JP6106801B2 - はんだ付け方法及び自動車用ガラス - Google Patents

Description

本発明は、はんだ合金及びフラックスを用いて、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に金属端子の一面をはんだ付けするはんだ付け方法、及び、該金属端子がはんだ付けされた自動車用ガラスに関する。

近年、自動車に用いられるリアガラス等には、曇防止のため電熱線が形成されており、このような電熱線には電流を供給するために、金属端子が接続されている。より詳しくは、前記電熱線はガラス上に形成された銀を含む導電性膜であり、この導電性膜の上に、金属端子がはんだ付けにより接続されている。

しかし、このように、ガラス基板に金属端子がはんだ付けされた場合、はんだ合金とガラスとの熱膨張係数差により、所定の温度変化に曝されると、時間経過と共に、ガラス基板に割れが生じる問題があった。

一方、引用文献１においては、高温又は低温に曝された場合にも、ガラス基板の割れが防止でき、かつ良好な接合強度を維持できるはんだ合金が開示されている。

特開２０１２−９１２１６号公報

一方、発明者は、実験を重ねて、上述したようなガラス基板での割れが、はんだ合金の組成のみでなく、はんだ付け方法の改善によっても防げることを確認した。

本発明は、発明者がこのような事に着目してなしたものであり、その目的とするところは、はんだ合金及びフラックスを用いて、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に金属端子の一面をはんだ付けするに於いて、前記金属端子が銅又は真鍮を含み、はんだ付け前に前記銀電極上に塗布するフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率を３〜２０：１の範囲にしてはんだ付けを行うことにより、上述したようなガラス基板での割れを防止できる自動車用ガラス及びはんだ付け方法を提供することにある。

本発明に係るはんだ付け方法は、はんだ合金及びフラックスを用いて、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に金属端子の一面をはんだ付けするはんだ付け方法に於いて、前記金属端子は銅又は真鍮を含み、はんだ付け前に前記銀電極上に塗布するフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１の範囲であることを特徴とする。

本発明にあっては、前記金属端子が銅又は真鍮を含み、フラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１である範囲内で、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に前記金属端子の一面がはんだ付けされる。

本発明に係るはんだ付け方法は、はんだコテ、ホットエアー、赤外線、抵抗、又は高周波を用いて前記はんだ合金を溶融させることを特徴とする。

本発明にあっては、はんだコテ、ホットエアー、赤外線、抵抗、又は高周波を用いて前記はんだ合金を溶融させることにより、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に金属端子の一面がはんだ付けされる。

本発明に係るはんだ付け方法は、前記金属端子は、錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されており、又は表面処理が施されていないことを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上にはんだ付けされる金属端子は、その表面が錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されたものであってもよく、又は表面処理が施されていないものであっても良い。

本発明に係るはんだ付け方法は、前記はんだ合金が、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有することを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上に前記金属端子をはんだ付けする際に用いられるはんだ合金は、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有する。

本発明に係るはんだ付け方法は、はんだ付け前に塗布したフラックスを、はんだ付け後に除去しないことを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上に前記金属端子をはんだ付けする際、該ガラス基板（銀電極）上に塗布したフラックスを、はんだ付け後にも除去せず、そのまま残す。

本発明に係るはんだ付け方法は、前記金属端子の一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量が用いられることを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上に前記金属端子をはんだ付けする際に前記金属端子の一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量が用いられる。

本発明に係るはんだ付け方法は、はんだ付け温度は、はんだ合金の液相線温度より２０℃〜２００℃高いことを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上に前記金属端子をはんだ付けする際、斯かるはんだ合金の液相線温度より２０℃〜２００℃高いはんだ付け温度にてはんだ付けが行われる。

本発明に係る自動車用ガラスは、はんだ合金及びフラックスを用いて、一面上に形成された銀電極に金属端子の一面がはんだ付けされた自動車用ガラスに於いて、前記金属端子は銅又は真鍮を含み、はんだ付け前に前記銀電極上に塗布するフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１の範囲であることを特徴とする。

本発明にあっては、前記金属端子が銅又は真鍮を含み、自動車用ガラス基板（銀電極）上のフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１である。

本発明に係る自動車用ガラスに於いて、前記金属端子は、錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されており、又は表面処理が施されていないことを特徴とする。

本発明にあっては、自動車用ガラス基板上にはんだ付けされる金属端子は、その表面が錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されたものであってもよく、又は表面処理が施されていないものであっても良い。

本発明に係る自動車用ガラスは、前記はんだ合金が、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有することを特徴とする。

本発明にあっては、前記金属端子は、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有するはんだ合金を用いて、自動車用ガラス基板上にはんだ付けされている。

本発明に係る自動車用ガラスは、前記金属端子の一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量が用いられていることを特徴とする。

本発明にあっては、前記金属端子は、その一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量を用いて自動車用ガラス基板上にはんだ付けされている。

本発明によれば、自動車用ガラス基板に金属端子がはんだ付けされた場合、所定の温度変化に曝された場合であっても、時間経過に伴ってガラス板に割れが生じることを防止できる。

本発明に係るはんだ付け方法に用いられる金属端子を示す斜視図である。 実施の形態に係るはんだ付け方法によって接合された金属端子及びガラス基板の接合状態を説明する部分断面図である。 実施の形態に係るはんだ付け方法を説明する説明図である。

本発明に係るはんだ付け方法においては、Ｓｎ‐Ｚｎ系はんだ合金を用いて、銀の電極が被覆された自動車用ガラス基板上に、一定条件の下、金属端子のはんだ付けを行う。以下に、実施の形態に係るはんだ付け方法を図面に基づいて詳述する。

本発明に係るはんだ付け方法に用いられるＳｎ‐Ｚｎ系はんだ合金の組成は、Ｚｎが８質量％で、Ｍｎが０．００５質量％であり、残部はＳｎ及び不可避不純物からなる。

また、本発明に係るはんだ合金としては、上述したＳｎ‐Ｚｎ系はんだ合金に限るものでない。例えば、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有する合金であれば良い。

図１は本発明に係るはんだ付け方法に用いられる金属端子を示す斜視図である。図中符号１は金属端子を示す。金属端子１は、例えば、銅又は真鍮からなる。

金属端子１は、２つの部分に分けられており、一部分１１は、縦断面示Ｌ字状をなしており、他部分１２と接している。一部分１１は、ガラス基板（図示せず）に平行な板状の接合部１１１と、接合部１１１の他部分１２側縁から接合部１１１に対して垂直方向に伸びる垂直部１１２とを有している。垂直部１１２は他部分１２側の面が他部分１２と当接している。接合部１１１はガラス基板と対向する側に、該ガラス基板にはんだ付けによって接合される接合面１１３を有する。

また、他部分１２は前記ガラスの段差を持って形成された段差部１２４を有しており、段差部１２４は前記ガラス基板と対向する側に、該ガラス基板にはんだ付けによって接合される接合面１２３を有する。また、接合部１２１は他端側に、接合部１２１に対して垂直方向に、縁から伸びる垂直部１２２を有しており、垂直部１２２の端部には接合部１２１に略平行に伸びる短冊状の扁平部１２５が延設されている。垂直部１２２は、一部分１１の垂直部１１２と当接している。すなわち、一部分１１の垂直部１２１と、他部分１２の垂直部１２２とが当接し合っている。

金属端子１は、錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されたものであってもよく、表面処理が施されていないものであっても良い。

更に、前記ガラス基板はＳｉＯ₂ を主成分とする市販の板ガラスである。該ガラス基板は、金属端子１が接合される一面の所定範囲が銀の電極によって被覆されている。

実施の形態に係るはんだ付け方法においては、Ｓｎ‐Ｚｎ系はんだ合金を用いて、前記ガラス基板の一面に金属端子１の接合面１１３、１２３をはんだ付けによって接合する。

実施の形態に係るはんだ付け方法においては、はんだコテを用いてはんだ合金を溶融させる。この際、はんだコテの温度は斯かるはんだ合金の液相線温度より２０℃〜２００℃高い温度である。なお、本発明はこれに限るものでない。はんだコテの他、ホットエアー、赤外線、抵抗、又は高周波の何れかを用いてはんだ付けを行っても良い。

すなわち、はんだコテを用いる場合は、はんだコテを加熱し、ヤニ入りはんだ合金で部品等をはんだ付けする温度が、また、ホットエアー、赤外線、抵抗、高周波等を用いる場合は、ホットエアー等ではんだ接合部を加熱すると共にはんだ合金を溶融させて部品等をはんだ付けする温度が、該はんだ合金の液相線温度より２０℃〜２００℃高い温度である。

例えば、本実施の形態においては、はんだ合金として、上述したようなＳｎ‐Ｚｎ系はんだ合金を用いており、はんだコテ温度は２６０℃又は３２０℃である。また、金属端子１は銅又は真鍮を含み、金属端子１の接合面１１３、１２３に対するはんだ合金量（以下、単位面積当たりの合金量）は１．１８ｇ／ｃｍ² である。

しかし、本発明はこれに限るものでない。前記単位面積あたりの合金量は、金属端子１の接合面１１３、１２３に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量であれば良い。

図２は実施の形態に係るはんだ付け方法によって接合された金属端子１及びガラス基板４の接合状態を説明する部分断面図である。

上述したように、ガラス基板４の一面には、膜状の銀電極３が形成されており、該銀電極３の上にはフラックス膜５が塗布される。銀電極３及びはんだ合金２を介して金属端子１が接合されている。より詳しくは、ガラス基板４及び金属端子１の接合面１１３、１２３の間には、銀電極３、フラックス膜５及びＳｎ‐Ｚｎ系はんだ合金２がこの順に介在している。しかし、本実施例は本発明の一例であり、例えば前記ガラス基板４と銀電極３との間にセラミックス層が存在する形態の構成を使用しても構わない。

フラックス膜５は、フラックスＡ、フラックスＢ、フラックスＣ又はフラックスＤの４種のフラックスのうち何れかが用いられている。これら４種のフラックスは、フラックスＢが汎用のフラックスであり、フラックスＡが銀電極３に対する濡れ性に特化したものであって、フラックスＣ及びＤは、Ａを更に改良したものであり、フラックスＡ〜Ｄの組成は表１に示す。

また、表１記載のロジンは、変性ロジン、ガムロジン、水添ロジンが例示でき、其々を混合しても構わない。
そして、表１記載のチクソ剤は脂肪酸アミド又は硬化ヒマシ油が、ハロゲンは塩化アミン又は臭化アミン及びフッ素化合物等が、有機酸はアジピン酸又はコハク酸等のジカルボン酸又はラウリン酸等のモノカルボン酸が、溶剤はペンタジオール又はブチルカービトール等が例示できる。
その他の成分として、カチオン系及びノニオン系等の界面活性剤又は酢酸ビニル共重合体等の樹脂を配合しても構わない。

本発明においては、フラックス膜５が銀電極３上にて特定の領域を占めている。より詳しくは、銀電極３上にて、フラックス膜５によって占められる面積（以下、フラックスの面積という）と、金属端子１の接合面１１３、１２３の面積との比率が３〜２０：１の範囲である。以下の説明においては、フラックスの面積と、各金属端子１の接合面１１３、１２３の面積との比率を単にフラックス面積比率という。

＜はんだ付け方法＞
以下、実施の形態に係るはんだ付け方法について詳しく説明する。図３は本発明の実施の形態に係るはんだ付け方法を説明する説明図である。

まず、金属端子１の接合面１１３、１２３上に適切量のはんだ合金２を載せ、２５０℃のはんだコテにて、フラックスＢを用いてはんだ合金２を接合する。これによって接合面１１３、１２３にはんだ合金２が盛るように溶着される。この際、単位面積当たりのはんだ合金量は、上述したように、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² の範囲内であり、例えば、１．１８／ｃｍ²又は１．４３ｇ／ｃｍ²である。

次いで、ガラス基板４の銀電極３上の所定領域に、フラックスＡ、フラックスＢ、フラックスＣ又はフラックスＤの何れかを塗布する。斯かる所定領域は、前記フラックス面積比率が３〜２０：１の範囲内であり、例えば、４．５、１８、２０である。

続いて、図３に示すように、接合面１１３、１２３に接合されたはんだ合金２がガラス基板４側を向くようにして金属端子１をガラス基板４のフラックス膜５上に載置する。そして、接合部１１１での接合面１１３と反対側面、及び、段差部１２４での接合面１２３と反対側面を各々はんだコテ１０等にて加熱し、はんだ合金２を溶融させて銀電極３に接合する（図３参照）。この際、加熱の温度は、例えば、２６０℃又は３２０℃である。

この後、一般には、残りのフラックスを除去する工程が実行されるが、本発明に係るはんだ付け方法においては、銀電極３上に塗布されたフラックスを除去せず、そのまま残す。

これは、後述するように、フラックスの塗布面積、すなわち、フラックス面積比率がガラス基板の割れに影響を及ぼすことが観察されたからである。より詳しくは、フラックス面積比率が高い程、ガラス基板に割れが生じにくくなる。フラックスを介して、はんだコテ（又は溶融はんだ合金）の熱がガラス基板４及び銀電極３の広範囲に分散され、局所的に集中することを防げるので、ガラス基板４における激しい膨張・収縮を未然に防止できるからであると考えられる。

次いで、室温での空冷が行われ、実施の形態に係るはんだ付け方法による接合は完了し、図２に示したように、金属端子１がガラス基板４と接合され、本発明に係る自動車用ガラスが得られる。

＜評価＞
上述したようなはんだ付け方法によって作成したサンプルを用いて、ヒートサイクル試験を行った。

斯かるヒートサイクル試験は、各々のサンプルに対して、‐３０℃で３０分間保持した後、８０℃で３０分間保持することを１つのサイクルとし、該サイクルを繰り返すことにより行った。また、該サイクルを繰り返す過程において、ガラス基板での割れの発生如何を肉眼で観察し、割れの発生が観察された場合、割れの発生までに繰り返したサイクル数を数えた。

表２は、本発明に係るはんだ付け方法によって作成されたサンプル（実施例）、及び、比較例に対する、ヒートサイクル試験の結果を示す。ヒートサイクル数が３００回未満でガラス基板での割れが発生したものを「×」、ヒートサイクル数が３００回以上のものを「○」とした。

前記比較例に係るはんだ付けにおいては、はんだ合金はＳｎ‐Ｚｎ系はんだ合金（ＬＦ−Ｚ３：Ｚｎ-８．０質量％、Ｍｎ-０．００５質量％、Ｓｎ-残部）、Ｓｎ５Ｓｂ、又はＺｎ６Ａｌであり、金属端子が銅又は真鍮を含み、はんだ付け時のはんだコテの温度が２６０℃、３１０℃、３２０℃又は４５０℃である。また、前記単位面積当たりの合金量は０．１４〜１．１８ｇ／ｃｍ² であり、前記フラックス面積比率は３未満又は１８である。更に、フラックスとしてはフラックスＡが用いられている。

表２から分かるように、金属端子の材質が真鍮であって、はんだコテの温度が３１０℃又は２６０℃であり、フラックス面積比率が３未満である比較例のサンプルにおいては、単位面積当たりの合金量は０．１４〜１．１８ｇ／ｃｍ² 範囲内において、何れのサンプルも３００回未満のヒートサイクルで既にガラス基板に割れが発生している。

一方、金属端子の材質が真鍮であって、はんだコテの温度が２６０℃又は３２０℃であり、且つ単位面積当たりの合金量が１．１８ｇ／ｃｍ² である実施例のサンプルにおいては、フラックス面積比率が４．５、１８、２０の何れの場合においても、ヒートサイクルの回数が３００回を超えており、優れた品質を有することが確認された。特に、フラックス面積比率が２０である実施例のサンプルにおいては、ヒートサイクルの回数が３００回以上のヒートサイクル後でもガラス基板に割れが発生せず、非常に優れた品質を有している。

また、金属端子の材質が銅であって、３２０℃のはんだコテ又はホットエアーによってはんだ付けされ、且つ単位面積当たりの合金量が１．１８ｇ／ｃｍ² 又は１．４３ｇ／ｃｍ² である実施例のサンプルにおいては、フラックス面積比率が１８の場合、ヒートサイクルを３００回以上繰り返した後でもガラス基板に割れが発生せず、優れた品質を有することが確認された。

特に、比較例１０及び１１に係る結果と、実施例１６に係る結果とを対比してみると、夫々のサンプルの組成を除いて、他のサンプル作製条件は同一であるにも関わらず、顕著に異なる試験結果を示している。すなわち、比較例１０及び１１に係るサンプルは夫々Ｓｎ５Ｓｂ及びＺｎ６Ａｌであり、何れのサンプルも３００回未満のヒートサイクルで既にガラス基板に割れが発生している。一方、実施例１６に係るサンプルはＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕであり、ヒートサイクルの回数が３００回を超える優れた品質を見せている。

比較例１０及び１１に係るサンプルには錫と、亜鉛とが夫々含まれているが、実施例１６に係るサンプルには錫に加え、銀が更に含まれている。このような試験結果から、錫を必須成分とし、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上を更に含有するはんだ合金において、本発明に係る効果が確実に得られることが分かる。

また、実施例１４及び実施例１５においては、はんだ付方法が異なるのみで、他のサンプル作製条件は同一である。実施例１４のはんだ付方法はコテであり、実施例１５のはんだ付方法はホットエアーであるが、何れのサンプルもヒートサイクルの回数が３００回を超える優れた品質を見せている。すなわち、はんだコテの他、ホットエアー、赤外線、抵抗、又は高周波等を用いてはんだ付けを行っても、本発明に係る効果を得ることが出来る。

そして、実施例１４、実施例１７〜１９においては、用いられたフラックスの種類（組成）が異なるのみで、他のサンプル作製条件は同一である。実施例１４、実施例１７〜１９では、夫々フラックスＡ、フラックスＢ、フラックスＣ及びフラックスＤが用いられているが、何れのサンプルもヒートサイクルの回数が３００回を超える優れた品質を見せている。すなわち、上述した何れのフラックスが用いられる場合においても、本発明に係る効果を得ることが出来る。

前記フラックス面積比率については、２０以上においても本発明に係る効果を得ることが出来る。しかし、自動車用ガラスの見栄えを鑑みた場合、該フラックス面積比率が３〜２０：１の範囲内であることが望ましい。

以上のように、実施例に係る何れのサンプルにおいては、用いられるフラックスの種類に関わることなく良好な品質を有している。更に、表２から分かるように、フラックス面積比率が大きくなるほど、ヒートサイクルの回数が増加しており、ガラス基板の割れが改善されている。

１ 金属端子
３ 銀電極
４ ガラス基板
１０ はんだコテ
１１３，１２３ 接合面（一面）

Claims (11)

1. はんだ合金及びフラックスを用いて、自動車用ガラス基板上に形成された銀電極に金属端子の一面をはんだ付けするはんだ付け方法に於いて、前記金属端子は銅又は真鍮を含み、はんだ付け前に前記銀電極上に塗布するフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１の範囲であることを特徴とするはんだ付け方法。
2. はんだコテ、ホットエアー、赤外線、抵抗、又は高周波を用いて前記はんだ合金を溶融させることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け方法。
3. 前記金属端子は、錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されており、又は表面処理が施されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ付け方法。
4. 前記はんだ合金が、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のはんだ付け方法。
5. はんだ付け前に塗布したフラックスを、はんだ付け後に除去しないことを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載のはんだ付け方法。
6. 前記金属端子の一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量が用いられることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載のはんだ付け方法。
7. はんだ付け温度は、はんだ合金の液相線温度より２０℃〜２００℃高いことを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載のはんだ付け方法。
8. はんだ合金及びフラックスを用いて、一面上に形成された銀電極に金属端子の一面がはんだ付けされた自動車用ガラスに於いて、
   前記金属端子は銅又は真鍮を含み、はんだ付け前に前記銀電極上に塗布するフラックスの面積と、前記金属端子の一面の面積との比率が３〜２０：１の範囲であることを特徴とする自動車用ガラス。
9. 前記金属端子は、錫若しくは錫合金の鍍金処理が施されており、又は表面処理が施されていないことを特徴とする請求項８に記載の自動車用ガラス。
10. 前記はんだ合金が、錫と、銀、亜鉛、ビスマス、及び鉛のうち１種又は２種以上とを含有することを特徴とする請求項８又は９に記載の自動車用ガラス。
11. 前記金属端子の一面に対して、０．１８〜１．４３ｇ／ｃｍ² のはんだ合金量が用いられていることを特徴とする請求項８から１０の何れか一つに記載の自動車用ガラス。

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