JP4957246B2

JP4957246B2 - 車両用窓ガラス

Info

Publication number: JP4957246B2
Application number: JP2006531659A
Authority: JP
Inventors: 隆細美
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: CN100500360C; CN101001717A; EP1787747B1; EP1787747A4; KR101225393B1; US20070128448A1; JPWO2006016588A1; US7588819B2; KR20070040333A; WO2006016588A1; EP1787747A1

Description

本発明は、ガラス板に形成された導体と電子部材とを鉛フリーハンダによって電気的に接続して構成した車両用窓ガラスに関する。

近年の車両用窓ガラス、特に自動車用窓ガラスには、様々な機能が付加されている。例えば、窓ガラスの曇りを取り除くデフォッガや、ＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等のアンテナの機能を有するガラスアンテナ等が挙げられる。デフォッガは、Ａｇを主成分とするＡｇペーストをガラス板の表面に焼成させて、このＡｇペーストの焼成体に電流を流すことによりガラスを温め、ガラスの曇りを除去する。ガラスアンテナは、ＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等の様々な周波数の電波を受信できるアンテナパターンを、ガラス板の表面にＡｇペーストを焼成させることにより形成し、アンテナパターンをラジオやテレビの増幅器等に接続する。

これらのデフォッガやガラスアンテナが、目的の機能を発揮するには、車内側に設置された電子機器と結線するための電子部材、例えば端子等とＡｇペーストの焼成体とをハンダを介して電気的に接続する必要がある。従来は、一般にＰｂを含むハンダ、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系のハンダが用いられてきた。

しかし、廃棄処分時にＰｂを含むハンダを処理するのに手間がかかることや、欧州でのＥＬＶ（廃棄自動車）指令、ＷＥＥＥ＆ＲｏＨＳ（廃棄電気電子機器）指令など各国でＰｂを含んだハンダの使用に対する規制が検討され始めていることから、電気機器等に用いられるハンダと同様に、自動車用窓ガラスに用いるハンダにもＰｂを含まない鉛フリーハンダが要望されている。

この要望に応えるべく、ＳｎおよびＺｎを主成分とするハンダにＴｉ、ＡｌおよびＣｕを含有する組成としたハンダ（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。また、Ｓｎを主成分とするハンダにＡｌ、Ｉｎ、Ａｇ、ＣｕおよびＺｎを含有する組成としたハンダ（例えば、特許文献２参照。）やＳｎおよびＢｉを主成分とするハンダ（例えば、特許文献３参照。）が開示されている。これらの鉛フリーハンダは、Ｐｂを含まずに、ガラス、セラミックスなどの酸化物材料同士をハンダで強固に接合することができ、ハンダ付け後に剥離を生じにくいという効果を有するとされている。

特開２０００−３２６０８８号公報特開２０００−１４１０７８号公報国際公開第２００４／０６８６４３号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示されているハンダで自動車用窓ガラスの表面に形成されたＡｇペーストの焼成体と電子部材とをハンダ付けすると、Ａｇペースト側の界面との接着力を低下させることがあった。この接着力低下の原因は、銀食われ現象である。つまり、Ａｇペーストの焼成体中のＡｇとハンダ中のＳｎとが過剰に反応し、Ａｇペーストの焼成体中のＡｇがハンダ中に拡散溶解し、ハンダが広がらないため、接着面積が小さくなって、充分なハンダ接着強度が得られなくなる。

また、特許文献２に開示されているハンダで自動車用窓ガラスの表面に形成されたＡｇペーストの焼成体と電子部品とをハンダ付けすると、このハンダが固化したときに、ガラスの強度を低下させることがあった。このガラス強度低下の原因は、ハンダ付けの際に電子部品とハンダとがいったん高温となり、その後常温まで戻るという過程で、ハンダ自身の体積が収縮することによるものである。このハンダの収縮量がガラスの収縮量よりも大きいため、ガラス板の表面に引張応力が発生し、ガラスの強度やハンダの接着強度が低下する。
また、特許文献３に開示されているハンダでは初期発生応力の低減が考慮されているが、ヤング率が大きいため、冷間での発生応力が大きく、寒冷地で使用するとガラスにクラックが入るおそれがあり、ガラスの強度が低下する。
また、特許文献３に開示されているハンダは、上記のようなガラスの表面に形成されたＡｇペーストの焼成体と電子部品とのハンダ付けにより発生するガラス表面の引張応力の低減について考慮され改善されている。しかし、それでもヤング率が大きいため、寒冷地などの冷間で使用するとハンダがさらに収縮し、ガラスの強度が低下してガラス板の表面にクラックが入るおそれがある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、充分な接着力、ガラス強度を確保した、ガラス板に形成された導体と電子部材とを鉛フリーのハンダを用いて接着した車両用窓ガラスを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するものであり、以下の要旨を有するものである。
（１）ガラス板と、該ガラス板に形成された導体と、該導体にハンダを介して電気的に接続された電子部品とを備えた車両用窓ガラスにおいて、前記ろう材は鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでなり、前記ハンダ全体の体積に対する前記導電成分の体積の割合が５８〜９３％であることを特徴とする車両用窓ガラス。
（２）ガラス板と、該ガラス板に形成された導体と、該導体にハンダを介して電気的に接続された電子部品とを備えた車両用窓ガラスにおいて、前記ハンダは鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでなり、前記導電成分の比重に対する前記ハンダ全体の比重の割合が７０〜９３％であることを特徴とする車両用窓ガラス。
（３）前記ハンダは、鉛フリーの粉末ハンダである前記導電成分と、ペースト状フラックスである前記緩衝成分とを含むクリームハンダにより生成された上記（１）または（２）に記載された車両用窓ガラス。
（４）前記粉末ハンダは、粒径が５〜１００μｍである上記（３）に記載の車両用窓ガラス。
（５）前記粉末ハンダは、固相線が１５０〜２４０℃である上記（３）または（４）に記載の車両用窓ガラス。
（６）前記粉末ハンダは、実質的にＳｎを９６．０〜９９．０質量％含み、かつＡｇを１．０〜４．０質量％含む上記（３）、（４）または（５）に記載の車両用窓ガラス。
（７）前記粉末ハンダは、さらに１．２質量％以下のＣｕを含む上記（６）に記載の車両用窓ガラスを提供する。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
従来の鉛フリーはんだを用いた場合に問題であった接着強度不良やガラスの強度低下を防止し、ガラス板に形成された導体と電子部材とを電気的に接続した車両用ガラスを提供することができる。

本発明を構成するハンダは、ガラス板に形成された導体と電子部品とに熱融着された状態で鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでおり、ハンダ全体の体積に占める導電成分の体積の割合が５８〜９３％である。熱融着したハンダ中の導電成分には多数の隙間が形成されており、その隙間部分に緩衝成分が介在している。ハンダ付け後の冷却過程で電子部材や導電成分が収縮した時に、この緩衝成分が変形することにより、冷却時の収縮により生じる応力が分散し、ガラス板の表面に発生する引張応力が低減することができる。その結果、ガラス板の強度が低下することを防ぐ。ハンダ自体の接着強度はハンダ／導体界面、電子部品／ハンダ界面において導電成分が導体、電子部品と強く結合しているため、接着不良も発生しない。

ハンダ全体の体積に対して導電成分の体積の割合が９３％を超えると、緩衝成分が不足し、充分に応力が分散されず、ガラス板に発生する引張応力を低減できない。ガラス板の強度の観点からより好ましくは、ハンダ全体の体積に占める導電成分の体積の割合が９０％以下であり、さらに好ましくは、８７％以下である。また、導電成分の体積の割合が５８％未満であれば、ハンダ／導体界面において、導電成分と導体とが充分に結合できないため接着強度が不足するおそれがある。電子部品／ハンダ界面においても、同様に接着強度が不足するおそれがある。接着強度の観点からより好ましくは、ハンダ全体の体積に占める導電成分の体積の割合が６３％以上であり、さらに好ましくは、６７％以上である。

また、本発明の構成するハンダは、ガラス板に形成された導体と電子部品とに熱融着された状態で鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでなり、導電成分の比重に対してハンダ全体の比重が７０％〜９３％である。本発明が以下の比重に限定されるわけではないが、本発明では導電成分の比重は約７．０〜約８．０、緩衝成分の比重は約０〜約２．０が好ましい。よって、上記ハンダ全体の体積に占める導電成分の体積の割合を導電成分と緩衝成分の比重で換算すると、導電成分の比重に対してハンダ全体の比重が７０％〜９３％となり、この比重の割合は上記体積の割合と同様のことを意味している。

本発明の車両用窓ガラスからハンダ部分を切り出し、ハンダ全体の体積に対する導電成分の体積の割合を測定するには緩衝成分を除去するなどの手間がかかるが、このように比較的容易に測定できるハンダ全体の比重と導電成分の比重とで表現することにより、本発明をより明確に表現することができる。よって、本発明の請求項２の構成においても、ハンダ付け後の冷却時の収縮により生じる応力が分散し、ガラス板の表面に発生する引張応力が低減することができる。その結果、ガラス板の強度が低下することを防ぐ。

ガラス板の強度の観点からより好ましくは、導電成分の比重に対するハンダ全体の比重の割合が９２％以下であり、さらに好ましくは、９０％以下である。また、接着強度の観点からより好ましくは、導電成分の比重に対するハンダ全体の比重の割合が７４％以上であり、さらに好ましくは、７６％以上である。

また、本発明を構成するハンダは、鉛フリーの粉末ハンダである導電成分と、ペースト状フラックスである緩衝成分とを含むクリームハンダにより生成される。ハンダ付け後には、熱融着した粉末ハンダ間に多数の隙間ができる。その隙間部分にある空間やフラックス樹脂が、ハンダ付け後の冷却過程で電子部材やハンダが収縮した時に変形することにより、収縮により生じる応力が分散し、ガラス板の表面に発生する引張応力が低減する。その結果、ガラス板の強度が低下することを防ぐ。さらにクリームハンダ中の粉末ハンダ同士の結合とフラックスの固化とにより、ガラス板に形成された導体と電子部材とが強固に結びついているため、接着不良も発生しない。

また、粉末ハンダの平均粒径を好ましくは５〜１００μｍ、特に好ましくは２０〜６０μｍとすることにより、ハンダ付け後の熱融着した粉末ハンダ間にできる隙間の大きさが、ハンダ付け後の冷却過程の収縮を吸収できる適当な大きさとすることができる。また、ハンダの酸化劣化を抑制するとともに、加工しやすいクリームハンダとなる。
さらに、粉末ハンダの固相線を好ましくは１５０〜２４０℃とすることで、製品として実用上問題無い耐熱性を有するとともに、低温でハンダ付けできるため、発生応力そのものを小さくできる。

また、Ｓｎが主成分となる鉛フリーハンダを用いて電子部材をガラス板に形成されたＡｇペーストの焼成体にハンダ付けすると、ＳｎがＡｇペーストの焼成体に含まれるＡｇと過剰に反応するため、銀食われ現象により、接着強度が低下する。しかし、本発明のように、Ｓｎ−Ａｇ系の粉末ハンダを使用することにより、ハンダ中にＡｇを含有するため、銀食われ現象を防止することができる。
さらに、Ｃｕを含有することにより耐ヒートサイクル性が向上する効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の車両用窓ガラスは、例えば曇りを取り除くデフォッガやＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等のガラスアンテナ等のＡｇを主成分とするＡｇペーストの焼成体を窓ガラス表面に形成し、このＡｇペーストの焼成体と電子部材とを鉛フリーハンダを用いてハンダ付けし、この電子部材を介してラジオやテレビの増幅器等に接続される。
本発明の車両用窓ガラスを構成するハンダの組成について以下に説明する。本発明を構成しているハンダは、鉛フリーの粉末ハンダとペースト状フラックスとを含む公知の鉛フリーのクリームハンダが使用可能である。

フラックスとしては、常温で液状でもペースト状でも良く、また、ロジン系、非ロジン系のどちらでも良く、特に限定されない。
フラックスの基材としてはＷＷロジン、重合ロジン、水添ロジンはもちろん、ロジンエステル、マレイン酸変性、ポリエチレングリコール等が使用できる。

また、フラックスの溶剤としては、α−テルピネオール、β−テルピネオール、ヘキシレングリコール、ブチルカルビトール、ベンジルアルコール、イソパルミチルアルコール、イソステアリルアルコール、ラウリルアルコールなどのアルコール類、イソブチルアジペート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルカルビトールアセテートなどのエステル類が使用できる。

さらに、フラックスの活性剤としては、塩化水素酸若しくは臭化水素酸のアミン塩、水溶性ジカルボン酸若しくはそのアミン塩等が好ましく使用される。例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、環状アミン類等の比較的炭素数の小さいアミンの塩化水素酸若しくは臭化水素酸塩、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、乳酸、ジグリコール酸またはそれらのアミン塩等が挙げられる。

また、粉末ハンダとしては、形状は特に限定しないが、真球、楕円球のものを例示できる。真球の場合は、平均直径５〜１００μｍのものが例示できる。特に酸化防止と加工性の点で平均直径が２０〜６０μｍのものが好ましい。さらに、粉末ハンダの組成については、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金が好ましい。Ｓｎ−Ａｇ系合金の場合、Ｓｎが９６．０〜９９．０質量％、Ａｇが１．０〜４．０質量％のものが使用できる。また、耐ヒートサイクル性を向上させるためにＣｕを１．２質量％以下含有させても良い。

上記のクリームハンダをガラス板に形成されたＡｇペーストの焼成体に塗布し、電子部品、例えば、車内側の電子機器に結線された電線のコネクタ用の端子を、Ａｇペースト上に塗布したクリームハンダにのせる。そして、クリームハンダに向けて、熱風発生器から熱風を吹き付けて、クリームハンダと溶融し、Ａｇペーストの焼成体と電子部材とを固着させ、電気的に接続する。熱風は、温度が３００〜５００℃、熱風吹き出し口とクリームハンダとの距離が１０〜１００ｍｍの距離で、５〜４０秒間吹き付けることが好ましい。このように加熱することにより、クリームハンダ自体が高温とならず、ガラス自体にも局所的に高温とならずに済むため、ガラス板に大きな熱応力が発生することもなく、また、ガラス板が熱衝撃で破損することも防止できる。

さらに、粉末ハンダを熱融着させることにより、融着したハンダに隙間ができる。その隙間部分にある空間およびフラックス樹脂が変形することにより、端子およびハンダの熱収縮により発生する応力が分散することになり、ガラス板の表面に発生する引張応力が低減する。

そのため、本発明で用いるクリームハンダは上述のものに限定されるものではない。クリームハンダ中の粉末ハンダの平均粒径が５〜１００μｍで、組成にＰｂを含まず、銀食われ現象を起こさないものであれば使用できる。
また、本発明の車両用窓ガラスを構成しているハンダは、ハンダ全体の体積に対する粉末ハンダの体積の割合が５８〜９３％、すなわち粉末ハンダの比重に対するハンダ全体の比重の割合が７０〜９３％となるが、これは上記クリームハンダを完全に硬化させないことでも達成することができる。

例えば、クリームハンダを熱風で硬化して、完全硬化の手前で熱風を止めてもよい。これは、ペースト状フラックスを完全硬化させないことで、粉末ハンダの比重に対するハンダ全体の比重の割合が７０％〜９３％とするものである。７０％未満ではハンダの硬化が不充分であり、端子がハンダの材料破壊やハンダ／Ａｇ界面で脱落する。また９３％を超えると、完全硬化の状態に対しての応力を低減させる効果が不充分であり、端子がガラスの表層材料破壊により脱落する。

また、半硬化させたクリームハンダを端子とＡｇペーストの焼成体との間に配置して、熱風を吹き付けて融着する方法でもよい。この場合、型枠にクリームハンダを充填させ、この型枠を乾燥用オーブンに入れて乾燥させ、クリームハンダを半硬化させる。乾燥後、端子のベース部分の形状に合わせて適当な形状に切断する。半硬化させたクリームハンダの形状は特に限定されないが、端子の形状に対応させて、平たく形成するのが均一な硬化をさせるうえで好ましい。
乾燥温度は、粉末ハンダが溶け出す程度の温度以下で、クリームハンダ中の溶剤を気化させる温度であれば、型枠の大きさなどによって、乾燥時間ととに適宜決定される。粉末ハンダの溶解温度より約１０℃低い温度が効率的で好ましい。
半硬化させたクリームハンダを硬化させていないクリームハンダを介して端子のベース部分に貼り付け、この端子をガラス面のＡｇペーストの焼成体上に配置し、熱風により固着させる。この方法で本発明の車両用窓ガラスを製造すると、端子との接着強度が向上する。

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。

実施例１
被接合材として、１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさで板厚が３．５ｍｍのガラス板（ソーダライムガラス）を使用した。このガラス板の周縁部の表面にＡｇペーストをプリントし、７００℃まで加熱した。ガラス板の温度が常温に下がるまで放置して、ガラス板表面にＡｇペーストの焼成体を形成させた。このＡｇペーストの焼成体に、金属分が９６．５％Ｓｎ−３．５％Ａｇ合金の鉛フリーのクリームハンダＲＸ２０３（ニホンハンダ（株）製）を０．３ｇ塗布し、その上に接合面の面積が２５ｍｍ^２、厚さが０．８ｍｍの銅製の端子をのせ、４００℃の熱風で熱風の吹き出し口とクリームハンダとの距離が２０ｍｍとなるようにして、２０秒間加熱し、Ａｇペーストの焼成体と端子とを接合し、端子付きガラス板を作製した。
実施例２
熱風加熱時間を２５秒とした以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作成した。
実施例３
熱風加熱時間を３０秒とした以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作成した。
比較例１
熱風加熱時間を１５秒とした以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作成した。
比較例２
熱風加熱時間を３５秒とした以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作成した。
ハンダとガラス板との接着強度の評価は、ハンダ付けの２４時間後に、ガラス板の面直方向に端子を引張り、プッシュプルゲージにより端子が剥がれたときの強度を測定した。
また、ハンダ全体の比重は、ハンダ部分を切り取り重量測定した後、水を入れたメスシリンダーを用いて体積を測定することにより求めた。そして、あらかじめ測定しておいたクリームハンダの金属分の比重との割合を算出した。
これらの結果を表１に示す。

表１から、本発明の実施例１〜３のサンプルは、接着強度が良好であり、比重が本発明の範囲内にあると、冷却過程においてペースト状フラックスが効果を発揮し、接着強度の低下を防いでいることがわかる。一方、比較例１、２は、接着強度が実施例に比べて劣ることがわかる。
本発明に用いるハンダは、糸ハンダよりもクリームハンダが好ましいことを以下に示す。実施例１は上記実施例１と同じである。

実施例４
金属分が９６．５％Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ合金の鉛フリーのクリームハンダＰＦ３０５（ニホンハンダ（株）製）を０．３ｇ塗布した以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作製した。

実施例５
熱風によりクリームハンダを加熱する代わりに、２９０℃に設定したハンダゴテを直接端子に接触させ、１０秒間加熱した以外は、実施例１と同様にして、端子付きガラス板を作成した。

比較例３
金属分が９６．５％Ｓｎ−３．５％Ａｇ合金の鉛フリーの糸ハンダ＃２２１（ニホンハンダ（株）製）をあらかじめ端子の裏に盛り付け、実施例１と同様に４００℃の熱風で１５秒間加熱し、Ａｇペーストの焼成体と端子とを接合し、端子付きガラス板を作製した。その他は実施例１と同じである。

比較例４
熱風により糸ハンダを加熱する代わりに、２９０℃に設定したハンダゴテを直接端子に接触させ、５秒間加熱した以外は、比較例３と同様にして、端子付きガラス板を作成した。

ハンダとガラス板との接着強度の評価は、ハンダ付けの２４時間後に、ガラス板の面直方向に端子を引張り、プッシュプルゲージにより端子が剥がれたときの強度を測定した。
また、ガラス破壊強度試験の評価は、ハンダ付けの２４時間後に、ガラス板のＡｇペーストの焼成体の印刷面側の中央を先端が直径１０ｍｍの鋼球からなる冶具で面直方向に押込み、プッシュプルゲージによりガラスが割れたときの強度を測定した。
これらの結果を表２に示す。

表２から、本発明の実施例１、４、５のサンプルは、接着強度およびガラス破壊強度ともに良好である。一方、固形タイプの糸ハンダを用いた比較例３、４は、ガラス破壊強度が実施例に比べて劣ることがわかる。

車両用窓ガラス、特に自動車用窓ガラスにおいて、従来、電子部材と自動車用窓ガラスの表面に形成された導体とを鉛フリーのハンダを用いて固着することは、接着強度、ガラスの強度低下の問題があり、実用化されていなかった。それが、本発明により、電子部材と導体との固着に用いられるハンダを鉛フリー化することができる。

なお、２００４年８月１０日に出願された日本特許出願２００４−２３３４０７号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims

ガラス板と、該ガラス板に形成された導体と、該導体にハンダを介して電気的に接続された電子部品とを備えた車両用窓ガラスにおいて、前記ハンダは鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでなり、
前記ハンダは、鉛フリーの粉末ハンダである前記導電成分と、フラックスである前記緩衝成分とを含むクリームハンダにより生成され
前記ハンダ全体の体積に対する前記導電成分の体積の割合が５８〜９３％であることを特徴とする車両用窓ガラス。
ガラス板と、該ガラス板に形成された導体と、該導体にハンダを介して電気的に接続された電子部品とを備えた車両用窓ガラスにおいて、前記ハンダは鉛を含まない導電成分と緩衝成分とを含んでなり、前記ハンダは、鉛フリーの粉末ハンダである前記導電成分と、フラックスである前記緩衝成分とを含むクリームハンダにより生成され、
前記導電成分の比重に対する前記ハンダ全体の比重の割合が７０〜９３％であることを特徴とする車両用窓ガラス。
前記フラックスは、常温で液状またはペースト状フラックスである前記緩衝成分とを含むクリームハンダにより生成された請求項１または２に記載された車両用窓ガラス。
前記粉末ハンダは、粒径が５〜１００μｍである請求項３に記載の車両用窓ガラス。
前記粉末ハンダは、固相線が１５０〜２４０℃である請求項３または４に記載の車両用窓ガラス。
前記粉末ハンダは、Ｓｎを６．０〜９９．０質量％含み、かつＡｇを１．０〜４．０質量％含む請求項３、４または５に記載の車両用窓ガラス。
前記粉末ハンダは、さらに１．２質量％以下のＣｕを含む請求項６に記載の車両用窓ガラス。