、ベース基材１１の一部分のみを多層はんだ１５によって覆い、ベース基材１１の両側の余白部を露出させることができる。ベース基材１１は、電気装置を形成するのに適した金属薄板などの材料から製作することができる。一実施形態においては、ベース基材１１を銅で製作することができ、例えば約０．０３１インチの厚さおよび約１．８１２インチの幅のＣ１１０などであってもよい。ベース基材１１を、約１．５６インチの幅へと整形することができる。多層はんだ１５は、約０．６２０インチの幅であってよく、各側に約０．４４８インチの余白を残しつつベース基材１１の中央に位置させることができる。目的に応じて、鋼などといった他の材料も使用可能であり、ベース基材１１および／または多層はんだ１５が、他の適切な寸法を有することが可能である。
いくつかの実施形態においては、ベース基材１１の幅を、型押しの開始に先立って整形することができる。ベース基材１１を、装置８、装置１０、または別の処理装置のトリミング・ステーション５２によって整形することができる。また、多層はんだ１５を、装置１０または別個の処理装置のトリミング・ステーション５２によって所望の構成および寸法へと整形することができる。例えば、多層はんだ１５の幅および／または厚さを整形することが可能である。さらに、第１のはんだ１３がはんだ付けの表面に接触する可能性を
少なくするために、第１のはんだ１３の層を、第２のはんだ１６の層よりも狭くすることが可能である。あるいは、第１のはんだ１３よりも幅広い第２のはんだ１６を、第１のはんだ１３へと冷間圧延することも可能である。
少なくするために、第１のはんだ１３の層を、第２のはんだ１６の層よりも狭くすることが可能である。あるいは、第１のはんだ１３よりも幅広い第２のはんだ１６を、第１のはんだ１３へと冷間圧延することも可能である。
図７を参照すると、多層はんだ製品２４は、ロール２４ａを適切な処理装置へと供給することにより、型押しプロセスなどによって、電気コネクタ４０などといったさまざまな構成のはんだクラッド電気装置へと形成することが可能である。電気コネクタ４０はコネクタ部３８を含むことができ、コネクタ部３８は、ベース基材１１から、所望の構成、例えば相対するコネクタに係合するような構成へと形成される。電気コネクタ４０上の多層はんだ１５は、電気コネクタ４０をベース３９上などの表面へとはんだ付けするのに適した位置に位置付けることができる。第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだ１３の層を、コネクタ部３８のベース３９と第２のはんだすなわちより低い溶融温度のはんだ１６の層との間に介装することができる。
自動車用ガラス４２へのはんだ付けに適した電気コネクタ４０の実施形態において、第１のはんだ１３は、コネクタ部３８の材料（例えば銅）への結合に適した組成を有することができ、第２のはんだ１６は、自動車用ガラス４２の表面の端子パッド４４への結合に適した組成を有することができる。第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだ１３は、例えばおおよそ７０重量％以上のすず（Ｓｎ）を有しているすず（Ｓｎ）および銀（Ａｇ）のはんだであってよい。例えば、一実施形態においては、はんだ１３は、約９５重量％のすずおよび約５重量％の銀からなる組成を有するすずおよび銀のはんだ（９５Ｓｎ５Ａｇ）であってよい。他の実施形態においては、はんだ１３が、おおよそ９７Ｓｎ３Ａｇ、９０Ｓｎ１０Ａｇ、８０Ｓｎ２０Ａｇなど、さまざまに異なる量のすずを有することができる。さらに、銀の一部を、他の元素で置き換えることが可能である。第１のはんだ１３は、コネクタ部３８への接合に適しているが、第１のはんだ１３は、自動車用ガラス４２へのはんだ付けに適している必要はなく、ガラス４２に割れを引き起こすようなものであってもよい。高すずのはんだが、典型的に自動車用ガラスに割れを生じさせることが、本出願の出願人によって確認されている。
他方で、第２のはんだすなわちより低い溶融温度のはんだ１６は、自動車用ガラス４２へとガラス４２に割れを生じることなくはんだ付けできるよう、すず（Ｓｎ）の含有量がより少なく、インジウム（Ｉｎ）の含有量がより多くてよい。第２のはんだ１６は、自動車用ガラス４２に接触するとともに、第１のはんだ１３のガラス４２への接触を防止するよう、コネクタ部３８のベース３９に位置することができる。第２のはんだ１６は、インジウム（Ｉｎ）、すず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、および銅（Ｃｕ）の組成を、少なくとも約４０重量％のインジウム、約５５重量％未満のすずで、残りの部分を約３重量％〜５重量％の銀および０．２５重量％〜０．７５重量％の銅として有することができる。はんだ１６のいくつかの実施形態は、少なくとも約５０％のインジウムおよび約４５％以下のすずを有することができる。例えば、はんだ１６は、５０％を超えるインジウム、最大で約３０％のすず、約３％〜５％の銀、および約０．２５％〜０．７５％の銅からなる組成を有することができる。一実施形態においては、はんだ１６は、約６５重量％のインジウム、約３０重量％のすず、約４．５重量％の銀、および約０．５重量％の銅であってよい。インジウムの含有量がさらに６５％よりも高く、したがってすずの割合がさらに少なくてもよい。はんだ１６に適したはんだ組成物の例が、２００１年７月３日発行の米国特許第6,253,988号に開示されており、この特許の教示の全体が、参照により本明細書に取り入れ
られたものとする。多層はんだ製品を、所望のはんだ組成にて形成することができ、その後に必要に応じて、電気装置または電気コネクタ４０へと成形することができる。はんだ１３およびはんだ１６はどちらも、自動車用ガラス４２からの銀の捕集を防止または軽減するために、銀を含むことができる。
られたものとする。多層はんだ製品を、所望のはんだ組成にて形成することができ、その後に必要に応じて、電気装置または電気コネクタ４０へと成形することができる。はんだ１３およびはんだ１６はどちらも、自動車用ガラス４２からの銀の捕集を防止または軽減するために、銀を含むことができる。
図７および８に示すように、電気装置４０を自動車用ガラス４２へとはんだ付けするとき、はんだ付け装置５４は、電気装置４０を自動車用ガラス４２の端子パッド４４へとはんだ付けするために、選択された量またはプログラムされた量の熱５６を加えることができる。はんだ付け装置５４は、マイクロプロセッサによって制御されることができ、必要とされる熱を、例えばワット／秒にてあらかじめ選択またはプログラムすることができる。そのようなはんだ付け装置は、Rhode Island州CranstonのAntayaTechnologies Corporationから市販されている。プログラムされた量の熱５６によって、第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだ１３を実質的に溶かすことなく、第２のはんだすなわちより低い溶融温度のはんだ１６を溶かし、電気装置４０をガラス４２へとはんだ付けすることができる。第１のはんだすなわちより高い溶融温度のはんだ１３は、まったく溶けないのが好ましいが、２つのはんだ１３および１６の層の過剰な混合が存在しないならば、わずかな溶融は許容される。第１のはんだ１３の層から第２のはんだ１６の層へとすずが移動することによって、ガラス４２に隣接するすずの含有量が過剰に高くなる場合、ガラス４２に割れが生じる可能性がある。
一実施形態においては、多層はんだ製品２４および得られる電気装置または電気コネクタ４０が、９５Ｓｎ５Ａｇの組成を有する第１のはんだ１３および６５Ｉｎ３０Ｓｎ４．５Ａｇ０．５Ｃｕの組成を有する第２のはんだ１６を有することができる。９５Ｓｎ５Ａｇの第１のはんだ１３の融点または溶融温度（液相線温度）は、約４６５°Ｆ（２４１°Ｃ）であり、固相線温度は約４３０°Ｆ（２２１°Ｃ）である。６５Ｉｎ３０Ｓｎ４．５Ａｇ０．５Ｃｕの第２のはんだ１６の融点または溶融温度（液相線温度）は、約２５０°Ｆ（１２１°Ｃ）であり、固相線温度は約２４５°Ｆ（１１８°Ｃ）である。理解できるとおり、９５Ｓｎ５Ａｇの第１のはんだ１３と６５Ｉｎ３０Ｓｎ４．５Ａｇ０．５Ｃｕの第２のはんだ１６との間の溶融温度の差は、約２１５°Ｆになりうる。このような２つの溶融温度の間の差によって、実質的に第１のはんだ１３を溶かすことなく、第２のはんだ１６を溶融させることができる。はんだ１３が、９５Ｓｎ５Ａｇの組成を有し、はんだ１６が、６５Ｉｎ３０Ｓｎ４．５Ａｇ０．５Ｃｕの組成を有する場合、約５００〜６５０ワット／秒の熱５６が、第２のはんだ１６を溶かし、しかしながら第１のはんだ１３を溶かさないための適切な範囲となりうる。加えられる熱の量は、コネクタ部３８の大きさおよび厚さならびにはんだ１６の体積に応じてさまざまでありうる。他の実施形態においては、約６５０〜７５０ワット／秒が適切でありうる。
約３１０°Ｆ未満の溶融温度（例えば、約２５０°Ｆ）の第２のはんだ１６を有することで、このような低い温度での第２のはんだ１６の自動車用ガラス４２へのはんだ付けは、自動車用ガラス４２へと加わる熱応力を最小限にすることができる。さらに、溶融温度から室温まで（例えば、約７０°Ｆまで）の冷却の際に第２のはんだ１６が直面する冷却の程度を、１８０°Ｆ以内の温度低下にまで小さくすることができる。したがって、温度低下が小さいために、第２のはんだ１６の熱収縮の量を最小限に保つことができ、それにより第２のはんだ１６と自動車用ガラス４２との間の収縮の差を最小限にすることができる。自動車用ガラス４２は、はんだ１６に比べてきわめて小さい熱膨張係数を有しており、冷却の際にはんだ１６ほどには収縮しない。さらに、高いインジウム含有量とすることで、はんだ１６を充分に延性的または柔軟にすることができ、ガラス４２に割れを生じることなく、はんだ１６と自動車用ガラス４２との間の熱膨張の相違を吸収することができる。これらの要因の１つ以上により、第２のはんだ１６を自動車用ガラス４２へと、ガラス４２に割れを生じることなくはんだ付けすることが可能になる。
他の実施形態においては、第１のはんだ１３および第２のはんだ１６の溶融温度は、目前の状況および選択される組成に応じてさまざまであってよい。第１のはんだ１３の溶融温度は、４６５°Ｆよりも低くてよく（例えば、約３５０°Ｆ）、あるいは高くてよい（例えば約５００°Ｆ、さらには約６５０°Ｆ）。第２のはんだの溶融温度は、２５０°Ｆ
よりも低くてよく（例えば、１３５°Ｆ）、あるいは３１０°Ｆよりも高くてよい（例えば、５００°Ｆ〜５５０°Ｆ）。第１のはんだ１３および第２のはんだ１６について選択される組成は、実質的に第１のはんだ１３を溶融させることなく第２のはんだ１６を溶かすことがより容易に可能であるよう、少なくとも約１００°Ｆの溶融温度の差を有するべきである。どの程度正確に熱５６を届けることができるかに応じ、さらには使用される組成に応じて、溶融温度の差をより小さくすることも可能である。
よりも低くてよく（例えば、１３５°Ｆ）、あるいは３１０°Ｆよりも高くてよい（例えば、５００°Ｆ〜５５０°Ｆ）。第１のはんだ１３および第２のはんだ１６について選択される組成は、実質的に第１のはんだ１３を溶融させることなく第２のはんだ１６を溶かすことがより容易に可能であるよう、少なくとも約１００°Ｆの溶融温度の差を有するべきである。どの程度正確に熱５６を届けることができるかに応じ、さらには使用される組成に応じて、溶融温度の差をより小さくすることも可能である。
第２のはんだ１６のさらなる実施形態は、より幅広い範囲のすずおよびインジウムを有することができ、ガラスに割れまたは欠けを生じることなく自動車用ガラスへのはんだ付けに適合でき、あるいは好適であることが、さらなるテストから明らかになっている。第２のはんだ１６のさらなる実施形態は、５５％以上のすず（Ｓｎ）および４０％以下のインジウム（Ｉｎ）の組成を有することができる。第２のはんだ１６の組成は、９０％未満のすず（Ｓｎ）および１０％を超えるインジウム（Ｉｎ）を有することができ、これは、９５Ｓｎ５Ａｇなどの高すずのはんだと比べ、低すずおよび高インジウムである。さらに、約１％〜１０％（多くの場合、約１％〜６％）の銀（Ａｇ）および約０．２５％〜０．７５％の銅（Ｃｕ）を含んでもよい。第２のはんだ１６の実施形態は、約３６０°Ｆ以下、多くの場合には約３２０°Ｆ以下の溶融温度を有することができる。いくつかの実施形態においては、溶融温度が約３１５°Ｆ未満であってよく、他の実施形態においては、約３１０°Ｆ未満であってよい。
一実施形態においては、第２のはんだ１６の組成が、約６０％のすず（Ｓｎ）、約３５％のインジウム（Ｉｎ）、約４．５％の銀（Ａｇ）、および約０．５％の銅（Ｃｕ）であってよい。正確な割合は、例えば約５９％〜６１％のＳｎ、約３４％〜３６％のＩｎ、約４％〜５％のＡｇ、および約０．４％〜０．６％のＣｕなど、製造における通常のばらつきゆえにわずかに変化しうる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３００°Ｆ（１４９°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２３５°Ｆ（１１３°Ｃ）であってよい。他の実施形態においては、第２のはんだ１６の組成が、約５０％のＳｎ、約４６％のＩｎ、約３．５％のＡｇ、および約０．５％のＣｕであってよい。正確な割合は、例えば約４９％〜５２％のＳｎ、約４５％〜４７％のＩｎ、約３％〜４％のＡｇ、および約０．４％〜０．６％のＣｕなど、製造における通常のばらつきゆえにわずかに変化しうる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約２４０°Ｆ（１１６°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２３５°Ｆ（１１３°Ｃ）であってよい。これらの組成の第２のはんだ１６を、９５Ｓｎ５Ａｇ、または上述した組成を含む他の適切な組成を有する第１のはんだ１３と一緒に使用することができる。
第２のはんだ１６のさらなる実施形態の一般的な組成の範囲は、少なくとも約５０％のすず、少なくとも約１０％のインジウム、１％〜１０％（多くの場合、約２％〜６％）の銀、および約０．２５％〜０．７５％の銅であってよい。いくつかの状況においては、すず、インジウム、銀、および銅に加えて、さらなる元素を、すずおよびインジウムに比べて比較的小さな割合で、第２のはんだ１６の組成に含ませることも可能である。
さらに、本発明は、さらに別の無鉛のはんだ組成物を提供する。そのはんだ組成物は、ガラスの内部または表面の電気装置に対して電気的に接続すべく、電気部品を自動車用ガラスへとはんだ付けするのに単独で適切に用いることができ、さらには多層はんだの第２のはんだ１６としての使用にも適している。図９を参照すると、自動車の後部のガラス窓６０は、電気部品を自動車用ガラスへとはんだ付けするための実例として使用される。自動車のガラス窓６０が、電気抵抗霜取り配線６４を窓６０に埋め込み、あるいは窓６０の内表面に被着または付着させてなるウインドウ・デフロスタ６２を含むことができる。霜取り配線６４を、ガラス６０の内表面に位置する一対の電気コンタクト６６へと電気的に接続することができる。電気コンタクト６６は、ガラス６０の内表面へと被着させた導電
コーティングで構成することができる。多くの場合、電気コンタクト６６は、銀から形成される。
コーティングで構成することができる。多くの場合、電気コンタクト６６は、銀から形成される。
図１０を参照すると、ガラス６０上のそれぞれの電気コンタクト６６に対して電気コネクタ７２をはんだ付けするために、はんだ組成物７０を使用することができる。次いで、ウインドウ・デフロスタ６２へと電力を供給するために、電力線７４を電気コネクタ７２へと電気的に接続することができる（図９）。はんだ組成物７０を用いてガラス６０の電気コンタクト６６へ電気コネクタ７２をはんだ付けする場合、抵抗式のはんだ付け装置によって行うことができる。あるいは、例えばはんだごてなど、任意の従来から用いられているはんだ付け装置を、はんだ組成物７０を溶かすために使用することができる。
はんだ組成物７０は、すず（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、およびビスマス（Ｂｉ）を含むことができる。はんだ組成物７０は、一般的な高すずのはんだ組成物において見られるよりも少量のすずを有することができる。これは、はんだ付け時の自動車用ガラス６０の割れおよび／または欠けの防止に役立つことができる。インジウムが充分であることで、はんだ組成物７０に、比較的低い融点または溶融温度（液相線温度）をもたらすことができ、それにより自動車用ガラス６０の割れおよび／または欠けを防止することができる物性をもたらすことができる。
過剰な量のビスマスは、はんだ組成物７０を脆くする可能性があるが、適量のビスマスは、他の元素との組み合わせにおいて、はんだ組成物７０に充分に低い固相線温度をもたらすことができ、これは、やはりはんだ組成物７０を脆くしすぎることなく自動車用ガラス６０の割れおよび／または欠けを防止する助けとなることができる。ビスマスの混和により、約３０°Ｆの低さおよび約１４０°Ｆの高さとなることができる液相線温度と固相線温度との間のペースト範囲をもたらすことができる。適量のビスマスは、固相線温度を約３３０°Ｆ未満、一般的には約３１５°Ｆ未満に保つことができる。はんだ組成物７０のいくつかの実施形態では、約３１０°Ｆ以下（例えば、約３０５°Ｆ以下）の固相線温度を有することができる。はんだ組成物７０中の銀によって、はんだ組成物７０が電気コンタクト６６から銀をはんだ組成物７０へと捕集することを防止できる。最後に、濡れ性を改善するために、はんだ組成物７０に銅（Ｃｕ）を含ませることができる。
はんだ組成物７０に比較的低い溶融温度を持たせることで、自動車用ガラス６０に加わる熱応力を最小限にすることができる。さらに、はんだ組成物に比較的低い固相線温度を持たせることで、固相線温度から室温までの冷却の際にはんだ組成物７０が直面する冷却の程度を、最小限にすることができる。したがって、温度の低下が比較的小さいため、固化後のはんだ組成物７０の熱収縮の量を最小限にすることができ、はんだ組成物７０と自動車用ガラス６０との間の収縮の相違および応力を最小限にすることができる。すでに述べたように、充分なインジウム含有量を含ませることによって、はんだ組成物７０を、はんだ組成物７０と自動車用ガラス６０との間の熱膨張の差をガラス６０に割れおよび／または欠けを生じることなく吸収するよう、充分に延性的または柔軟にすることができる。
はんだ組成物７０について一般的な組成の範囲は、約３０重量％〜８５重量％のすず、約１３重量％〜６５重量％（多くの場合、約１５重量％〜６５重量％）のインジウム、約１重量％〜１０重量％の銀、および約０．２５重量％〜６重量％のビスマスであってよい。いくつかの実施形態は、約５０％〜８５％のすず（多くの場合、約５０％〜８３％）、および約１３％〜４５％（多くの場合、約１５％〜４５％）のインジウムを含むことができる。さらなる実施形態は、約６６％〜８５％のすず（多くの場合、約６６％〜８３％）、および約１３％〜２６％（多くの場合、約１５％〜２６％）のインジウムを含むことができる。特定の実施形態は、約７０％〜８０％のすず、および約１５％〜２６％のインジウムを含むことができる。さらなる実施形態は、例えば０．２５％〜０．７５％の銅を含
むことができる。いくつかの実施形態においては、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅が存在してよい。
むことができる。いくつかの実施形態においては、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅が存在してよい。
はんだ組成物７０を製作するために、インジウム、すず、銀、ビスマス、および銅のインゴットを、溶融させて混ぜ合わせることができる。あるいは、これらの元素を、粉末の形態から、あるいはインゴット、粉末、および／または既存のはんだ組成物の所望の組み合わせから溶融させることができる。次いで、混ぜ合わせたはんだ組成物７０を、例えばリボン、ワイヤ、などといったはんだ付けに適した形状へと鋳造、押し出し、または圧延することができる。必要に応じて、はんだ組成物７０を、ペーストへと形成することができる。
一実施形態においては、はんだ組成物７０が、約５１％のすず、約４２％のインジウム、約３．５％の銀、約３％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。実際の割合は、例えば約４９％〜５２％のすず、約４０％〜４４％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅など、製造における通常のばらつきゆえにわずかに変化しうる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約２５３°Ｆ（１２３°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２２３°Ｆ（１０６°Ｃ）であってよく、結果として約３０°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。
別の実施形態においては、はんだ組成物７０は、約６０％〜６３％のすず、約２８％〜３３％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。例えば、はんだ組成物７０は、約６２％のすず、約３０％のインジウム、約５％の銀、約２．５％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３１１°Ｆ（１５５°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２２６°Ｆ（１０８°Ｃ）であってよく、結果として約８５°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。他の例では、はんだ組成物７０が、約６２％のすず、約３２％のインジウム、約４．５％の銀、約１％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３３６°Ｆ（１６９°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約１９９°Ｆ（９３°Ｃ）であってよく、結果として約１３７°Ｆのペースト範囲がもたらされる。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１１×１０−６／°Ｆ（１９．７×１０−６／°Ｃ）であってよい。
さらに他の実施形態においては、はんだ組成物７０が、約６８％のすず、約２４％のインジウム、約６％の銀、約１．５％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。実際の割合は、例えば約６６％〜６９％のすず、約２２％〜２６％のインジウム、約１％〜７％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅など、わずかに変化してよい。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３６０°Ｆ（１８２°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２３５°Ｆ（１１３°Ｃ）であってよく、結果として約１２５°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１０．９×１０−６／°Ｆ（１９．６×１０−６／°Ｃ）であってよい。
別の実施形態においては、はんだ組成物７０が、約７０％〜７４％のすず、約１８％〜２６％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。例えば、はんだ組成物７０が、約７２％のすず、約１９％のインジウム、約５％の銀、約３．５％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３７０°Ｆ（１８８°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２７３°Ｆ（１３４°Ｃ）であってよく、結果として約９７°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１０．８×１０−６／°Ｆ（１９．５×１０−６／°Ｃ）であってよい。他の例では、はんだ組成物７０が、約７２％のすず、約２４％のインジウム、約２％の銀、約１．５％のビスマ
ス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３８２°Ｆ（１９４°Ｃ）の平均にて約３７９°Ｆ（１９３°Ｃ）〜３８５°Ｆ（１９６°Ｃ）の範囲にあってよく、固相線温度は、約２２７°Ｆ（１０８°Ｃ）の平均にて約２２１°Ｆ（１０５°Ｃ）〜２３３°Ｆ（１１２°Ｃ）の範囲にあってよい。これは、結果として約１５５°Ｆの平均ペースト範囲をもたらすことができる。平均熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１２．５×１０−６／°Ｆ（２２．５×１０−６／°Ｃ）であってもよい。
ス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３８２°Ｆ（１９４°Ｃ）の平均にて約３７９°Ｆ（１９３°Ｃ）〜３８５°Ｆ（１９６°Ｃ）の範囲にあってよく、固相線温度は、約２２７°Ｆ（１０８°Ｃ）の平均にて約２２１°Ｆ（１０５°Ｃ）〜２３３°Ｆ（１１２°Ｃ）の範囲にあってよい。これは、結果として約１５５°Ｆの平均ペースト範囲をもたらすことができる。平均熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１２．５×１０−６／°Ｆ（２２．５×１０−６／°Ｃ）であってもよい。
他の実施形態においては、はんだ組成物７０が、約７３％〜７８％のすず、約１７％〜２２％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。例えば、はんだ組成物７０が、約７５％のすず、約１９％のインジウム、約３．５％の銀、約２％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３８１°Ｆ（１９４°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２８４°Ｆ（１４０°Ｃ）であってよく、結果として約９７°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１０×１０−６／°Ｆ（１８×１０−６／°Ｃ）であってよく、密度は、約７．４ｇ／ｃｍ３であってよい。他の例では、はんだ組成物７０が、約７５％のすず、約２０．５％のインジウム、約２．５％の銀、約１．５％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３７２°Ｆ（１８９°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２７８°Ｆ（１３７°Ｃ）であってよく、結果として約９４°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。別の例では、はんだ組成物７０は、約７７％のすず、約１８％のインジウム、約３％の銀、約１．５％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３７９°Ｆ（１９３°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約２９７°Ｆ（１４７°Ｃ）であってよく、結果として約８２°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約８．８×１０−６／°Ｆ（１５．９×１０−６／°Ｃ）であってよい。
別の実施形態においては、はんだ組成物７０が、約７８％〜８５％のすず、約１３％〜１６％のインジウム、約１％〜６％の銀、約０．２５％〜４％のビスマス、および約０．２５％〜０．７５％の銅を含むことができる。例えば、はんだ組成物７０は、約８０％のすず、約１５％のインジウム、約３．５％の銀、約１％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３９０°Ｆ（１９９°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約３０４°Ｆ（１５１°Ｃ）であってよく、結果として約８６°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約８．５×１０−６／°Ｆ（１５．３×１０−６／°Ｃ）であってよい。他の例では、はんだ組成物７０が、約８３％のすず、約１３％のインジウム、約２．５％の銀、約１％のビスマス、および約０．５％の銅を含むことができる。融点または溶融温度（液相線温度）は、約３９９°Ｆ（２０４°Ｃ）であってよく、固相線温度は、約３０５°Ｆ（１５２°Ｃ）であってよく、結果として約９４°Ｆのペースト範囲がもたらされてもよい。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約７．６×１０−６／°Ｆ（１３．７×１０−６／°Ｃ）であってよい。いくつかの状況においては、インジウムの含有量が、約１２％〜１６％であってよい。
本発明を、本発明の特定の実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、形態および細部においてさまざまな変更が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。
例えば、装置１０を使用して、３層以上のはんだの層を一体に接合し、３層以上のはんだの層を有する多層のはんだ製品、電気装置、または電気コネクタをもたらすことができる。さらに、はんだ１３／１６の相対する表面を、接合の目的のために前処理することができる。多層はんだ製品がベース基材１１を有していない実施形態においては、その後に
多層はんだ製品を、はんだ付けを必要とする製品に対して接合または配置することができる。また、第１のはんだ１３をベース基材１１へと接合するために、圧延プロセスを使用することも可能である。多層はんだ製品２４を、冷間圧延プロセスを使用して形成されるものとして図示および説明したが、それに代わって、はんだ製品２４および／または電気装置あるいはコネクタ４０を、例えば蒸着プロセスまたはリフロー・プロセスなど、他のプロセスを使用して形成することが可能である。超音波溶接装置または抵抗溶接装置も、所望の材料層を一体に接合するために使用可能である。例えば、はんだを、溶接プロセスによってベース基材１１へと付けることが可能である。第１のはんだ１３および第２のはんだ１６について特定のはんだ組成を説明したが、それに代えて、さまざまな用途において、他のはんだ組成も使用可能である。そのような組成は、鉛含有の組成物を含んでもよい。図示および説明した装置ならびに得られる製品、電気装置、および電気コネクタは、自動車以外の用途のためのものであってもよい。第１のはんだ層１３を、平坦でない表面を補償するために使用することができ、はんだ付けのための表面がきわめて平坦である場合には、省略することが可能である。
多層はんだ製品を、はんだ付けを必要とする製品に対して接合または配置することができる。また、第１のはんだ１３をベース基材１１へと接合するために、圧延プロセスを使用することも可能である。多層はんだ製品２４を、冷間圧延プロセスを使用して形成されるものとして図示および説明したが、それに代わって、はんだ製品２４および／または電気装置あるいはコネクタ４０を、例えば蒸着プロセスまたはリフロー・プロセスなど、他のプロセスを使用して形成することが可能である。超音波溶接装置または抵抗溶接装置も、所望の材料層を一体に接合するために使用可能である。例えば、はんだを、溶接プロセスによってベース基材１１へと付けることが可能である。第１のはんだ１３および第２のはんだ１６について特定のはんだ組成を説明したが、それに代えて、さまざまな用途において、他のはんだ組成も使用可能である。そのような組成は、鉛含有の組成物を含んでもよい。図示および説明した装置ならびに得られる製品、電気装置、および電気コネクタは、自動車以外の用途のためのものであってもよい。第１のはんだ層１３を、平坦でない表面を補償するために使用することができ、はんだ付けのための表面がきわめて平坦である場合には、省略することが可能である。
特定のはんだ組成物を、自動車用ガラスへのはんだ付けのために説明したが、代案として、はんだ組成物を、建築物において使用されるガラスなど、他の種類のガラスへのはんだ付けに使用することが可能であり、あるいは低い融点または低い固相点のはんだが望まれる他の任意の材料へのはんだ付けに使用することが可能である。さらに、特定の固相線温度および液相線温度を提示したが、そのような温度は、存在する元素およびそれら元素の割合に応じて変化しうる。さらに、いくつかの実施形態においては、例えばアンチモン、亜鉛、ニッケル、鉄、ガリウム、ゲルマニウム、カドミウム、チタニウム、テルル、白金、などといったさらなる元素を、はんだ組成物へと追加することができ、あるいはこのような元素ではんだ組成物の元素を置き換えることができる。
Claims (14)
- ・導電性材料で形成されたベース基材、
・前記ベース上に位置する第１の無鉛はんだの層、および
・前記第１のはんだの層上に位置する第２の無鉛はんだの層
を有しており、
前記第２のはんだが、第１のはんだよりも低い溶融温度を有し、この第２のはんだの溶
融温度が、３１０°Ｆ（１５４℃）よりも低い電気装置であって、
前記第１および第２のはんだの層が、０．０１３〜０．０１５インチ（０.３３０〜０．３８１ｍｍ）の間の範囲の総厚さを有しており、
前記第２のはんだの層が、前記第１のはんだの層に直接接合されている電気装置。 - 請求項１において、第２のはんだが、第１のはんだよりも柔らかい材料である電気装置
。 - 請求項１において、第１のはんだが、４６５°Ｆ（２４１℃）の溶融温度を有している
電気装置。 - 請求項３において、第２のはんだが、２５０°Ｆ（１２１℃）の溶融温度を有している
電気装置。 - 請求項１において、第１のはんだが、７０質量％以上のすずを有するすずおよび銀の組
成物であり、第２のはんだが、少なくとも４０質量％のインジウムおよび５５質量％未満
のすずからなるインジウム、すず、銀、および銅の組成を有している電気装置。 - 請求項５において、第２のはんだが、５０質量％以上のインジウム、最大で３０質量％
のすず、３質量％〜５質量％の銀、および０．２５質量％〜０．７５質量％の銅からなる
組成を有している電気装置。 - 請求項６において、第１のはんだが、９５質量％のすずおよび５質量％の銀である電気
装置。 - 請求項７において、第２のはんだが、６５質量％のインジウム、３０質量％のすず、４
．５質量％の銀、および０．５質量％の銅である電気装置。 - 請求項１において、ベースが、金属薄板で作られている電気装置。
- 請求項９において、ベースが銅で作られている電気装置。
- 請求項１０において、電気コネクタである電気装置。
- 請求項１において、第１のはんだの層が、０．００５〜０．０１０インチ（０．１２
７〜０．２５４ｍｍ）の厚さの範囲にある電気装置。 - 請求項１において、第２のはんだの層が、０．００１〜０．００８インチ（０．０２
５〜０．２０３ｍｍ）の厚さの範囲にある電気装置。 - 請求項１３において、第２のはんだの層が、０．００５〜０．００８インチ（０．１２
７〜０．２０３ｍｍ）の厚さの範囲にある電気装置。
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