TWI652354B - 基於銦－錫－銀之無鉛焊料 - Google Patents
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Abstract
本文描述適合用作無鉛焊料的銦-錫-銀合金。合金可以主要包含銦或主要包含錫。合金可以進一步包含銅、鎳、以及鐵或銅、銻、以及鋅。可使用組成物將電連接器(18，30)焊接至在玻璃元件(10)上的電接觸表面(16)。本文也描述形成該合金的方法。
Description
本申請案主張2015年5月15日申請的U.S.臨時專利申請案第62/161,966號以及2015年5月29日申請的U.S.臨時專利申請案第62/168,054號在專利合作條約第8條的優先權權益，其每一者的全部揭示以引用方式納入本文中。
本發明關於焊料，尤其是關於基於銦-錫-銀之無鉛焊料。
車輛(諸如汽車)之擋風玻璃及後窗通常包括位於玻璃內或位於玻璃上的電子裝置。典型地，電子裝置為天線或除霜器。為了對該電子裝置提供電連接，對玻璃塗覆小區域之金屬塗層以製得與電子裝置電連接之金屬化表面。隨後，將用於連接至鉛的電連接器或鉛本身焊接於金屬化表面上。通常用含鉛(Pb)焊料將電連接器焊接至玻璃之金屬化表面上。由於各個國家對環境之關注及/或法規要求，大多數產業目前在焊接應用中使用或計劃使用無鉛焊料。一些產業中所用的常見無鉛焊料含有較高錫(Sn)含量，諸如大於80%錫。如本文中所描述之汽車玻璃上所用的無鉛焊料揭示於在2001年7月3日頒予John Pereira之美國專利第6,253,988號中(下文中稱為「Pereira」)。在數種無鉛焊料中，Pereira揭示一種具有64.35
重量%至65.65重量%銦(In)、29.7重量%至30.3重量%錫(Sn)、4.05重量%至4.95重量%銀(Ag)、0.25重量%至0.75重量%銅(Cu)之焊料(下文中稱為「65銦焊料」)。
當將裝置焊接至汽車玻璃上時，遭遇到在其他應用中所不存在的困難。汽車玻璃易碎且通常錫含量較高，適用於其他應用之無鉛焊料可典型地造成汽車玻璃開裂。儘管諸如陶瓷及矽之材料可能似乎在某些方面與汽車玻璃類似，但適用於焊接陶瓷或矽裝置之一些焊料不適用於焊接至汽車玻璃上。焊接兩種在熱膨脹係數(CTE)方面具有實質性差異的材料(在此情形諸如玻璃及銅)，在焊點成形後冷卻期間或在後續溫度偏離期間對焊料施加應力。焊料需要具有足夠低的熔點(液相線)從而不會在焊接加工期間導致汽車玻璃開裂，此係因為較高熔點及相應較高的處理溫度增強CTE失配，在冷卻期間施加較高應力。然而，需要足夠高之焊料熔點以便在汽車正常使用期間(例如當汽車在太陽下車窗接近太陽或在其他極端惡劣環境條件下)不會熔融。然而，含銦焊料通常具有遠低於其他焊料的熔點。舉例而言，65銦焊料與鉛焊料160℃之固相線溫度相比具有109℃之固相線溫度，且與鉛焊料224℃之液相線溫度相比具有127℃之液相線溫度。一些車輛製造商希望玻璃製品能夠承受高溫(例如對於一個車輛製造商為110℃且對於另一個車輛製造商為120℃)且在性能方面無任何劣化。
因此，需要適用用於玻璃的無鉛焊料，其相較於目前可用組成物可承受更高溫度，同時提供此應用領域之所有其他所需性質。
先前技術部分所討論的標的不應該僅因為在先前技術部分有提過而被假定為現有技術。同理，在先前技術部分提及或與先前技術部
分的標的有關聯的問題不應被假定為現有技術中已經被認知。先前技術部分中的標的僅代表不同的方案，其本身亦可為發明。
依據發明具體實例，提供基於銦-錫-銀之焊料。第一具體實例為適合用作焊料的合金，該合金具有包含約40重量%錫、約0.5重量%銅、約50重量%銦、約4.5重量%銀、約1.8重量%至約2.1重量%鎳、以及約2.9重量%至約3.2重量%鐵的元素混合物。該合金可包含約1.8重量%鎳以及約3.2重量%鐵。可替代的，該合金可包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
第二具體實例為適合用作焊料的合金，該合金具有包含約14%至約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約5%至約6重量%銀、約1%至約3重量%鎳、約1重量%鋅、以及約75重量%銦的元素混合物。該合金可包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。可替代的，該合金可包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
第三具體實例為適合用作焊料的合金，該合金具有包含約75重量%錫、約5重量%銀、以及約20重量%銦的元素混合物。
第四具體實例為適合用作焊料的合金，該合金具有包含約7重量%錫、約3重量%銀、以及約90重量%銦的元素混合物。
依據發明另一個具體實例，提供在玻璃元件上的電連接。第五具體實例為在玻璃元件上的電連接，其包含玻璃元件、在玻璃元件上的包含銀的電接觸表面，以及電連接器，該電連接器被適合用作焊料的合金層焊接至玻璃元件上的電接觸表面，該合金層具有包含約40重量%錫、約0.5重量%銅、約50重量%銦；約4.5重量%銀、約1.8重量%至約2.1重量%
鎳，以及約2.9重量%至約3.2重量%鐵的元素混合物。該合金可包含約1.8重量%鎳以及約3.2重量%鐵。可替代的，該合金可包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
第六具體實例為在玻璃元件上的電連接，其包含玻璃元件、在該玻璃元件上的包含銀的電接觸表面，以及電連接器，該電連接器被適合用作焊料的合金層焊接至該玻璃元件上的電接觸表面，該合金層具有包含約14重量%至約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約5%至約6重量%銀、約1重量%至約3重量%鎳、約1重量%鋅、以及約75重量%銦的元素混合物。該合金可包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。可替代的，該合金可包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
第七具體實例為在玻璃元件上的電連接，其包含玻璃元件、在該玻璃元件上的包含銀的電接觸表面，以及電連接器，該電連接器被適合用作焊料的合金層焊接至該玻璃元件上的電接觸表面，該合金層具有包含約75重量%錫、約5重量%銀、以及約20重量%銦的元素混合物。
第八具體實例為在玻璃元件上的電連接，其包含玻璃元件、在該玻璃元件上的包含銀的電接觸表面，以及電連接器，該電連接器被適合用作焊料的合金層焊接至該玻璃元件上的電連接表面，該合金層具有包含約7%錫重量、約3重量%銀以及約90重量%銦的元素混合物。
依據發明又另一個具體實例，提供形成基於銦-錫-銀之焊料之方法。第九具體實例為形成適合用作焊料的合金的方法，其係藉一起混合錫、銅、銦、銀、鎳以及鐵而形成合金。該方法包含以下步驟：添加錫
以提供佔合金約40重量%、添加銅以提供佔合金約0.5重量%、添加銦以提供佔合金約50重量%、添加銀以提供佔合金約4.5重量%、添加鎳以提供佔合金約1.8重量%至2.1重量%、以及添加鐵以提供佔合金約2.9重量%至約3.2重量%。添加鎳以及添加鐵的步驟可藉添加鎳-鐵合金以提供佔合金約5重量%而完成，其中鎳-鐵合金包含約36重量%至約42重量%鎳以及約58%至約64重量%鐵。所得合金可包含約1.8重量%鎳以及約3.2重量%鐵。可替代的，所得合金可包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
第十具體實例為形成適合用作焊料的合金的方法，係藉一起混合錫、銻、銅、銦、銀、鎳、以及鋅以形成合金。該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約14重量%至約15重量%、添加銻以提供佔合金約1重量%、添加銅以提供佔合金約1重量%、添加銀以提供佔合金約5重量%、添加鎳以提供佔合金約1重量%至約3重量%、添加鋅以提供佔合金約1重量%、以及添加銦以提供佔合金約75重量%。所得合金可包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。可替代的，該合金可包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
第十一具體實例為形成適合用作焊料的合金的方法，係藉由一起混合錫、銦、以及銀以形成合金。該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約75重量%、添加銀以提供佔合金約5重量%、以及添加銦以提供佔合金約20重量%。
第十二具體實例為形成合金適合用作焊料的合金的方法，係藉一起混合錫、銦以及銀以形成合金。該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約7重量%、添加銀以提供佔合金約3重量%、以及添加銦以提供
佔合金約90重量%。
5‧‧‧砝碼
6‧‧‧砝碼
10‧‧‧玻璃元件/後窗
12‧‧‧窗除霜器
14‧‧‧除霜線
16‧‧‧電接觸條帶/表面
18‧‧‧電力/天線/電力連接器
18a、18b‧‧‧電力連接器
19‧‧‧焊料墊
20‧‧‧焊料層
22‧‧‧電力線
24‧‧‧天線
26‧‧‧天線裝置
28‧‧‧天線線路
30‧‧‧天線連接器
300‧‧‧拉力測試
310‧‧‧數位測力計
320‧‧‧鉤
330‧‧‧手柄
400‧‧‧熱驟變測試
410‧‧‧砝碼
420‧‧‧鉤
本發明現將藉由參考以下附圖的實施例加以說明，其中：圖1為根據一個具體實例的包括電動除霜器的汽車的後窗內視圖；圖2為根據一個具體實例，經焊接至圖1後窗上電接觸的電連接器側視圖，其中顯示該後窗、電接觸以及焊料；圖3A及3B為根據一個具體實例的可被本發明焊料組成物焊接的電力連接器的示意圖；圖4為根據一個具體實例的用本發明焊料組成物將電力連接器焊接在擋風玻璃上的示意圖；圖5為根據一個具體實例的本發明焊料組成物的具體實例的溫度循環試驗的一個循環期間，以溫度作為時間的函數的曲線圖；圖6為根據一個具體實例的使用測力計來測試本發明焊料組成物性能的拉伸試驗的示意圖；以及圖7為根據一個具體實例的使用砝碼測試本發明焊料組成物性能的拉伸試驗示意圖。
本發明提供焊料組成物，其適合用於將電子元件焊接至玻璃供電性連接玻璃內或上的電子裝置。參考圖1，使用玻璃元件(10)，例如汽車後窗10(例如在歐洲亦稱為背光(backlight))作為非限制例示實例。後窗10包含窗除霜器12，係由埋入或沉積在後窗10內表面上的電阻性除
霜線14組成。除霜線14經電性連接至位於後窗10內表面上的一對電接觸條帶(電接觸表面，亦稱為母線(buss bars))16。電接觸條帶16由沉積在後窗10內表面上的導電塗層組成。典型的，電接觸條帶16係由含銀材料形成。
後窗10也可以或可替代的包含用於接收無線電信號的天線24，例如連接至無線電接收器(未顯示)的天線，其具有埋入或沉積於後窗10內表面上的導電性天線元件26。天線元件26係電性連接至位於後窗10內表面上的電接觸條帶16。電接觸條帶16由沉積於後窗10內表面上的導電塗層組成。典型的，電接觸條帶16係由含銀材料形成。
當要將裝置焊接到汽車玻璃會遇到困難，這是在其他應用上所沒有的。為了解決原始設備製造商關於使用無鉛焊料於汽車玻璃的一些問題，汽車玻璃供應商如CLEPA(歐洲汽車供應商協會)已開發多項測試，包括溫度循環、恆定氣候濕度、隨著濕度變化的氣候溫度以及高溫儲存。為了解決原始設備製造商對焊料熔點的關注，一項試驗包含焊接至連接器的玻璃樣品，在105℃儲存500小時，期間每一個連接器懸掛500克砝碼，試驗期間連接器並未與玻璃脫離。然而，原始設備製造商，諸如歐洲汽車製造協會(ACEA)，提出溫度可能高達115℃至120℃。
開發本發明的焊料組合物以解決上述原始設備製造商的顧慮。參考圖2，使用本發明的焊料組成物層20，使用諸如電阻焊接裝置或火焰、微火焰、熱鐵、熱風以及感應加熱的標準焊接技術將電力連接器18或天線連接器30焊接到後窗10上的每個電接觸條帶16。焊接可在環境大氣氛圍中進行，不需要惰性氣體環境。然後可將電力線22電連接到電力連
接器18，以提供窗戶除霜器12電力，或者可將天線線路28電連接到天線連接器30，以提供天線24及無線電接收器之間的連接(參見圖1)。焊接性能測試和結果提供於下文。
適合用作焊料的基於銦-錫-銀之合金之第一具體實例(下文稱為合金I)為包含約40重量%錫、約0.5重量%銅、約50重量%銦、約4.5重量%銀、約1.8重量%至約2.1重量%鎳、以及約2.9重量%至約3.2重量%鐵之元素混合物。合金I可包含約1.8重量%鎳以及約3.2重量%鐵。可替代的，合金I可包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
如本文所用，「約X%」可以表示對於包含小於合金的25重量%的元素而言，元素百分比可以在±0.5重量%變化，或者對於包含大於合金的25重量%的元素而言，元素百分比可以在±2重量%變化。
合金I特徵也可為約40重量%錫、約0.5重量%銅、約4.5重量%銀，以及約5重量%鎳-鐵合金的混合物，其中鎳-鐵合金包含約36重量%至約42重量%鎳以及約58重量%至約64重量%鐵、約50重量%銦。根據一個特別具體實例，鎳-鐵合金包含約36重量%鎳以及約64重量%鐵。此特別的鐵-鎳合金通常以商品名INVAR聞名。根據另一個特別具體實例，鎳-鐵合金包含約42重量%鎳以及約58重量%鐵。此特別的鐵-鎳合金以ALLOY 42或NILO 42商品名著稱。合金I具有約109.18℃的固相線溫度以及約115.39℃的液相線溫度。
固相線溫度實際上定義為合金開始熔融的溫度。低於固相線溫度時，物質完全為固體，沒有熔融相。液相線溫度為結晶(非熔融金屬或合金)可與熔融物共存的最高溫度。高於液相線溫度時，材料為均質，僅由
熔融物組成。焊料加工溫度比液相線溫度高數度，由焊接技術決定。
適合用作焊料之基於銦-錫-銀之合金的第二具體實例(下文稱為合金II)為包含約14重量%至約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約5重量%至約6重量%銀、約1重量%至約3重量%鎳、約1重量%鋅、以及約75重量%銦的元素混合物。合金II可包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳(下文稱為合金IIA)。可替代地，合金II可包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳(下文稱為合金IIB)。合金IIA具有122.41℃的固相線溫度，以及約135.66℃的液相線溫度。合金IIB具有約123.68℃的固相線溫度，以及約138.38℃的液相線溫度。
適合用作焊料之基於銦-錫-銀之合金的第三具體實例(下文稱為合金III)為包含約75重量%錫、約5重量%銀、以及約20重量%銦的元素混合物。合金III具有約177.26℃的固相線溫度，以及約188.29℃的液相線溫度。
適合用作焊料之基於銦-錫-銀之合金之第四具體實例(下文稱為合金IV)為包含約7重量%錫、約3重量%銀、以及約90重量%銦的元素混合物。合金IV具有約134.58℃的固相線溫度以及約139.58℃的液相線溫度。
本發明其它具體實例係關於玻璃元件上的電連接(如圖1以及2所示)，其包含玻璃元件、該玻璃元件上包含銀的電接觸表面、以及經焊料層焊接至該玻璃元件上的電接觸表面的電連接器。此電連接的四種不同的具體實例中，焊料可為合金I、II、III、或IV中任何一種。
本發明又另一具體實例係關於形成適合用作焊料之合金的
方法。根據此形成合金I之方法的第一具體實例，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約40重量%、添加銅以提供佔合金約0.5重量%、添加銦以提供佔合金約50重量%、添加銀以提供佔合金約4.5重量%、添加鎳以提供佔合金約1.8重量%至約2.1重量%以及添加鐵以提供佔合金約2.9重量%至約3.2重量%。一個特別具體實例中，合金I包含1.8重量%鎳以及3.2重量%鐵。另一個特別具體實例中，合金I包含2.1重量%鎳以及2.9重量%鐵。
添加鎳以及添加鐵的步驟可藉由添加鎳-鐵合金以提供佔合金約5重量%而完成，其中鎳-鐵合金包含約36重量%至約42重量%鎳以及約58重量%至約64重量%鐵。在一個特別具體實例中，鎳-鐵合金包含36重量%鎳以及64重量%鐵(INVAR)，以及在另一個特別具體實例中，鎳-鐵合金包含42重量%鎳以及58重量%鐵(合金42)。這種作法係藉由稱量及添加單一量的市售鎳-鐵合金而不是分別稱量及添加第一量的鎳以及第二量的鐵，而提供了簡化添加元素至合金I的方法的益處。
根據形成合金II之方法的第二具體實例，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約14重量%至約15重量%、添加銻以提供佔合金約1重量%、添加銅以提供佔合金約1重量%、添加銀以提供佔合金約5重量%至約6重量%、添加鎳以提供佔合金約1重量%至約3重量%、添加鋅以提供佔合金約1重量%、以及添加銦以提供佔合金約75重量%。根據一個特別具體實例，合金II包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。根據另一個特別具體實例，合金II包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
根據形成合金III之方法的第三具體實例，該方法包含以下
步驟：添加錫以提供佔合金約75重量%、添加銀以提供佔合金約5重量%、以及添加銦以提供佔合金約20重量%。
根據形成合金IV之方法的第四具體實例，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約7重量%合金、添加銀以提供佔合金約3重量%、以及添加銦以提供佔合金約90重量%。
I. 溫度循環測試
測試樣品為具有經合金II以及合金IV焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。各自之凸起的狹長橋連部分在相對末端上兩個以一定距離間隔之焊料墊19之間延伸的橋連端點電力連接器18a及18b的示意圖，分別顯示於圖3A及圖3B中。電力連接器18a及18b在下文中稱為電力連接器18。各焊料墊19之面積約為64mm2，且如圖4中所示，焊料組成物具有約0.5mm之厚度。電力連接器18藉由以下操作焊接於後窗10上：將焊料鑄錠輥壓成焊料帶，在銅基材料上將焊料帶回焊成連續條，將焊料條削成均勻尺寸，使用標準工具衝壓並使端點(terminal)成形，塗覆助熔劑於焊料表面上，且使用電阻焊接裝置以在約750瓦特．秒與約1050瓦特．秒範圍內(諸如約900瓦特．秒)的能量輸入將電力連接器18焊接至後窗10上的電接點條16之目標區域，隨後冷卻，同時將電力連接器18固定於後窗10上並持續範圍在約8秒與約12秒內(諸如約10秒)的時間。
在此測試中(說明於圖5中)，氣候控制室之溫度在總時間8小時期間自環境(約20℃)至-40℃循環且保持在-40℃下90分鐘，隨後緩升至105℃並持續120分鐘，隨後重回環境溫度，同時自-40℃步驟結束時開
始經由電力線22施加14V電流負載且終止於105℃步驟結束時，如圖5中所顯示各別箭頭所示。在20個循環之後，如圖6中所示，在拉力測試300中(在環境溫度下)以大致上垂直於焊料層20及後窗10之方向將各電力連接器18在數位測力計310上牽拉至50牛頓之力並持續3秒，該數位測力計310利用鉤320與電力連接器18在大致於焊料墊19之間的中點處連接，且利用手柄330手動操作。在此測試期間未發生故障。
II. 熱浸測試
測試樣品為具有經合金II以及合金IV焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。在此測試400中(說明於圖7中)，氣候控制室之溫度被保持在105℃下96小時，經由電力線22每小時施加15分鐘14V電流負載。在整個96小時期間，電力連接器18經受經由以大致上垂直於焊料層20及後窗10之方向施加由於重力加速度而垂直向下定向的10牛頓機械負載(利用位於大致在焊料墊19之間中點處之經鉤420與電力連接器18連接的砝碼410施加)。天線連接器30以類似方式經受3牛頓的機械負載。在96小時測試之後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計(Mark-10 Long Island，型號BG50)上將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至280至360牛頓之力並持續3秒。此測試期間，電力連接器18未發生故障。使用30至70牛頓之力，以類似方式測試天線連接器18。18個經合金IV焊接的天線連接器18中有10個發生故障。
III. 高溫儲存測試
測試樣品為具有經合金II以及合金IV焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。在此測試中，氣候控制室(在相對乾燥濕度下，
但不受控制)之溫度維持在恆定120℃下並持續24小時，同時電力連接器18無電負載或機械負載。在24小時結束之後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計上將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至210至290牛頓之力並持續3秒。使用50至75牛頓之力，以類似方式拉伸每一天線連接器18以測試天線連接器30。此測試期間，電力或天線連接器18、30未發生故障。
IV. 長期電負載測試
測試樣品為具有經合金II焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。在此測試中，氣候控制室(濕度相對乾燥，但不受控制)之溫度維持在恆定105℃下並持續500小時，且在整個500小時期間電流負載為14V。在500小時結束之後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計上將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至50牛頓之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障。
V. 熱驟變測試
測試樣品為具有經合金IV焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。在此測試中，一個循環由以下組成：在氣候控制室中將樣品加熱至105℃並持續1小時，其中無電負載或機械負載，隨後將樣品完全浸沒於冷水(約23℃或更低，來自冰箱)中。在每次循環之後用壓縮空氣乾燥樣品。在5個循環之後及隨後在10個循環之後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計上將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至17至290牛頓之力並持續3秒。使用50至80牛頓之力，以類似方式測試天線連接器18。在此測試期間未發生故障。
VI. 高濕度測試：恆定氣候
測試樣品為具有經合金II焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。將樣品在環境室中曝露於80℃之恆定溫度及>96% RH之濕度(生成蒸汽)並持續總共504小時，且在達到特定溫度及濕度之後10小時開始在電力連接器18上施加14V之電流負載(圖示約22A)並持續15分鐘，且在此後每24小時持續15分鐘直至504小時結束。在504小時結束之後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計上將各電力連接器18拉伸(在環境溫度下)至50牛頓之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障。
VII. 耐擋風玻璃清洗劑流體(Resistance to Screen Washer Fluids)
測試樣品為具有經合金II以及合金IV焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。此測試中，電力以及天線連接器18、30在23℃下藉由浸泡在模擬擋風玻璃清洗溶液中的海綿潤濕24小時，該溶液由69.5%蒸餾水、20%乙醇、10%異丙醇、0.5%乙二醇、以及0.09%月桂基硫酸鈉製成。24小時結束後，如圖6中所示且如上所述在數位測力計上將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至70至310牛頓之力並持續2秒。使用60至85牛頓之力，以類似方式測試每個天線連接器30。在此測試期間未發生故障。
VII. 鹽霧測試
測試樣品為具有經合金II焊接的電力以及天線連接器18、30之擋風玻璃。在此測試中，使測試樣品在測試室中曝露於鹽噴霧下96小時。鹽濃度為5%且pH值在6.5與7.2之間。鹽霧溫度設定為+35℃±2℃，且塔溫度設定為+48℃，其中空氣壓力在16psi與18psi之間。在96小時結
束之後，如圖6中所示且如上所述將每個電力連接器18(在環境溫度下)拉伸至50牛頓之力並持續2秒。在此測試期間未發生故障。
本發明的焊料組成物是無鉛合金，其提供更高的使用溫度，以及具有強度和延展性二者的機械性質以及本申請案所需的潤濕和穩定性的物理性質，同時提供所欲可製造性。所欲可製造性包括實現足夠低的加工溫度，從而可以減輕或消除製造容易發生的缺陷或故障以及在焊接含銀金屬化電接觸表面經常發生的銀浸出(清除)現象。可藉由基於銦-錫-銀之材料或基於銦-錫-銀之材料完成，該材料可以用銅、鎳、以及鐵或銻、銅、以及鋅冶金合金化或沉澱或分散。
如在本案所使用，一些具體實例中，實質上由所列材料組成的焊料組成物被限制於特定材料，且該等不會實質上影響焊料組成物以及包含焊料組成物的電連接器的基本及新穎特徵。焊料組成物的基本及新穎特徵包含本文所述熱(例如液相線以及固相線溫度)以及機械(例如以上所述性能測試)性質。
除了提供環保無鉛材料之外，本發明的焊料具有多項優點，諸如提供可用於汽車玻璃的無鉛焊料、提供在強度及延展性二者必須的機械性質以及耐受所欲高使用溫度，而同時保持所欲低製造加工溫度。
雖然已經根據其較佳具體實例說明本發明，但不欲被如此限制，而僅是如下文申請專利範圍之範圍。再者，使用第一、第二等用語並非代表任何順序重要性，而是該第一、第二用語係用於彼此區別。而且，使用a、an等用語並不代表對數量之限制，而是代表存在至少一種所引用項目。
Claims (27)
- 一種適合用作焊料的合金，其包含：約40重量%錫；約0.5重量%銅；約50重量%銦；約4.5重量%銀；約1.8重量%至約2.1重量%鎳；以及約2.9重量%至約3.2重量%鐵。
- 根據申請專利範圍第1項的合金，其中該合金包含約1.8重量%鎳以及約3.2重量%鐵。
- 根據申請專利範圍第1項的合金，其中該合金包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
- 根據申請專利範圍第1至3項中任一項的合金，其中該合金具有約109℃的固相線溫度以及約115℃的液相線溫度。
- 一種在玻璃元件(10)上的電連接，其包含：玻璃元件(10)；電接觸表面(16)，其包含在該玻璃元件(10)上的銀；以及電連接器(18，30)，其經適合用作焊料的合金層(20)焊接至在該玻璃元件(10)上的該電接觸表面(16)，該合金具有包含約40重量%錫、約0.5重量%銅、約50重量%銦；約4.5重量%銀、約1.8重量%至約2.1重量%鎳，以及約2.9重量%至約3.2重量%鐵的元素混合物。
- 根據申請專利範圍第5項的電連接，其中該合金包含約1.8重量%鎳以 及約3.2重量%鐵。
- 根據申請專利範圍第5項的電連接，其中該合金包含約2.1重量%鎳以及約2.9重量%鐵。
- 一種形成適合用作焊料的合金的方法，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約40重量%；添加銅以提供佔合金約0.5重量%；添加銦以提供佔合金約50重量%；添加銀以提供佔合金約4.5重量%；添加鎳以提供佔合金約1.8重量%至約2.1重量%；以及添加鐵以提供佔合金約2.9重量%至約3.2%鐵重量。
- 根據申請專利範圍第8項的方法，其中添加鎳以及添加鐵的步驟係藉由添加鎳-鐵合金以提供佔合金約5重量%而完成，其中鎳-鐵合金包含約36重量%至約42重量%鎳以及約58重量%至約64重量%鐵。
- 一種適合用作焊料的合金，其包含：約14重量%至約15重量%錫；約1重量%銻；約1重量%銅；約5重量%至約6重量%銀；約1重量%至約3重量%鎳；約1重量%鋅；以及約75重量%銦。
- 根據申請專利範圍第10項的合金，其中該合金包含約14重量%錫、5 重量%銀、以及約3重量%鎳。
- 根據申請專利範圍第10項的合金，其中該合金包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
- 根據申請專利範圍第10至12項中任一項的合金，其中該合金具有在約122℃及約124℃範圍之間的固相線溫度以及在約136℃及約138℃範圍之間的液相線溫度。
- 一種在玻璃元件上的電連接，其包含：玻璃元件(10)；電接觸表面(16)，其包含在該玻璃元件(10)上的銀；以及電連接器(18，30)，其經適合用作焊料的合金層(20)焊接至在該玻璃元件(10)上的該電接觸表面(16)，該合金具有包含約14重量%至約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約5重量%至約6重量%銀、約1重量%至約3重量%鎳、約1重量%鋅、以及約75重量%銦的元素混合物。
- 根據申請專利範圍第14項的電連接，其中該合金包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。
- 根據申請專利範圍第14項的電連接，其中該合金包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
- 一種形成適合用作焊料的合金的方法，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約14重量%至約15重量%；添加銻以提供佔合金約1重量%；添加銅以提供佔合金約1重量%；添加銀以提供佔合金約5重量%至約6重量%； 添加鎳以提供佔合金約1重量%至約3重量%；添加鋅以提供佔合金約1重量%；以及添加銦以提供佔合金約75重量%。
- 根據申請專利範圍第17項的方法，其中所得合金包含約14重量%錫、5重量%銀、以及約3重量%鎳。
- 根據申請專利範圍第17項的方法，其中所得合金包含約15重量%錫、6重量%銀、以及約1重量%鎳。
- 一種適合用作焊料的合金，其包含：約75重量%錫；約5重量%銀；以及約20重量%銦。
- 根據申請專利範圍第20項的合金，其中該合金具有約177℃的固相線溫度以及具有約188℃的液相線溫度。
- 一種在玻璃元件上的電連接，其包含：玻璃元件(10)；電接觸表面(16)，其包含在該玻璃元件(10)上的銀；以及電連接器(18，30)，其經適合用作焊料的合金層(20)焊接至在該玻璃元件(10)上的該電接觸表面(16)，該合金具有包含約75重量%錫、約5重量%銀、以及約20重量%銦的元素混合物。
- 一種形成適合用作焊料的合金的方法，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約75重量%；添加銀以提供佔合金約5重量%；以及 添加銦以提供佔合金約20重量%。
- 一種適合用作焊料的合金，其包含：約7重量%錫；約3重量%銀；以及約90重量%銦。
- 根據申請專利範圍第24項的合金，其中該合金具有約135℃的固相線溫度以及約140℃的液相線溫度。
- 一種在玻璃元件上的電連接，其包含：玻璃元件(10)；電接觸表面(16)，其包含在該玻璃元件(10)上的銀；以及電連接器(18，30)，其經適合用作焊料的合金層(20)焊接至在該玻璃元件(10)上的該電接觸表面(16)，該合金具有包含約7重量%錫、約3重量%銀、以及約90重量%銦的元素混合物。
- 一種形成適合用作焊料的合金的方法，該方法包含以下步驟：添加錫以提供佔合金約7重量%；添加銀以提供佔合金約3重量%；以及添加銦以提供佔合金約90重量%。
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