[发明专利]用于玻璃的无铅焊料组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于玻璃的无铅焊料组合物。更具体地，本发明涉及环保型的用于玻璃的无铅焊料组合物，其没有重金属例如铅，并且防止在车辆运行中玻璃开裂。

背景技术

通常而言，玻璃用在车辆的所有侧，以保证驾驶员对道路和周边环境的视野。具体而言，用在车辆的前侧（例如，挡风玻璃）和后侧（后窗玻璃）的玻璃通常要承载其他的车辆功能性，例如，与挡风玻璃相关的除霜器、无线电天线等，以及与后窗玻璃相关的加热元件、天线等。

为了向车窗提供这些类型的功能性，有必要提供电连接用于电力供应和电信号传导。为了向车辆的玻璃窗稳定地供电，用于从电池向形成于玻璃表面上/内的电极供应电力的端子必须被焊接。不幸的是，端子和玻璃是由热膨胀系数显著不同的不同材料构成。在范围可为约-40℃～约+105℃的车辆运行温度下，这些材料的热膨胀率差异可能引起玻璃开裂。

因此，通常将软金属铅（Pb）加到玻璃用焊料中，以分散在玻璃和端子之间出现的热应力。例如，在挡风玻璃的情况下，加热元件电线布置在玻璃的下部以防止雨刮器在冬季冻住。在侧窗玻璃的情况下，天线可以布置在车辆例如厢式货车的侧窗玻璃上。相似地，在后窗玻璃的情况下，可以布置加热电线、天线等。

通常通过印刷包含银（Ag）作为主成分的浆料并在玻璃中烧结浆料来形成加热元件电线和天线。加热元件电线和天线与端子焊接在一起用于电连接。目前，常规使用含铅焊料，即包含有大量铅（Pb）的焊料，例如锡（Sn）-62铅（Pb）-3银（Ag）-10铋（Bi）组合物。

近来，由于化石燃料例如汽油或重油的使用增加，大量的SOx和NOx被释放到大气中。这些空气中的污染物具有降低雨的pH的作用，造成酸雨。不幸的是，当酸雨与地面上电子设备的焊接部分接触时，可能使铅从铅-锡合金焊料中熔出，并渗透到地下，从而地下水被重金属（例如Pb）污染。这些重金属污染可能在摄入污水的人体中引起多种健康问题，例如铅中毒。因此，需要无铅焊料。

在无铅焊料的情况下，通常使用基于三种元素（Sn-Ag-Cu）的焊料例如锡（Sn）-3.0银（Ag）-0.5铜（Cu）组合物。不幸的是，该组合物在玻璃-金属应用中具有局限性，由于高温下熔融的无铅焊料在焊接过程中在玻璃基板中变硬时所产生的应力，玻璃会发生开裂。这是由玻璃与含有锡（Sn）和其他金属的合金之间的膨胀系数差而造成的。

并且，美国专利第6,253,988号公开用于车辆玻璃应用的锡（Sn）-银（Ag）-铜（Cu）-铟（In）组合物的基于4种元素的无铅焊料组合物，其提供锡（Sn）-4.5银（Ag）-0.5铜（Cu）-65铟（In）的组合物。不幸的是，该组合物的商业价值有限，因为其包含显著水平的铟（In）和银（Ag），成本非常高。

发明内容

本发明提供玻璃用的无铅焊料组合物，其具有多个优点，包括：降低的/消除的毒性、优化的可湿性，并且防止焊接的端子部分的玻璃开裂，以及增加的粘合强度。

在一个方面，本发明提供玻璃用的无铅焊料组合物，包含：约30.0wt%～约60wt%的铟（In）；约0.01wt%～约11.0wt%的锌（Zn）；以及作为剩余组分的锡（Sn）。在示例性实施方式中，组合物还可包含一种或多种选自铜（Cu）、锰（Mn）和镍（Ni）的元素。在另一个示例性实施方式中，组合物还可包含约0.1wt%～约3.0wt%的铜（Cu）。在另一个示例性实施方式中，组合物还可包含约0.01wt%～0.5wt%的锰（Mn）。在另一个示例性实施方式中，组合物还可包含约0.01wt%～约0.5wt%的镍（Ni）。

在另一个示例性实施方式中，组合物可被制备为用于制造选自焊膏、焊球、软焊棒（solder bar）、焊丝、焊料凸点（solder bump）、焊板、焊粉、焊块（solder pellet）、焊接颗粒、焊带（solder ribbon）、焊料垫圈（solder washer）和焊接环的一种或多种焊料预成型件。

本发明的其他方面和示例性实施方式在下文中讨论。

具体实施方式

下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。