[发明专利]基于铟-锡-银的无铅焊料

说明书

本文中描述了适用于用作无铅焊料的铟‑锡‑银合金。合金可以主要包含铟或主要包含锡。合金可以进一步包含铜、镍、以及铁或铜、锑、和锌。组合物可以用于将电连接器(18、30)焊接到玻璃组件(10)上的电接触表面(16)。本文还描述了形成合金的方法。

本申请是国际申请号为PCT/US2016/032076，中国国家阶段申请号为201680028036.8，题为“基于铟-锡-银的无铅焊料”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种焊料，特别是基于铟-锡-银的无铅焊料。

背景技术

车辆(例如汽车)的挡风玻璃和后窗常常包括位于玻璃内或玻璃上的电气装置。一般来说，电气装置是天线或除霜器。为了提供与该电气装置的电连接，向玻璃施加小面积的金属涂层以制得与电气装置进行电连接的金属化表面。随后，将用于连接铅或铅本身的电连接器焊接到金属化表面上。电连接器通常用含有铅(Pb)的焊料焊接到玻璃的金属化表面上。由于在各国家中的环境问题和/或法规要求，现在大部分行业在焊接应用中使用或计划使用无铅焊料。在某些行业中采用的常规无铅焊料包含高锡(Sn)含量，例如超过80％的锡。如本文中所述汽车玻璃上使用的无铅焊料在2001年7月3日颁布给John Pereira(下文中称为“Pereira”)的美国专利号6,253,988中公开。在数个无铅焊料中，Pereira公开了具有如下重量百分比的焊料：64.35％至65.65％铟(In)、29.7％至30.3％锡(Sn)、4.05％至4.95％银(Ag)、0.25％至0.75％铜(Cu)(在下文中称为“65铟焊料”)。

当将装置焊接到汽车玻璃时，遇到了许多其它应用中并不存在的困难。汽车玻璃趋向于是脆的，并且适用于在其它应用中使用的常规高锡无铅焊料通常会引起汽车玻璃的开裂。虽然材料例如陶瓷和硅可能似乎在某些方面与汽车玻璃相似，但是部分适用于焊接陶瓷或硅装置的焊料并不适用于焊接汽车玻璃。焊接热膨胀系数(CTE)显著不同的两种材料(例如在本申请中的玻璃和铜)在焊接接缝形成后的冷却期间、或者在随后的温度偏移期间向焊料上施加了应力。焊料需要具有足够低的熔点(液相线)从而在焊接工艺期间不会引起汽车玻璃开裂，因为较高的熔点和对应较高的加工温度增大了CTE错配，在冷却期间施加了更高的应力。然而，焊料的熔点需要足够高，以使得在汽车的正常使用期间、例如当汽车在窗户密闭的太阳下时或在其它极端苛刻环境条件下时，焊料不会熔融。然而，包含铟的焊料通常具有远低于其它焊料的熔点。例如，与铅焊料160℃的固相线温度相比，65铟焊料的固相线温度为109℃，并且与铅焊料224℃的液相线温度相比，65铟焊料的液相线温度为127℃。部分车辆制造商期望玻璃产品应当能够经受升高的温度(例如对于一个车辆制造商为110℃，并且对于另一个车辆制造商为120℃)而没有任何性能下降。

因此，需要适用于在玻璃上使用的无铅焊料，与现在可获得的组合物相比，所述无铅焊料能够经受更高的升高温度、同时赋予该应用领域所需的所有其它性能。

在背景部分中讨论的主题仅在背景部分中提及，不应当假定为现有技术。类似地，在背景部分中提及的问题或与背景部分主题有关的问题不应当假定已经在现有技术中预先认识到了。背景部分中的主题仅表示不同的方法，这些方法本身也可以是发明。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供基于铟-锡-银的焊料。第一实施方式是适用于用作焊料的合金，所述合金具有包含如下元素的混合物：约40重量％的锡、约0.5重量％的铜、约50重量％的铟；约4.5重量％的银、约1.8重量％至约2.1重量％的镍、以及约2.9重量％至3.2重量％的铁。所述合金可包含约1.8重量％的镍和约3.2重量％的铁。或者，所述合金可包含约2.1重量％的镍和约2.9重量％的铁。