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TWI505897B - 無鉛焊料組成物 - Google Patents

無鉛焊料組成物 Download PDF

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TWI505897B
TWI505897B TW101103491A TW101103491A TWI505897B TW I505897 B TWI505897 B TW I505897B TW 101103491 A TW101103491 A TW 101103491A TW 101103491 A TW101103491 A TW 101103491A TW I505897 B TWI505897 B TW I505897B
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Jennie S Hwang
John Pereira
Alexandra M Mackin
Joseph C Gonsalves
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Antaya Technologies Corp
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Description

無鉛焊料組成物 【相關申請案】
本申請案主張2011年2月4日申請之美國臨時申請案第61/439,538號及2011年9月28日申請之美國臨時申請案第61/540,213號之權利。以上申請案之全部教示係以引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種焊料組成物。
車輛(諸如汽車)之前窗及後窗通常包括位於玻璃內或位於玻璃上的電子元件。典型地，電子元件為天線或除霜器。為了向該電子元件提供電連接，向玻璃塗覆較小區域之金屬塗層以製得與電子元件電連接之金屬化表面。隨後，將電連接器焊接於金屬化表面上。通常用含鉛(Pb)焊料將電(亦即電源)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，故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)之焊料組成物(下文中稱為「65銦焊料(65 Indium Solder)」)。
當將元件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致使汽車玻璃開裂。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元件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(在此情形中諸如玻璃及銅)，在焊點冷卻期間或在後續溫度偏離期間對焊料施加應力。焊料組成物需要具有足夠低的熔點(液相線)從而不會在焊接製程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失配之不利效應，在冷卻期間施加較高應力。然而，焊料組成物之熔點需要足夠高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時)不會熔融。然而，含銦焊料通常比其他焊料具有低得多的熔點。舉例而言，65銦焊料與鉛焊料160℃相比具有109℃之固相線溫度，且與鉛焊料224℃相比具有127℃之液相線溫度。一些車輛製造商需要將能夠經受得住高溫(例如對於一個原始設備製造商(OEM)為110℃且對於另一者為120℃)且在性能方面無任何劣化的玻璃製品。
因此，存在對適用於玻璃之相較於目前可用組成物可 經受更高高溫同時提供此應用領域之所有其他所需性質之無鉛焊料組成物的需要。
本發明一般係關於一種焊料組成物。
一個具體實例包括約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀。焊料組成物可具有範圍在介於約120℃和約145℃之間的固相線溫度及範圍在介於130℃和約155℃之間的液相線溫度。
在某些具體實例中，組成物另外包括約0.2重量%至約6重量%鋅。在某些其他具體實例中，組成物另外包括約0.01重量%至約0.3重量%鍺。在此等特定具體實例中，組成物可包括約70重量%至約86重量%銦。
在一些具體實例中，組成物包括約7重量%至約19重量%錫、約0.2重量%至約8重量%銻、約0.1重量%至約1.5重量%銅、約0.1重量%至約4重量%鎳、約70重量%至約80重量%銦及約4重量%至約8重量%銀。
在一些其他具體實例中，組成物包括約4重量%至約20重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.1重量%至約4重量%銅、約0.1重量%至約3重量%鎳、約71重量%至約86重量%銦及約1重量%至約6重量%銀。
在其他具體實例中，組成物包括約11重量%至約17重 量%錫、約0.5重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約5重量%鎳、約72重量%至約77重量%銦、約4重量%至約8.5重量%銀及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。在此等特定具體實例中，組成物可包括約13重量%至約15重量%錫、約0.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約75重量%銦、約5重量%至約8.5重量%銀及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。此等特定具體實例之實例可包括約15重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約14重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約13重量%錫、約1.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約13重量%錫、約2重量%銻、約1重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。
在其他具體實例中，組成物基本上由以下組成：約11重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約5重量%鎳、約72重量%至約77重量%銦、約4重量%至約8.5重量%銀及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。在此等特定具體實例中，組成物基本上可由以下組成：約13重量%至約15重量%錫、約0.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約75重量%銦、約5重量%至約8.5重量%銀及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。此等特定具體實例之實例基本上可由以下組成：約15重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例基本上可由以下組成：約14重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例基本上可由以下組成：約13重量%錫、約1.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量% 鋅，諸如約13重量%錫、約2重量%銻、約1重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。在此等特定具體實例中，焊料組成物可具有範圍在介於約120℃和約145℃之間、諸如範圍在介於約120℃和約135℃之間的固相線溫度及範圍在介於130℃和約155℃之間、諸如範圍在介於約130℃和約145℃之間的液相線溫度。
本發明亦係關於一種玻璃組件上之電連接，其包括玻璃組件、玻璃組件上含有銀的電接點表面及用焊料組成物層焊接至玻璃組件上之電接點表面的電連接器，該焊料組成物具有包含以下之元素混合物：約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀。在其他具體實例中，玻璃組件上之電連接包括玻璃組件、玻璃組件上含有銀的電接點表面及用焊料組成物層焊接至玻璃組件上之電接點表面的電連接器，該焊料組成物基本上由以下組成：約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀。
本發明亦係關於一種形成焊料組成物之方法，其包括將銦、鎳、銅、銀、銻及錫混合在一起形成包括約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約 66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀的合金。在一些具體實例中，銦與錫一起混合於第一熔融混合物中，且至少鎳、銅及銀於溶液中一起混合於添加至第一熔融混合物中的第二混合物中。在其他具體實例中，錫與鎳一起混合於熔融混合物中，且隨後將至少銅、銦及銀添加至熔融混合物中。在此等特定具體實例中，可在已將所有其他金屬添加至熔融混合物中之後添加鋅。
在一些具體實例中，錫以約7重量%至約19重量%之比例混合、銻以約0.2重量%至約8重量%之比例混合、銅以約0.1重量%至約1.5重量%之比例混合、鎳以約0.1重量%至約4重量%之比例混合、銦以約70重量%至約80重量%之比例混合且銀以約4重量%至約8重量%之比例混合。
在其他具體實例中，一種形成焊料組成物之方法，其包括將銦、鎳、銅、鋅、銀、銻及錫混合在一起形成包括約11重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約5重量%鎳、約72重量%至約77重量%銦、約4重量%至約8重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅的合金。在此等特定具體實例中，組成物可包括約13重量%至約15重量%錫、約0.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約75重量%銦、約5重量%至約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。此等特定具體實例之實例可包括約15重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量 %銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約14重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約13重量%錫、約1.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約13重量%錫、約2重量%銻、約1重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。
除提供環境友好的無鉛材料以外，本發明之焊料組成物具有許多優點，諸如提供可用於汽車玻璃之無鉛組成物，在強度及延性方面提供必需的機械性質且經受所需較高操作溫度，同時保留所需較低製造製程溫度。
自如在隨附圖式(其中同樣的參考字符在不同視圖中指代相同零件)中說明的本發明之例示具體實例之以下更特定描述將顯而易知前述內容。圖式未必按比例繪製，而 是著重在於說明本發明之具體實例。
本發明提供一種適用於將電子組件焊接至玻璃上以便與玻璃內或玻璃上之電子元件電連接的焊料組成物。參照圖1，採用汽車之後窗10(例如在歐洲亦稱為背光(backlight))作為說明性實例。窗(玻璃組件)10包括由嵌入窗10內或沈積於窗10內表面上之電阻性除霜線14組成的風窗除霜器12。除霜線14與位於窗10之內表面上的一對電接點條(電接點表面，亦稱為匯流條)16電連接。電接點條16由沈積於窗10之內表面上的導電塗層組成。典型地，電接點條16由含銀材料形成。
當將元件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。為了解決原始設備製造商(OEM)關於在汽車玻璃上使用無鉛焊料的一些顧慮，汽車玻璃供應商(諸如CLEPA(歐洲汽車供應商協會))已開發數種測試，包括溫度週期變化、持續頂點濕度、頂點溫度與濕度及高溫儲存。為了解決OEM對焊料熔點之顧慮，一個測試包括用65銦焊料焊接至連接器上之在105℃下儲存500小時的玻璃樣品，在儲存期間將500公克砝碼懸掛於各連接器上，但在測試期間連接器未自玻璃脫離。然而，OEM(諸如歐洲汽車製造商協會(ACEA))提出溫度可高達115℃至120℃。
開發本發明之焊料組成物來解決OEM之上述顧慮。參照圖2，使用標準焊接技術(諸如電阻焊接元件或火焰、微火焰、熱鐵、熱空氣及感應加熱)採用本發明之焊料組成 物層20將電(亦即電力)連接器18焊接至窗10上的各電接點條(亦即匯流條)16上。焊接可在環境空氣氛圍中進行，無需惰性氣體環境。隨後，電力線22可與電連接器18電連接以向風窗除霜器12(圖1)提供電力。以下提供焊料性能測試及結果。
在一個具體實例中，本發明焊料組成物20包括約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀。
在一些具體實例中，組成物20包括約1重量%至約7重量%銀。在某些具體實例中，組成物20包括約0.2重量%至約8重量%銻。在其他具體實例中，組成物20包括約3重量%至約7重量%銀。在其他具體實例中，組成物20包括約1重量%至約4重量%銀。
在某些具體實例中，組成物20另外包括約0.2重量%至約6重量%鋅。在某些其他具體實例中，組成物20另外包括約0.3重量%至約6重量%鋅。在其他具體實例中，組成物20另外包括約3重量%至約5重量%鋅。
在某些其他具體實例中，組成物20另外包括約0.01重量%至約0.3重量%鍺。在此等特定具體實例中，組成物20可包括約70重量%至約86重量%銦。
在一些具體實例中，組成物20包括約7重量%至約19重量%錫、約0.2重量%至約8重量%銻、約0.1重量%至約1.5重量%銅、約0.1重量%至約4重量%鎳、約70重量% 至約80重量%銦及約4重量%至約8重量%銀。
在某些具體實例中，組成物20包括約74重量%至約78重量%銦。在此等特定具體實例中，組成物20可包括約5重量%至約10重量%錫或約12重量%至約19重量%錫或約12重量%至約16重量%錫。在某些其他具體實例中，組成物20包括約74重量%至約80重量%銦。在其他具體實例中，組成物20包括約0.1重量%至約3重量%鎳。在其他具體實例中，組成物20包括約0.2重量%至約5重量%銻。
在其他具體實例中，組成物20包括約11重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約5重量%鎳、約72重量%至約77重量%銦、約4重量%至約7重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。在此等特定具體實例中，組成物20可包括約13重量%至約15重量%錫、約0.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約75重量%銦、約5重量%至約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。此等特定具體實例之實例可包括約15重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約6重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約14重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5 重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。此等特定具體實例之其他實例可包括約13重量%錫、約1.5重量%至約2.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約0.5重量%至約1.5重量%鋅，諸如約13重量%錫、約2重量%銻、約1重量%銅、約4重量%鎳、約74重量%銦、約5重量%銀及約1重量%鋅。
焊料組成物20可具有範圍在介於約120℃和約145℃之間的固相線溫度及範圍在介於130℃和約155℃之間的液相線溫度。固相線溫度實際上定義為合金開始熔融之溫度。在固相線溫度以下，物質完全呈固體，無熔融相。液相線溫度為晶體(未熔融金屬或合金)可與熔融物共存的最高溫度。在液相線溫度以上，材料為均質的，僅由熔融物組成。焊料處理溫度高於液相線溫度若干度，該等度數由焊接技術決定。
在一特定具體實例中，組成物20包括約14重量%至約16重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦及約6重量%至約8重量%銀，諸如約15重量%錫、約1.0重量%銻、約1.0重量%銅、約1.0重量%鎳、約75重量%銦及約7重量%銀。此具體實例中之其他組成物可包括約14重量%至約21重量%錫、約0.2重 量%至約3重量%銻、約0.1重量%至約4.0重量%銅、約0.1重量%至約3.0重量%鎳、約72重量%至約80重量%銦及約1重量%至約8重量%銀。
在第二特定具體實例中，組成物20包括約14重量%至約16重量%錫、約2重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦及約4重量%至約6重量%銀，諸如約15重量%錫、約3.0重量%銻、約1.0重量%銅、約1.0重量%鎳、約75重量%銦及約5重量%銀。
在第三特定具體實例中，組成物20包括約12重量%至約14重量%錫、約2重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦及約4重量%至約6重量%銀，諸如約13重量%錫、約3.0重量%銻、約1.0重量%銅、約3.0重量%鎳、約75重量%銦及約5重量%銀或約14重量%錫、約3.0重量%銻、約1.0重量%銅、約2.0重量%鎳、約75重量%銦及約5重量%銀。
在第四特定具體實例中，組成物20包括約7重量%至約9重量%錫、約4重量%至約6重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦、約4重量%至約6重量%銀及約2重量%至約4重量%鋅，諸如約8重量%錫、約5.0重量%銻、約1.0重量%銅、約3.0重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約3.0重量%鋅。
在第五特定具體實例中，組成物20包括約7重量%至約9重量%錫、約4重量%至約6重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦、約4重量%至約6重量%銀及約4重量%至約6重量%鋅，諸如約8重量%錫、約5.0重量%銻、約1.0重量%銅、約1.0重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約5.0重量%鋅。
在第六特定具體實例中，組成物20包括約7重量%至約9重量%錫、約4重量%至約6重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦、約4重量%至約6重量%銀、約2重量%至約4重量%鋅及約0.05重量%至約0.2重量%鍺，諸如約8重量%錫、約4.9重量%銻、約1.0重量%銅、約3.0重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀、約3.0重量%鋅及約0.1重量%鍺。
在一些其他具體實例中，組成物20包括約4重量%至約20重量%錫、約0.2重量%至約8重量%銻、約0.1重量%至約4重量%銅、約0.1重量%至約3重量%鎳、約71重量%至約86重量%銦及約1重量%至約6重量%銀。在某些具體實例中，組成物20包括約10重量%至約19重量%錫。在某些其他具體實例中，組成物20包括約74重量%至約80重量%銦。在此等特定具體實例中，組成物20可包括約1重量%至約7重量%銀。在一些具體實例中，組成物20可包括約3.5重量%銅。在某些其他具體實例中，組成物20 包括約0.1重量%至約1重量%鎳。在其他具體實例中，組成物20包括約1重量%至約2重量%鎳。在其他具體實例中，組成物20包括約0.2重量%至約2重量%銻。在其他具體實例中，組成物20包括約2重量%至約6重量%銻。
在第七特定具體實例中，組成物20包括約18重量%至約20重量%錫、約0.2重量%至約1.0重量%銻、約0.1重量%至約1.0重量%銅、約0.1重量%至約1.0重量%鎳、約77重量%至約80重量%銦及約1重量%至約3重量%銀，諸如約18.99重量%錫、約0.24重量%銻、約0.18重量%銅、約0.30重量%鎳、約78.70重量%銦及約1.48重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約135℃且固相線為約124℃。
在第八特定具體實例中，組成物20包括約13重量%至約16重量%錫、約1.0重量%至約3.0重量%銻、約3.0重量%至約4.0重量%銅、約0.2重量%至約1.5重量%鎳、約74重量%至約76重量%銦及約3重量%至約5重量%銀，諸如約14.77重量%錫、約1.93重量%銻、約3.50重量%銅、約0.60重量%鎳、約74.91重量%銦及約3.87重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約135℃且固相線為約123℃。
在第九特定具體實例中，組成物20包括約11重量%至約14重量%錫、約2.0重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約2重量%銅、約1.0重量%至約3重量%鎳、約76重量%至約79重量%銦及約2重量%至約5重量%銀，諸如約 12.68重量%錫、約2.91重量%銻、約1.22重量%銅、約1.87重量%鎳、約77.30重量%銦及約3.54重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約138℃且固相線為約127℃。
在第十特定具體實例中，組成物20包括約6重量%至約9重量%錫、約3.0重量%至約5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約1.0重量%至約3重量%鎳、約76重量%至約79重量%銦、約4重量%至約6重量%銀及約2重量%至約4重量%鋅，諸如約7.66重量%錫、約3.75重量%銻、約0.92重量%銅、約1.88重量%鎳、約77.30重量%銦、約5.21重量%銀及約3.17重量%鋅。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約143.4℃且固相線為約129℃。
在第十一特定具體實例中，組成物20包括約7重量%至約9重量%錫、約4重量%至約6重量%銻、約0.2重量%至約1.0重量%銅、約0.2重量%至約1.5重量%鎳、約73重量%至約76重量%銦、約4重量%至約6重量%銀及約4重量%至約6重量%鋅，諸如約8.45重量%錫、約5.42重量%銻、約0.40重量%銅、約0.54重量%鎳、約74.21重量%銦、約5.54重量%銀及約4.86重量%鋅。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約139.4℃且固相線為約127℃。
在第十二特定具體實例中，組成物20包括約4重量%至約6重量%錫、約1.0重量%至約2.0重量%銻、約0.1重量%至約2重量%銅、約0.1重量%至約1.0重量%鎳、約84重量%至約86重量%銦、約1重量%至約2重量%銀、約0.2 重量%至約1重量%鋅及小於約0.001重量%至約0.15重量%鍺，諸如約5.31重量%錫、約1.52重量%銻、約1.07重量%銅、約0.15重量%鎳、約85.56重量%銦、約1.45重量%銀、約0.46重量%鋅及小於約0.001重量%鍺。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約140℃且固相線為約132.4℃。
在第十三特定具體實例中，組成物20包括約18重量%至約20重量%錫、約0.2重量%至約2重量%銻、約0.1重量%至約4.0重量%銅、約0.1重量%至約3.0重量%鎳、約72重量%至約75重量%銦及約1重量%至約4重量%銀，諸如約19.49重量%錫、約1.03重量%銻、約2.84重量%銅、約1.26重量%鎳、約73.62重量%銦及約2.79重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約134.71℃且固相線為約123.74℃。
在第十四特定具體實例中，組成物20包括約16重量%至約19重量%錫、約3.0重量%至約6.0重量%銻、約2.0重量%至約4.0重量%銅、約0.5重量%至約3.0重量%鎳、約70重量%至約73重量%銦及約1重量%至約4重量%銀，諸如約18.23重量%錫、約4.57重量%銻、約2.7重量%銅、約1.49重量%鎳、約71.05重量%銦及約2.60重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約135.52℃且固相線為約122.98℃。
在第十五特定具體實例中，組成物20包括約15重量%至約18重量%錫、約1.0重量%至約4重量%銻、約1.5重 量%至約3.5重量%銅、約1.0重量%至約4重量%鎳、約71重量%至約75重量%銦及約2重量%至約5重量%銀，諸如約16.95重量%錫、約2.69重量%銻、約2.4重量%銅、約2.82重量%鎳、約72.84重量%銦及約3.31重量%銀。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約139.01℃且固相線為約125.39℃。
在第十六特定具體實例中，組成物20包括約7重量%至約11重量%錫、約3.0重量%至約5重量%銻、約1.5重量%至約3.5重量%銅、約0.5重量%至約3重量%鎳、約79重量%至約82重量%銦、約1.0重量%至約4重量%銀及約0.01重量%至約1重量%鋅，諸如約9.02重量%錫、約4.12重量%銻、約2.21重量%銅、約1.09重量%鎳、約80.12重量%銦、約2.80重量%銀及約0.05重量%鋅。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約142.11℃且固相線為約130.91℃。
在第十七特定具體實例中，組成物20包括約9重量%至約12重量%錫、約4重量%至約6重量%銻、約1.5重量%至約3.5重量%銅、約0.5重量%至約3.0重量%鎳、約75重量%至約78重量%銦、約1重量%至約3重量%銀及約0.01重量%至約1重量%鋅，諸如約10.69重量%錫、約5.32重量%銻、約2.58重量%銅、約1.55重量%鎳、約76.03重量%銦、約2.11重量%銀及約0.05重量%鋅。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約140.37℃且固相線為約126.93℃。
在第十八特定具體實例中，組成物20包括約8重量%至約10重量%錫、約2.0重量%至約5.0重量%銻、約2重量%至約4重量%銅、約0.5重量%至約3.0重量%鎳、約79重量%至約82重量%銦、約2重量%至約4重量%銀、約0.01重量%至約1重量%鋅及小於約0.001重量%至約0.15重量%鍺，諸如約9.03重量%錫、約3.43重量%銻、約3重量%銅、約0.95重量%鎳、約80.57重量%銦、約3.32重量%銀、約0.1重量%鋅及小於約0.001重量%鍺。此特定具體實例之熔點或溫度(液相線)為約141.67℃且固相線為約130.30℃。
在第十九特定具體實例中，組成物20包括約10重量%至約14重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約73重量%至約77重量%銦、約5重量%至約9重量%銀及約2重量%至約4重量%鋅，諸如約12重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦、約7重量%銀及約3重量%鋅。
在第二十特定具體實例中，組成物20包括約6重量%至約10重量%錫、約3重量%至約7重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約73重量%至約77重量%銦、約3重量%至約7重量%銀及約2重量%至約4重量%鋅，諸如約8重量%錫、約5重量%銻、約1重量%銅、約3重量%鎳、約75重量%銦、約5重量%銀及約3重量%鋅。
在第二十一特定具體實例中，組成物20包括約12重量%至約16重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約1重量%鋅、約75重量%銦及約7重量%銀。
在第二十二特定具體實例中，組成物20包括約20重量%至約24重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約66重量%至約70重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約22重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約68重量%銦及約7重量%銀。
在第二十三特定具體實例中，組成物20包括約18重量%至約22重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約2重量%至約4重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約66重量%至約70重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約20重量%錫、約1重量%銻、約3重量%銅、約1重量%鎳、約68重量%銦及約7重量%銀。
在第二十四特定具體實例中，組成物20包括約12重量%至約16重量%錫、約1重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約14重量%錫、約2重量%銻、約1重量%銅、約1重 量%鎳、約75重量%銦及約7重量%銀。
在第二十五特定具體實例中，組成物20包括約11重量%至約15重量%錫、約2重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約13重量%錫、約3重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦及約7重量%銀。
在第二十六特定具體實例中，組成物20包括約14重量%至約18重量%錫、約2重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約70重量%至約74重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約16重量%錫、約3重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約72重量%銦及約7重量%銀。
在第二十七特定具體實例中，組成物20包括約18重量%至約22重量%錫、約2重量%至約4重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約66重量%至約70重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約20重量%錫、約3重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約68重量%銦及約7重量%銀。
在第二十八特定具體實例中，組成物20包括約13重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約9重量%銀，諸如約15重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、 約1重量%鎳、約75重量%銦及約7重量%銀。
在第二十九特定具體實例中，組成物20包括約13重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約8.5重量%銀，諸如約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。
在第三十特定具體實例中，組成物20包括約12重量%至約16重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約73重量%至約77重量%銦及約3重量%至約7重量%銀，諸如約14.14重量%錫、約0.76重量%銻、約0.64重量%銅、約2.24重量%鎳、約0.75重量%鋅、約76.07重量%銦及約5.81重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約137.58℃且固相線為約125.92℃。
在第三十一特定具體實例中，組成物20包括約11重量%至約15重量%錫、約1重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約3重量%至約5重量%鎳、約0.3重量%至約1.5重量%鋅、約72重量%至約76重量%銦及約4重量%至約6重量%銀，諸如約13.43重量%錫、約 1.31重量%銻、約0.94重量%銅、約2.65重量%鎳、約0.49重量%鋅、約72.97重量%銦及約7.54重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約140.64℃且固相線為約129.24℃。
在第三十二特定具體實例中，組成物20基本上由以下組成：約13重量%至約17重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約73重量%至約77重量%銦及約5重量%至約8.5重量%銀，諸如約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。此焊料組成物之電阻率為約16.24×10-6 Ω．cm。
如在本申請案中所用，在一些具體實例中，基本上由所列材料組成之焊料組成物限於規定材料及並不實質上影響焊料組成物及包括焊料組成物之電連接器的基本及新穎特性的材料。焊料組成物之基本及新穎特性包括本文所述之熱性質(例如液相線及固相線溫度)及機械性質(例如下文所述之性能測試)。
在第三十三特定具體實例中，組成物20基本上由以下組成：約12重量%至約16重量%錫、約0.5重量%至約1.5重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約2重量%至約4重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約73重量% 至約77重量%銦及約3重量%至約7重量%銀，諸如約14.14重量%錫、約0.76重量%銻、約0.64重量%銅、約2.24重量%鎳、約0.75重量%鋅、約76.07重量%銦及約5.81重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約137.58℃且固相線為約125.92℃。
在第三十四特定具體實例中，組成物20基本上由以下組成：約11重量%至約15重量%錫、約1重量%至約3重量%銻、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約3重量%至約5重量%鎳、約0.3重量%至約1.5重量%鋅、約72重量%至約76重量%銦及約4重量%至約8重量%銀，諸如約13.43重量%錫、約1.31重量%銻、約0.94重量%銅、約2.65重量%鎳、約0.49重量%鋅、約72.97重量%銦及約7.54重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約140.64℃且固相線為約129.24℃。
其他組成物可包括約8重量%錫、約10重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約75重量%銦及約5重量%銀；或約11重量%錫、約10重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約72重量%銦及約5重量%銀；或約14重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約1重量%鎳、約1重量%鍺、約75重量%銦及約7重量%銀；或約21重量%錫、約1重量%銻、約1重量%銅、約68重量%銦及約9重量%銀；或約22重量%錫、約1重量%銻、約5重量%銅、約1重量%鎳、約68重量%銦及約7重量%銀；或約16重量%錫、約1重量%銻、約5重量%銅、約1重量%鎳、約68重量% 銦及約9重量%銀；或約17重量%錫、約1重量%銻、約5重量%銅、約68重量%銦及約9重量%銀；或約16重量%錫、約3重量%銻、約1重量%銅、約75重量%銦及約5重量%銀。
本發明亦係關於如圖1及圖2中所示之玻璃組件上的電連接，其包括玻璃組件、玻璃組件上含有銀之電接點表面及用焊料組成物層焊接至玻璃組件上之電接點表面上的電連接器，該焊料組成物具有包含約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀的元素混合物。在其他具體實例中，玻璃組件上之電連接包括玻璃組件、玻璃組件上含有銀之電接點表面及用焊料組成物層焊接至玻璃組件上之電接點表面上的電連接器，該焊料組成物基本上由以下組成：約4重量%至約25重量%錫、約0.1重量%至約8重量%銻、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.03重量%至約4重量%鎳、約66重量%至約90重量%銦及約0.5重量%至約9重量%銀。
圖3A中所示形成焊料組成物20之方法100包括將銦、鎳、銅、銀、銻及錫混合在一起形成包括約66重量%至約90重量%銦、約0.5重量%至約9重量%銀、約0.03重量%至約3重量%鎳、約0.03重量%至約4重量%銅、約0.1重量%至約8重量%銻及約4重量%至約25重量%錫的合金。方法100包括在步驟110熔融銦及錫及在步驟120添加銻。 方法100可視情況包括在步驟130混合約0.3重量%至約5重量%鋅及在步驟140視情況混合約0.01重量%至約0.3重量%鍺。在一些具體實例中，銦與錫在步驟110一起混合於第一熔融混合物中，且至少鎳、銅及銀在步驟115於溶液中一起混合於第二混合物中，隨後在步驟125冷卻其，視情況在步驟135進行粉碎，且隨後在步驟150添加至第一熔融混合物中。形成焊料組成物20之方法的流程圖顯示於圖3A中。方法可在環境空氣氛圍中進行，無需惰性氣體環境或真空。
在一些具體實例中，銦以約70重量%至約80重量%之比例混合、銀以約4重量%至約8重量%之比例混合、鎳以約0.1重量%至約4重量%之比例混合、銅以約0.1重量%至約1.5重量%之比例混合、銻以約0.2重量%至約8重量%之比例混合且錫以約7重量%至約19重量%之比例混合。所得合金具有呈以上針對焊料組成物20所述之比例的銦、銀、鎳、銅、銻、錫及視情況選用之鋅及鍺。
在其他具體實例中，形成焊料組成物20之方法100包括將銦、鎳、銅、鋅、銀、銻及錫混合在一起形成包括約72重量%至約77重量%銦、約4重量%至約8.5重量%銀、約0.5重量%至約5重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.3重量%至約1.5重量%鋅、約0.5重量%至約3重量%銻及約11重量%至約17重量%錫的合金。在此等特定具體實例中，組成物20可包括約74重量%至約75重量%銦、約5重量%至約6重量%銀、約1重量%至約4重量% 鎳、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約0.5重量%至約2.5重量%銻及約13重量%至約15重量%錫。此等特定具體實例之實例可包括約75重量%銦、約6重量%銀、約1重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約0.5重量%至約1.5重量%銻及約15重量%錫，諸如約75重量%銦、約6重量%銀、約1重量%鎳、約1重量%銅、約1重量%鋅、約1重量%銻及約15重量%錫。此等特定具體實例之其他實例可包括約75重量%銦、約5重量%銀、約3重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約0.5重量%至約1.5重量%銻及約14重量%錫，諸如約75重量%銦、約5重量%銀、約3重量%鎳、約1重量%銅、約1重量%鋅、約1重量%銻及約14重量%錫。此等特定具體實例之其他實例可包括約74重量%銦、約5重量%銀、約4重量%鎳、約0.5重量%至約1.5重量%銅、約0.5重量%至約1.5重量%鋅、約1.5重量%至約2.5重量%銻及約13重量%錫，諸如約74重量%銦、約5重量%銀、約4重量%鎳、約1重量%銅、約1重量%鋅、約2重量%銻及約13重量%錫。
圖3B中所示之形成上述焊料組成物20之另一方法200包括在步驟210在高溫熔爐鍋(諸如感應加熱熔錫鍋(例如S.M.Manfredy，型號N.481))中加熱所需量之錫(Sn)直至錫完全熔融。感應加熱熔錫鍋為適宜用於將相對較小批量焊料加熱至高溫的熔爐，但其需要隨後進行在鍋中添 加成分並攪拌熔融混合物，同時出於安全原因關掉電流(加熱)。在步驟220，關掉鍋且所需量之鎳(Ni)以較佳3/16"見方厚度約0.010"之薄片形式添加。下文所述之所有其他金屬均可以鑄錠形式添加。觀察到，在攪拌下，鎳薄片黏附於熔融混合物上且相較於鎳粉更易於熔融成溶液，且將鎳熔融成溶液相對困難之部分原因在於鎳為此焊料組成物中熔點最高的金屬(熔點1455℃)。在攪拌之後，鎳在步驟230成為溶液，打開鍋至高熱持續約10分鐘，直至熔融溫度達到約1500℉。隨後，在步驟240，再次關掉鍋且添加所需量之銅(Cu)、銀(Ag)、銦(In)、銻(Sb)及視情況選用之鍺(Ge)且在步驟250攪拌，直至其熔融成金屬溶液。隨後，在步驟255打開鍋至高熱，直至熔融溫度達到約1400℉。在步驟260關掉鍋，且添加所需(視情況選用之)量之鋅(Zn)且攪拌直至熔融成金屬溶液。隨後打開鍋至低熱持續幾分鐘以平衡金屬溶液，此後合金備用於傾注成鑄錠。觀察到鋅需要作為最後成分添加，原因在於其熔點相對較低(熔點419.5℃)且含鋅金屬溶液過度的曝露於高溫可導致鋅自金屬溶液中汽化。
元素在焊料組成物中之作用
本發明之焊料組成物為一種無鉛合金，其提供較高操作溫度以及在強度及延性方面之機械性質及本發明應用中所需之在潤濕及穩定性方面的物理性質，同時提供所需可製造性。所需可製造性包括能夠實現足夠低之製程溫度，使得常在焊接含銀金屬化電接點表面時發生的製造易出現 缺陷或故障及銀浸出(除去)現象減少或消除。此係藉由用銻、銅、鎳、銀、錫及視情況選用之鍺及鋅冶金合金化或沈澱或分散之銦基材料來實現。
鎳及銅與其他元素組合有助於總體性能(包括所需之處理溫度升高)且亦有助於在指定製程條件下的機械性質。鎳及銅即使以少量(諸如0.03重量%)添加亦可有效。此等量比一般公認之鎳雜質含量(0.01%)大且比並不包括用銅電路焊接至印刷電路板上之應用中一般公認之銅雜質含量大。銻與其他元素組合有助於獲得所要溫度範圍。銻即使以少量(諸如0.1重量%)添加亦可有效。鋅與其他元素組合有助於增強合金強度而不實質上降低處理溫度。鋅即使以少量(諸如0.3重量%)添加亦可有效，其比一般公認之鋅雜質含量(0.003%)大。鍺與其他元素組合可有助於焊料組成物之可處理性，此歸因於其抗氧化性，但在一些情況下鍺在組成物中可能不易偵測到。鍺即使以少量(諸如0.01重量%或更低)添加亦可有效。
例證
焊料組成物20之重量%結果之特定實施例係利用感應耦合電漿原子發射光譜(ICP-AEC)獲得。固相線及液相線溫度結果係利用差示掃描熱量測定法(DSC)獲得。
焊料性能測試及結果
I.溫度循環測試
此測試根據DIN EN ISO 16750-4-H章節5.3.1.2進行。測試樣品為其中電力連接器用本發明之焊料組成物之特定 具體實例焊接的11塊玻璃前窗(4塊較大、4塊中等及3塊較小)。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4A及圖4B中。電力連接器18a及18b在下文中稱作電力連接器18；各焊料墊19之面積為約64 mm2 ，且如圖5中所示，焊料組成物20具有約0.5 mm之厚度。電力連接器18藉由以下操作焊接於前窗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，且使用電阻焊接元件以範圍在約750瓦特．秒至約1050瓦特．秒內(諸如約900瓦特．秒)的能量輸入將電力連接器18焊接至前窗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固定就位於前窗10上並持續範圍在約8秒至約12秒內(諸如約10秒)的時間。焊料組成物20基本上由以下組成：約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。包括與電接點條16及前窗10上之電力線22連接之電力連接器18的完成之總成的示意圖顯示於圖6中。
在此測試中(說明於圖7中)，氣候控制室(例如Russells,Holland MI，型號RDV-42-25-25/11900955在相對乾燥濕度下，但不受控制)之溫度在8小時總時間期間自環境(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，隨後重回至環境溫度，同時自-40℃步驟結束時開始經由電力線22施加14 V電流負載且終止於105℃步驟結束時，如圖7中所示各別箭頭所指示。在20個循環之後，如圖8中所示，在拉力測試300中(在環境溫度下)以整體垂直於焊料層20及前窗表面10之方向將各電力連接器18在數位測力計310(Mark-10 Long Island,NY，型號BG100)上牽拉至50 N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人工操作。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
II.熱浸測試(Heat Soak Test)
此測試根據DIN EN ISO 16750-4-K章節5.1.2.2在9個前窗樣品上進行，該等前窗樣品包括5個用測試I中所用相同的焊料組成物焊接的電力連接器。兩個前窗樣品使用基本上由以下組成之焊料組成物：約14.14重量%錫、約0.76重量%銻、約0.64重量%銅、約2.24重量%鎳、約0.75重量%鋅、約76.07重量%銦及約5.81重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約137.58℃且固相線為約125.92℃。另外兩個前窗樣品使用基本上由以下組成之焊料組成物：約13.43重量%錫、約1.31重量%銻、約0.94重量%銅、約2.65重量%鎳、約0.49重量%鋅、約72.97重量%銦及約7.54重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約140.64℃且固相線為約129.24℃。
在此測試400中(說明於圖9中)，氣候控制室(A & W Blake Hot Chamber)之溫度在105℃下保持96小時，同時在整個96小時期間經由電力線22施加14V之電流負載及以整體垂直於焊料層20及前窗表面10之方向施加6N由於重力加速度而垂直向下定向的機械負載(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)。電力連接器之溫度(利用熱電偶430量測)在測試期間因所施加之電負載而增至約120℃之最大值。在96小時測試之後，如圖8中所示且如上所述(在環境溫度下)在數位測力計(Mark-10 Long Island，型號BG50)上將各電力連接器牽拉至50N之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開或微裂隙)。
III.高溫儲存測試
此測試在與以上針對測試I所用之相同測試樣品上進行。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，同時電力連接器無電負載或機械負載。在24小時結束之後，如圖8中所示且如上所述(在環境溫度下)在數位測力計(Mark-10 Long Island,NY，型號BG100)上將各電力連接器牽拉至50N之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
IV.長期電負載測試
此測試在與以上針對測試I及測試III所用之相同測試樣品上進行。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8中所示且如上所述(在環境溫度下)在數位測力計(Mark-10 Long Island,NY，型號BG100)上將各電力連接器牽拉至50N之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
V.熱驟變測試
此測試根據DIN EN ISO 16750-4-H章節5.4.2進行。測試樣品為5個各具有30個電力連接器之12"×12"強化玻璃板。板為4mm厚，經染色，以搪瓷印刷且套印有6個1"寬之銀條。電力連接器焊接於銀條上。兩個板上之電力連接器用基本上由以下組成之焊料組成物焊接：約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。另一板上之電力連接器用基本上由以下組成之焊料組成物焊接：約14.14重量%錫、約0.76重量%銻、約0.64重量%銅、約2.24重量%鎳、約0.75重量%鋅、約76.07重量%銦及約5.81重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約137.58℃且固相線為約125.92℃。另一板上之電力連接器用基本上由以下組成之焊料組成物焊接：約13.43重量%錫、約1.31重量%銻、約0.94重量%銅、約2.65重量%鎳、約0.49重量%鋅、約72.97重量%銦及約7.54重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液 相線)為約140.64℃且固相線為約129.24℃。
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8中所示且如上所述(在環境溫度下)在數位測力計(Mark-10 Long Island,NY,型號BG100)上將各電力連接器牽拉至50N之力並持續3秒。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
VI.高濕度測試；恆定氣候
在此測試中，根據DIN EN ISO 6270-2-CH進行，將8個前窗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，且在達到規定溫度及濕度之後10小時開始在電力連接器上施加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。電力連接器之溫度(利用熱電偶量測)在測試期間因所施加之電負載而增加至約95℃之最大值。在504小時結束之後，如圖8中所示且如上所述(在環境溫度下)在數位測力計(Mark-10 Long Island,NY，型號BG100)上將各電力連接器牽拉至50N之力並持續3秒。若銀層(電接點表面16)在504小時期間或在拉力測試期間與玻璃10分離，則不能進行拉力測試及電測試，且焊料接點被評估為良好。然而，以上在測試V中所述的三個焊料組成物各自有一個前窗樣品完成高濕度/恆定 氣候測試且未發生故障(亦即連接器斷開)。
VII.耐擋風玻璃清洗劑流體性
測試樣品為各具有30個電力連接器之12"×12"玻璃板(如上所述)，該等電力連接器用基本上由以下組成之焊料組成物焊接：約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。
在此測試中，測試樣品浸沒於模擬前窗清洗劑溶液中24小時，該前窗清洗劑溶液由以下製成：11又1/8杯水、3又1/6杯乙醇、1.6杯異丙醇、1又1/4湯匙乙二醇及四分之一湯匙十二烷基硫酸鈉。在24小時結束之後，如圖8中所示且如上所述(在環境溫度下)牽拉各電力連接器，例外為測力計310為以100mm/min之速率在測力計上操作至50N之力並持續2秒的Instron測力計(Instron,Norwood,MA型號5544)。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
VII.鹽霧測試
此測試根據DIN EN ISO 9227章節8進行。測試樣品為各具有(如上所述)30個電力連接器之12"×12"玻璃板，該等電力連接器用基本上由以下組成之焊料組成物焊接：約14.05重量%錫、約0.98重量%銻、約0.87重量%銅、約0.70重量%鎳、約0.63重量%鋅、約74.74重量%銦及約7.98重量%銀。此焊料組成物之熔點或溫度(液相線)為約133.18℃且固相線為約123.94℃。
在此測試中，使測試樣品在測試室(Harshaw型號22)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16磅/平方吋(psi)與18磅/平方吋之間。在96小時結束之後，如圖8中所示且如上所述(在環境溫度下)牽拉各電力連接器，例外為測力計310為以100 mm/min之速率操作至50 N之力並持續2秒的Instron測力計(Instron,Norwood,MA型號5544)。在此測試期間未發生故障(亦即連接器斷開)。
本文中所引用之所有專利、公開申請案及參考文獻之教示均以其全文引用的方式併入本文中。
雖然本發明已參照其例示具體實例特定展示及描述，但熟習此項技術者應瞭解，在不脫離由隨附申請專利範圍涵蓋的本發明之範疇之情況下，可在其中進行形式及細節之各種改變。
10‧‧‧後窗
12‧‧‧風窗除霜器
14‧‧‧除霜線
16‧‧‧電接點條
18‧‧‧電連接器
18a‧‧‧橋連端點電力連接器
18b‧‧‧橋連端點電力連接器
19‧‧‧焊料墊
20‧‧‧焊料組成物
22‧‧‧電力線
300‧‧‧拉力測試
310‧‧‧數位測力計
320‧‧‧鉤
330‧‧‧手柄
400‧‧‧測試
410‧‧‧連接砝碼
420‧‧‧鉤
430‧‧‧熱電偶
圖1為包括電動操作除霜器之汽車後窗的內視圖。
圖2為焊接至圖1之後窗電接點上之電連接器的側視圖，其中後窗、電接點及焊料以剖面展示。
圖3A為形成本發明中焊料組成物之具體實例的一方法之流程圖之示意圖。
圖3B為形成本發明中焊料組成物之具體實例的另一方法之流程圖之示意圖。
圖4A及圖4B為可用本發明之焊料組成物焊接的電力連接器之示意圖。
圖5為用本發明之焊料組成物焊接於前窗上的電力連接器之示意圖。
圖6為使用本發明之焊料組成物之前窗總成的示意圖。
圖7為在本發明焊料組成物之具體實例的溫度循環測試之一個循環期間溫度隨時間而變的圖示。
圖8為使用測力計測試本發明焊料組成物之性能的拉力測試之示意圖。
圖9為使用砝碼測試本發明焊料組成物之性能的拉力測試之示意圖。

Claims (18)

  1. 一種焊料組成物，其具有由以下組成之元素混合物：約4重量%至約25重量%錫；約0.1重量%至約8重量%銻；約0.03重量%至約4重量%銅；約0.03重量%至約4重量%鎳；約66重量%至約90重量%銦；約0.5重量%至約9重量%銀；及約0.2重量%至約6重量%鋅。
  2. 如申請專利範圍第1項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於約120℃和約145℃之間的固相線溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於130℃和約155℃之間的液相線溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約7重量%至約19重量%錫；約0.2重量%至約8重量%銻；約0.1重量%至約1.5重量%銅；約0.1重量%至約4重量%鎳；約70重量%至約80重量%銦；約4重量%至約8重量%銀，及約0.2重量%至約6重量%鋅。
  5. 如申請專利範圍第1項之焊料組成物，其中該元素混 合物由以下組成：約4重量%至約20重量%錫；約0.1重量%至約8重量%銻；約0.1重量%至約4重量%銅；約0.1重量%至約3重量%鎳；約71重量%至約86重量%銦；約1重量%至約6重量%銀，及約0.2重量%至約6重量%鋅。
  6. 一種焊料組成物，其具有由以下組成之元素混合物；約11重量%至約17重量%錫；約0.5重量%至約3重量%銻；約0.5重量%至約1.5重量%銅；約0.5重量%至約5重量%鎳；約72重量%至約77重量%銦；約4重量%至約8.5重量%銀；及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。
  7. 如申請專利範圍第6項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於約120℃和約145℃之間的固相線溫度。
  8. 如申請專利範圍第7項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於約120℃和約135℃之間的固相線溫度。
  9. 如申請專利範圍第6項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於130℃和約155℃之間的液相線溫度。
  10. 如申請專利範圍第9項之焊料組成物，其中該焊料組成物具有範圍在介於130℃和約145℃之間的液相線溫度。
  11. 如申請專利範圍第6項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約13重量%至約15重量%錫；約0.5重量%至約2.5重量%銻；約0.5重量%至約1.5重量%銅；約1重量%至約4重量%鎳；約74重量%至約75重量%銦；約5重量%至約8.5重量%銀；及約0.3重量%至約1.5重量%鋅。
  12. 如申請專利範圍第11項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約15重量%錫；約0.5重量%至約1.5重量%銻；約0.5重量%至約1.5重量%銅；約1重量%鎳；約75重量%銦；約6重量%銀；及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。
  13. 如申請專利範圍第12項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約15重量%錫； 約1重量%銻；約1重量%銅；約1重量%鎳；約75重量%銦；約6重量%銀；及約1重量%鋅。
  14. 如申請專利範圍第11項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約14重量%錫；約0.5重量%至約1.5重量%銻；約0.5重量%至約1.5重量%銅；約3重量%鎳；約75重量%銦；約5重量%銀；及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。
  15. 如申請專利範圍第14項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約14重量%錫；約1重量%銻；約1重量%銅；約3重量%鎳；約75重量%銦；約5重量%銀；及約1重量%鋅。
  16. 如申請專利範圍第11項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約13重量%錫；約1.5重量%至約2.5重量%銻；約0.5重量%至約1.5重量%銅；約4重量%鎳；約74重量%銦；約5重量%銀；及約0.5重量%至約1.5重量%鋅。
  17. 如申請專利範圍第16項之焊料組成物，其中該元素混合物由以下組成：約13重量%錫；約2重量%銻；約1重量%銅；約4重量%鎳；約74重量%銦；約5重量%銀；及約1重量%鋅。
  18. 一種焊料組成物，其具有由以下組成之元素混合物；約4重量%至約25重量%錫；約0.1重量%至約8重量%銻；約0.03重量%至約4重量%銅；約0.03重量%至約4重量%鎳；約66重量%至約90重量%銦； 約0.5重量%至約9重量%銀；約0.2重量%至約6重量%鋅，及約0.01重量%至約0.3重量%鍺。
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