[RU]

Данное изобретение относится к стеклу по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом, содержащему, по меньшей мере, подложку (1), на зоне подложки (1) электрически проводящую структуру (2), на зоне электрически проводящей структуры (2) соединительный элемент (3), который содержит, по меньшей мере, хромсодержащую сталь, при этом соединительный элемент (3) имеет обжатую вокруг соединительного кабеля (5) зону (11) и зону (10) пайки и при этом зона (10) пайки соединена с помощью бессвинцовой паяльной массы (4) с электрически проводящей структурой (2).

(57) Реферат / Формула:

Данное изобретение относится к стеклу по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом, содержащему, по меньшей мере, подложку (1), на зоне подложки (1) электрически проводящую структуру (2), на зоне электрически проводящей структуры (2) соединительный элемент (3), который содержит, по меньшей мере, хромсодержащую сталь, при этом соединительный элемент (3) имеет обжатую вокруг соединительного кабеля (5) зону (11) и зону (10) пайки и при этом зона (10) пайки соединена с помощью бессвинцовой паяльной массы (4) с электрически проводящей структурой (2).

---

2420-523347ЕА/032 СТЕКЛО С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
Изобретение относится к стеклу с электрическим соединительным элементом, к экономичному и щадящему окружающую среду способу его изготовления и к его применению.
В частности, изобретение относится к стеклу с электрическим соединительным элементом для транспортных средств с электрически проводящими структурами, такими как, например, нагревательные провода или антенные провода. Электрически проводящие структуры обычно соединены с помощью припаянных электрических соединительных элементов с бортовой электрикой. На основании различных коэффициентов теплового расширения применяемых материалов возникают механические напряжения при изготовлении и во время эксплуатации, которые нагружают стекла и могут вызывать разрушение стекла.
Свинецсодержащие припои имеют высокую пластичность, которая может компенсировать возникающие механические напряжения между электрическим соединительным элементом и стеклом за счет пластичной деформации. Однако на основании правил для старых автомобилей 2000/53/EG, внутри ЕС свинецсодержащие припои должны быть заменены бессвинцовыми припоями. Правила обозначаются сокращением ELV (End of life vehicles = директива о конечных сроках использования транспортных средств). При этом целью является, в ходе массивного расширения применения одноразовой электроники, вытеснение из производства крайне проблематичных составляющих частей. Затронутыми веществами являются свинец, ртуть и кадмий. Это относится, среди прочего, к внедрению бессвинцовых паяльных средств при использовании электрики на стекле и к введению для этого соответствующих замещающих изделий.
Предложен ряд электрических соединительных элементов для бессвинцовой пайки с электрически проводящими структурами. Например, можно сослаться на документы US 20070224842 А1, ЕР 1942703 А2, WO 2007110610 А1, ЕР 1488972 А1 и ЕР 2365730 А1 . Решающее значение относительно предотвращения термических напряжений имеет, с одной стороны, форма соединительного
элемента и, с другой стороны, материал соединительного элемента.
Задачей данного изобретения является создание стекла с электрическим соединительным элементом, который пригоден, в частности, для пайки с помощью бессвинцовых паяльных масс, при этом предотвращаются критические механические напряжения в стекле. Кроме того, должен быть создан экономичный и щадящий окружающую среду способ его изготовления.
Задача данного изобретения решена, согласно изобретению, с помощью стекла по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом, согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Стекло, согласно изобретению, по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом содержит по меньшей мере следующие признаки:
- подложку,
на одной зоне подложки электрически проводящую структуру,
на одной зоне электрически проводящей структуры соединительный элемент, который содержит по меньшей мере хромсодержащую сталь,
при этом соединительный элемент имеет обжатую вокруг соединительного кабеля зону и зону пайки, и при этом зона пайки соединена с помощью бессвинцовой паяльной массы с электрически проводящей структурой.
Электрический соединительный элемент соединен посредством обжатия с соединительным кабелем. Обжимное соединение является простым, дешевым и быстрым в выполнении, и легко поддается автоматизации. Сложные дополнительные технологические этапы, например, пайки или сварки соединительного элемента с соединительным кабелем могут быть исключены. Одновременно создается очень стабильное соединение между соединительным элементом и соединительным кабелем. Соединительный элемент, согласно изобретению, с обжатой зоной (так называемым обжатием, то есть деформированной с помощью процесса обжатия зоной) и
паяльной зоной можно изготавливать просто и экономично, и обеспечивать экономящее место, гибко применяемое и длительно стабильное контактирование электрически проводящей структуры.
Хромсодержащая, в частности, так называемая нержавеющая сталь является дешевой. Дополнительно к этому, соединительные элементы из хромсодержащей стали имеют по сравнению со многими обычными соединительными элементами, например, из меди, большую жесткость, что приводит к предпочтительной стабильности обжимного соединения. Хромсодержащая сталь хорошо поддается холодной деформации, за счет чего она особенно пригодна для выполнения обжимного соединения. Дополнительно к этому, хромсодержащая сталь имеет по сравнению со многими обычными соединительными элементами, например, из титана, улучшенную способность к пайке, которая обуславливается высокой теплопроводностью.
Соединительный кабель предусмотрен для электрического соединения электрически проводящей структуры с внешним функциональным элементом, например, с электроснабжением или приемным устройством. Для этого соединительный кабель, исходя от соединительного элемента, отходит в направлении от стекла через боковые кромки. Соединительный кабель может быть в принципе любым соединительным кабелем, который известен специалистам для электрического контактирования с электрически проводящей структурой и пригоден для соединения с помощью обжима с соединительным элементом (называемого также обжимным контактом). Соединительный кабель может содержать, наряду с электрически проводящим сердечником (внутренним проводником), изолирующую, предпочтительно полимерную оболочку, при этом изолирующая оболочка предпочтительно удалена в концевой зоне соединительного кабеля, с целью обеспечения возможности электрически проводящего соединения между соединительным элементом и внутренним проводником.
Электрически проводящий сердечник соединительного кабеля может содержать, например, медь, алюминий и/или серебро или их сплавы или смеси. Электрически проводящий сердечник может быть выполнен, например, в виде многопроволочного проводника или
сплошного проволочного проводника. Поперечное сечение электрически проводящего сердечника соединительного кабеля зависит от предельно допустимой силы тока, необходимой для применения стекла, согласно изобретению, и может быть подходящим образом выбрана специалистом. Поперечное сечение составляет, например, от 0,3 мм2 до б мм2.
Соединительный элемент, который, согласно изобретению,
содержит по меньшей мере одну хромсодержащую сталь и
предпочтительно состоит из хромсодержащей стали,
предпочтительно обжат в концевой зоне соединительного кабеля вокруг электрически проводящего сердечника соединительного кабеля, так что возникает долговременное стабильное электрически проводящее соединение между соединительным элементом и соединительным кабелем. Обжатие осуществляется с помощью подходящего, известного для специалистов в данной области техники обжимного инструмента, например, обжимных клещей или обжимного пресса. Обжимной инструмент содержит обычно два места воздействия, например, губки обжимных клещей, которые направляются противоположно друг другу, за счет чего к соединительному элементу прикладывается давление. За счет этого соединительный элемент пластично деформируется и обжимается вокруг соединительного кабеля.
В одном предпочтительном варианте выполнения электрического соединительного элемента зона пайки расположена в том месте обжатой зоны, которая лежит противоположно направлению прохождения соединительного кабеля относительно внешнего функционального элемента. Угол между зоной пайки и обжатой зоной предпочтительно составляет 120°-180°, особенно предпочтительно от 150° до 170°. За счет этого может достигаться особенно компактное и стабильное электрическое контактирование с электрически проводящей структурой.
Обращенная к подложке поверхность зоны пайки образует контактную поверхность между соединительным элементом и электрически проводящей структурой и соединена через паяльную массу с электрически проводящей структурой. Имеется в виду
непосредственное механическое соединение между зоной пайки и электрически проводящей структурой через паяльную массу. Это означает, что паяльная масса расположена между зоной пайки и электрически проводящей структурой, и за счет этого длительно стабильно фиксирует зону пайки на электрически проводящей структуре.
Соединительный элемент имеет в зоне пайки и в обжимной
зоне предпочтительно одинаковую толщину материала. Это особенно
предпочтительно относительно простоты изготовления
соединительного элемента, поскольку соединительный элемент, например, можно штамповать из простого металлического листа. Толщина материала соединительного элемента предпочтительно составляет от 0,1 мм до 2 мм, особенно предпочтительно от 0,2 мм до 1 мм, совсем предпочтительно от 0,3 мм до 0,5 мм. В этом диапазоне толщины материала соединительный элемент имеет, с одной стороны, необходимую для обжатия способность к холодной деформации. С другой стороны, в этом диапазоне толщины материала достигается предпочтительная стабильность обжимного соединения и предпочтительное электрическое соединение между электрически проводящей структурой и соединительным кабелем.
Длина и ширина зоны пайки составляют предпочтительно от 1 мм до 10 мм, особенно предпочтительно от 2 мм до 8 мм и совсем предпочтительно от 2,5 мм до 5 мм. Это особенно предпочтительно относительно небольшой занимаемой площади соединительного элемента и эффективного электрического контакта с электрически проводящей структурой.
В одном предпочтительном варианте выполнения зона пайки выполнена плоской, за счет чего получается плоская контактная поверхность. Однако зона пайки может предпочтительно иметь выполненные посредством деформации, такой как тиснение или глубокая вытяжка, зоны, например, места для припоя, дистанцирующий элементы или контактные выступы. За исключением деформированных зон, контактная поверхность предпочтительно плоская.
Форма зоны пайки и контактной поверхности может быть выбрана в соответствии с требованиями каждого отдельного
случая, и может быть выполнена, например, многоугольной, прямоугольной, прямоугольной с округленными углами, овальной, эллиптической или круглой.
Длина обжатой зоны может быть выбрана специалистом подходящим образом с учетом диаметра соединительного кабеля, а также существующих стандартов и составляет, например, от 2 мм до 8 мм или от 4 мм до 5 мм, в частности, 4,5 мм. Это особенно предпочтительно относительно небольшой потребности в пространстве соединительного элемента и стабильного соединения между соединительным элементом и соединительным кабелем. Предпочтительно, обжатие выполнено в виде открытого обжатия. Поскольку соединительный кабель не должен при этом вставляться в закрытый в окружном направлении кабельный наконечник (закрытый обжим), то такое соединение обжимом легче выполнять и легче автоматизировать, и поэтому оно особенно пригодно для массового производства. Форму обжатия можно выбирать произвольно, например, в виде В-образного обжатия или 0-образного обжатия.
Зона пайки может непосредственно примыкать к обжатой зоне соединительного элемента. Однако между зоной пайки и обжатой зоной может быть расположена переходная зона, например, с длиной от 1 мм до 5 мм. За счет переходной зоны увеличивается гибкость при выполнении соединительного элемента.
К зоне пайки могут примыкать, наряду с обжатой зоной, также одна или несколько других зон. Например, к противоположной обжатой зоне боковой кромке зоны пайки может примыкать другая зона. Такая другая зона может быть предусмотрена, например, для соединения соединительного элемента с держателем. С помощью общего держателя, можно, например, припаивать несколько соединительных элементов, согласно изобретению, с заданным расположением к электрически проводящей структуре.
В одном предпочтительном варианте выполнения стекло имеет от двух до шести электрических соединительных элементов, согласно изобретению. За счет нескольких соединительных элементов можно соединять, например, выполненную в виде
нагревательного провода электрически проводящую структуру с обоими полюсами внешнего источника напряжения. С помощью нескольких соединительных элементов можно также, например, контактировать различные, выполненные на подложке в качестве электрически проводящих структур антенны. На основании небольших размеров и уменьшения термических напряжений, соединительные элементы, согласно изобретению, особенно пригодны для стекол, на которых должны быть расположены несколько соединительных элементов также с небольшим расстоянием друг от друга. Соединительные элементы предпочтительно расположены на одной линии. Расстояние между двумя соседними соединительными элементами предпочтительно составляет от 5 мм до 50 мм, особенно предпочтительно от 10 мм до 2 0 мм. Это расположение является предпочтительным с точки зрения технологии и по эстетическим причинам. В частности, соединительные элементы могут быть зафиксированы в этом относительном расположении, например, перед пайкой, в общем держателе. Боковые кромки зон пайки различных соединительных элементов предпочтительно расположены параллельно друг другу и могут находиться относительно (воображаемой) линии, на которой расположены соединительные элементы, под любым углом, предпочтительно от 5° до 90°, особенно предпочтительно от 10° до 4 0°. Обжатые зоны различных соединительных элементов предпочтительно расположены по одну сторону (воображаемой) линии. Такое расположение является особенно компактным.
Подложка имеет первый коэффициент термического расширения.
Соединительный элемент имеет второй коэффициент термического
расширения. В одном предпочтительном варианте выполнения
изобретения разница между первым и вторым коэффициентом
термического расширения меньше 5х10~6/°С, особенно
предпочтительно меньше Зх10~6/°С. За счет этого уменьшаются термические напряжения стекла и достигается улучшенное сцепление.
Подложка содержит предпочтительно стекло, особенно предпочтительно плоское стекло, полированное листовое стекло,
кварцевое стекло, боросиликатное стекло и/или натриево-
кальциевое стекло. Однако подложка может также содержать
полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен,
поликарбонат, полиметилметакрилат, полистирол, полибутадиен, полинитрил, сложные полиэфиры, полиуретан, поливинилхлорид, полиакрилат, полиамид, полиэтилентерефталат и/или их сополимеры или смеси. Подложка предпочтительно прозрачна. Подложка имеет толщину предпочтительно от 0,5 мм до 25 мм, особенно предпочтительно от 1 мм до 10 мм и совсем предпочтительно от 1,5 мм до 5 мм.
Первый коэффициент термического расширения предпочтительно составляет от 8х10~6/°С до 9х10~6/°С. Подложка содержит предпочтительно стекло, которое предпочтительно имеет коэффициент термического расширения от 8,Зх10~6/°С до 9х10~6/°С в диапазоне температур от 0° до 300°.
Второй коэффициент термического расширения предпочтительно составляет от 9х10~6/°С до 13х10~6/°С, особенно предпочтительно от 10х10~6/°С до 11, 5x10~6/°С, совсем предпочтительно от 10x10" 6/°С до 10,5х10~6/°С в диапазоне температур от 0° до 300°.
Соединительный элемент, согласно изобретению, содержит предпочтительно хромсодержащую сталь с долей хрома большей или равной 10,5 масс.%. Другие легирующие составляющие, такие как молибден, марганец или ниобий, приводят к повышенной стойкости к коррозии или измененным механическим свойствам, таким как прочность на растяжение или способность к холодной деформации.
Соединительный элемент, согласно изобретению, содержит предпочтительно по меньшей мере б б, 5 масс.% - 8 9,5 масс.% железа, 10,5 масс.% - 2 0 масс.% хрома, 0 масс.% - 1 масс.% углерода, 0 масс.% - 5 масс.% никеля, 0 масс.% - 2 масс.% марганца, 0 масс.% - 2,5 масс.% молибдена, 0 масс.% - 2 масс.% ниобия и 0 масс.% - 1 масс.% титана. Соединительный элемент может содержать примеси других элементов, среди них ванадия, алюминия и азота.
Соединительный элемент, согласно изобретению, содержит особенно предпочтительно по меньшей мере 73 масс.% - 89,5
масс.% железа, 10,5 масс.% - 2 0 масс.% хрома, 0 масс.% - 0,5 масс.% углерода, 0 масс.% - 2,5 масс.% никеля, 0 масс.% - 1 масс.% марганца, 0 масс.% - 1,5 масс.% молибдена, 0 масс.% - 1 масс.% ниобия и 0 масс.% - 1 масс.% титана. Соединительный элемент может содержать примеси других элементов, среди них ванадия, алюминия и азота.
Соединительный элемент, согласно изобретению, содержит совсем предпочтительно по меньшей мере 77 масс.% - 84 масс.% железа, 16 масс.% - 18,5 масс.% хрома, 0 масс.% - 0,1 масс.% углерода, 0 масс.% - 1 масс.% марганца, 0 масс.% - 1 масс.% ниобия, 0 масс.% - 1,5 масс.% молибдена и 0 масс.% - 1 масс.% титана. Соединительный элемент может содержать примеси других элементов, среди них ванадия, алюминия и азота.
Особенно предпочтительными хромсодержащими сталями являются стали с номерами материала 1.4016, 1.4113, 1.4509 и 1.4510 по стандарту EN 10 088-2.
Электрически проводящая структура, согласно изобретению, предпочтительно имеет толщину слоя от 5 мкм до 4 0 мкм, особенно предпочтительно от 5 мкм до 2 0 мкм, совсем предпочтительно от 8 мкм до 15 мкм, в частности, от 10 мкм до 12 мкм. Электрически проводящая структура предпочтительно содержит серебро, особенно предпочтительно частицы серебра и стеклянные фритты.
Толщина слоя паяльной массы предпочтительно меньше или равна 6,0х10~4 м, особенно предпочтительно меньше 3,0х10~4 м.
Паяльная масса, согласно изобретению, не содержит свинца. Это особенно предпочтительно относительно экологической безопасности стекла, согласно изобретению, с соединительным элементом. В качестве бессвицовой паяльной массы согласно изобретению следует понимать паяльную массу, которая в соответствии с правилами ЕС "2002/95/EG ограничения применения определенных опасных веществ в электрических и электронных приборах" имеет долю свинца, меньшую или равную 0,1 масс.%, предпочтительно не содержит свинца.
Бессвинцовые паяльные массы имеют обычно меньшую пластичность, чем свинецсодержащие паяльные массы, так что
механические напряжения между соединительным элементом и стеклом могут быть компенсированы не так хорошо. Однако было установлено, что критические механические напряжения могут быть предотвращены с помощью соединительного элемента, согласно изобретению. Паяльная масса содержит предпочтительно олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их смеси. Доля олова в составе паяльной массе, согласно изобретению, составляет от 3 масс.% до 99,5 масс.%, предпочтительно от 10 масс.% до 95,5 масс.%, особенно предпочтительно от 15 масс.% до 60 масс.%. Доля висмута, индия, цинка, меди, серебра или их смесей составляет в составе паяльной массы от 0,5 масс.% до 97 масс.%, предпочтительно 10 масс.% - 67 масс.%, при этом доля висмута, индия, цинка, меди или серебра может составлять 0 масс.%. Состав паяльной массы может содержать никель, германий, алюминий или фосфор с долей от 0 масс.% до 5 масс.%. Состав паяльной массы, согласно изобретению, особенно предпочтительно содержит Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi57Sn42Agl, In97Ag3, Sn95,5АдЗ,8CuO,7, Bi67In33, Bi33In50Snl7, Sn77,2In20Ag2,8, Sn95Ag4Cul/ Sn96,5Ag3,5, Sn96,5Ag3,5, Sn96,5Ag3CuO,5, Sn97Ag3 или их смеси.
В одном предпочтительном варианте выполнения паяльная масса содержит висмут. Было установлено, что содержащая висмут паяльная масса приводит к особенно хорошему сцеплению соединительного элемента, согласно изобретению, со стеклом, при этом могут быть предотвращены повреждения стекла. Доля висмута в составе плавильной массы предпочтительно составляет от 0,5 масс.% до 97 масс.%, особенно предпочтительно от 10 масс.% до 67 масс.% и совсем предпочтительно от 33 масс.% до 67 масс.%, в частности, от 50 масс.% до 60 масс.%. Паяльная масса содержит, наряду с висмутом, олово и серебро или олово, серебро и медь. В особенно предпочтительно варианте выполнения плавильная масса содержит по меньшей мере 35 масс.% - 69 масс.% висмута, 30 масс.% - 50 масс.% олова. 1 масс.% - 10 масс.% серебра и 0 масс.% - 5 масс.% меди. В одном особенно предпочтительном варианте выполнения паяльная масса содержит по меньшей мере 4 9 масс.% - 60 масс.% висмута, 39 масс.% - 42 масс.% олова, 1
масс.% - 4 масс.% серебра и 0 масс.% - 3 масс.% меди.
В другом предпочтительном варианте выполнения паяльная масса содержит от 90 масс.% до 99,5 масс.% олова, предпочтительно от 95 масс.% до 99 масс.%, особенно предпочтительно от 93 масс.% до 98 масс.%. Паяльная масса содержит, наряду с оловом, от 0,5 масс.% до 5 масс.% серебра и от 0 масс.% до 5 масс.% меди.
Паяльная масса выходит с шириной выхода предпочтительно меньше 1 мм из промежуточного пространства между зоной пайки соединительного элемента и электрически проводящей структурой. В одном предпочтительном варианте выполнения максимальная ширина выхода меньше 0,5 мм и, в частности, составляет примерно 0 мм. Это особенно предпочтительно относительно уменьшения механических напряжений в стекле, сцепления соединительного элемента и экономии припоя. Максимальная ширина выхода определяется в виде расстояния между наружными кромками зоны пайки и местом перехода паяльной массы, в котором толщина слоя паяльной массы становится меньше 50 мкм. Максимальная ширина выхода измеряется после осуществления процесса пайки на затвердевшей паяльной массе. Желаемая максимальная ширина выхода достигается посредством подходящего выбора объема паяльной массы и расстояния по вертикали между соединительным элементом и электрически проводящей структурой, что может быть определено с помощью простых опытов. Расстояние по вертикали между соединительным элементом и электрически проводящей структурой может быть задано с помощью соответствующего инструмента для выполнения процесса, например, инструмента с интегрированным дистанцирующим элементом. Максимальная ширина выхода может быть также отрицательной, то есть заходить назад в промежуточное пространство, образованное зоной пайки электрического соединительного элемента и электрически проводящей структурой. В одном предпочтительном варианте выполнения стекла, согласно изобретению, максимальная ширина выхода в промежуточном пространстве, образованном зоной пайки электрического соединительного элемента и электрически проводящей структурой, заходит назад в вогнутый мениск.
Вогнутый мениск возникает, например, за счет увеличения расстояния по вертикали между дистанцирующим элементом и проводящей структурой в процессе пайки, в то время, когда припой является еще жидким. Преимущество состоит в уменьшении механических напряжений в стекле, в частности, в критической зоне, которая имеется при большом переходе паяльной массы.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения контактная поверхность соединительного элемента имеет дистанцирующий элемент, предпочтительно по меньшей мере два дистанцирующих элемента, особенно предпочтительно по меньшей мере три дистанцирующих элемента. Дистанцирующие элементы предпочтительно выполнены в виде единого целого с соединительным элементом, например, посредством тиснения или глубокой вытяжки. Дистанцирующие элементы предпочтительно имеют ширину от 0,5х1СГ4 м до 10х1СГ4 м и высоту 0,5х1СГ4 м до 5х1СГ4 м,
особенно предпочтительно от lxlCT4 м до Зх1СГ4 м. С помощью дистанцирующих элементов достигается гомогенный, с равномерной толщиной и равномерно расплавленный слой паяльной массы. За счет этого могут быть уменьшены механические напряжения между соединительным элементом и стеклом и улучшено сцепление соединительного элемента. Это особенно предпочтительно, в частности, при применении бессвинцовых паяльных масс, которые на основании их меньшей пластичности по сравнению с свинецсодержащими паяльными массами могут хуже компенсировать механические напряжения.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения, на противоположной подложке поверхности зоны пайки соединительного элемента расположен по меньшей мере один контактный выступ, который служит для контактирования соединительного элемента с паяльным инструментом во время процесса пайки. Контактный выступ выполнен выпукло изогнутым предпочтительно по меньшей мере в зоне контакта с паяльным инструментом. Контактный выступ предпочтительно имеет высоту от 0,1 мм до 2 мм, особенно предпочтительно от 0,2 мм до 1 мм. Длина и ширина контактного выступа предпочтительно составляет
между 0,1 мм и 5 мм, еще более предпочтительно между 0,4 и 3 мм. Контактные выступы предпочтительно выполнены в виде единого целого с соединительным элементом, например, посредством тиснения или глубокой вытяжки. Для пайки можно применять электроды, контактная сторона которых выполнена плоской. Поверхность электрода приводится в контакт с контактным выступом. При этом поверхность электрода расположена параллельно поверхности подложки. Контактная зона между поверхностью электрода и контактным выступом образует место пайки. Положение места пайки не зависит от положения паяльного электрода на соединительном элементе. Это особенно предпочтительно относительно воспроизводимого, равномерного распределения тепла во время процесса пайки. Распределение тепла во время процесса пайки определяется положением, величиной и геометрией контактного выступа.
Электрический соединительный элемент предпочтительно имеет по меньшей мере на контактной поверхности, обращенной к паяльной массе, покрытие (поверхность смачивания), которая содержит никель, медь, цинк, олово, серебро, золото или их сплавы или слои. За счет этого достигается улучшенная смачиваемость соединительного элемента паяльной массой и улучшенное сцепление соединительного элемента.
Соединительный элемент, согласно изобретению,
предпочтительно покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром. Особенно предпочтительно, соединительный элемент, согласно изобретению, покрыт обеспечивающим сцепление слоем, предпочтительно из никеля и/или меди и дополнительно предназначенным для пайки слоем, предпочтительно из серебра. Еще более предпочтительно, соединительный элемент, согласно изобретению, предпочтительно покрыт никелем с толщиной слоя 0,1 0,3 мкм и/или слоем серебра с толщиной 3-20 мкм. Соединительный элемент может быть покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром. Никель и серебро улучшают прохождение тока и стойкость к коррозии соединительного элемента и смачиваемость паяльной массой.
Форма электрического соединительного элемента может быть
выполнена с одним или несколькими местами для припоя в промежуточном пространстве между соединительным элементом и электрически проводящей структурой. Места для припоя и смачивающие свойства припоя предотвращают выход паяльной массы из промежуточного пространства. Места для припоя могут быть выполнены прямоугольными, округленными или многоугольными.
Кроме того, задача изобретения решена с помощью способа изготовления стекла, согласно изобретению, по меньшей мере с одним соединительным элементом, при этом
a) соединительный элемент соединяют посредством обжатия в одной зоне с соединительным кабелем;
b) паяльную массу наносят на нижнюю сторону зоны пайки,
c) соединительный элемент с паяльной массой располагают на одной зоне электрически проводящей структуры, которая нанесена на одну зону подложки, и
d) соединительный элемент соединяют с электрически
проводящей структурой посредством ввода энергии.
Паяльную массу предпочтительно наносят на соединительный элемент в виде пластинок или плоских капель с заданными толщиной слоя, объемом, формой и расположением. Толщина слоя пластинки паяльной массы предпочтительно составляет меньше или О,б мм. Форма пластинки паяльной массы предпочтительно соответствует форме контактной поверхности. Если, например, контактная поверхность выполнена прямоугольной, то пластинка паяльной массы предпочтительно имеет прямоугольную форму.
Ввод энергии при электрическом соединении электрического соединительного элемента и электрически проводящей структуры предпочтительно осуществляется с помощью штампов, термодов, пайки паяльником, предпочтительно с помощью лазерной пайки, пайки горячим воздухом, индуктивной пайки, резистивной пайки и/или с помощью ультразвука.
Электрически проводящая структура может быть нанесена на подложку с помощью само по себе известных способов. Нанесение электрически проводящей структуры можно осуществлять перед, во время или после этапов (а) и (Ь) способа.
Соединительный элемент предпочтительно применяется в
нагревательных стеклах или в стеклах с антеннами в зданиях, в частности, в автомобилях, железнодорожном транспорте, самолетах или морских судах. Соединительный элемент служит для соединения проводящих структур стекла с электрическими системами, которые расположены вне стекла. Электрические системы являются усилителями, блоками управления или источниками напряжения.
Кроме того, изобретение относится к применению стекла, согласно изобретению, в зданиях или в средствах передвижения по земле, в воздухе или по воде, в частности, в рельсовых транспортных средствах или автомобилях, предпочтительно в виде ветрового стекла, заднего стекла, бокового стекла и/или стекла в крыше, в частности, в качестве нагреваемого стекла или в качестве стекла с антенной функцией.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примеров выполнения и со ссылками на прилагаемые чертежи, которые схематичны и выполнены без соблюдения масштаба. Чертежи не ограничивают изобретение и на них изображено:
фиг. 1
первый вариант выполнения
стекла,
согласно
изобретению,
на виде
сверху;
фиг. 2 -
¦ разрез
стекла по
линии А'-А' на
фиг. 1;
фиг. 3
разрез альтернативного
стекла,
согласно
изобретению,
по линии
А' -А' ;
фиг. 4
- разрез
другого
альтернативного
стекла,
согласно
изобретению,
по линии
А' -А' ;
фиг. 5
- разрез
другого
альтернативного
стекла,
согласно
изобретению,
по линии
А' -А' ;
фиг. б
- разрез
другого
альтернативного
стекла,
согласно
изобретению,
по линии
В-В' ;
фиг. 7
- разрез
другого
альтернативного
стекла,
согласно
изобретению,
по линии
В-В' ;
фиг. 8
подробная
блок-схема способа,
согласно
изобретению.
На фиг
1 и
2 показана деталь
стекла,
согласно
изобретению, в зоне электрического соединительного элемента 3. Стекло содержит подложку 1, которая является имеющим толщину 3
мм, термически предварительно напряженным, однослойным безосколочным стеклом из известково-натриевого стекла. Подложка
I имеет ширину 150 см и высоту 8 0 см. На подложке 1 напечатана
электрически проводящая структура 2 в виде нагревательной
проводящей структуры. Электрически проводящая структура 2
содержит частицы серебра и стеклянные фритты. В краевой зоне
стекла электрически проводящая структура 2 расширена до ширины
10 мм и образует контактную поверхность для электрического
соединительного элемента 3. Электрический соединительный
элемент 3 служит для электрического контактирования
электрически проводящей структуры 2 с внешним источником
напряжения через соединительный кабель 5. Соединительный кабель
5 содержит электрически проводящий сердечник, который выполнен
в виде обычного многопроволочного провода из меди. Кроме того,
соединительный кабель 5 содержит не изображенную изолирующую
оболочку, которая в концевой зоне удалена на протяженности 4,5
мм, с целью обеспечения возможности электрического
контактирования электрически проводящего сердечника
соединительного кабеля 5 с соединительным элементом 3. В
краевой зоне подложки 1 находится дополнительно не изображенный
экранирующий трафаретный оттиск.
Электрический соединительный элемент 3 состоит из стали с номером материала 1.4509 в соответствии со стандартом EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta(r) 4509) с коэффициентом термического расширения 10,5х10~6/°С в диапазоне температур от 20°С до 300°С. Толщина материала соединительного элемента 3 составляет, например, 0,4 мм. Соединительный элемент имеет зону 11 длиной, например, 4 мм, которая обжата вокруг концевой зоны соединительного кабеля 5. Для этого две боковые кромки обжатой зоны 11 загнуты вокруг соединительного кабеля 5 и обжаты с ним. Обжатие расположено так, что загнутые зоны обращены в направлении от подложки 1. За счет этого может быть предпочтительно реализован небольшой угол между обжатой зоной
II и подложкой 1. Однако в принципе возможно также обратное
расположение обжатия.
Кроме того, соединительный элемент 3 имеет по существу прямоугольную плоскую зону 10 пайки, которая через переходную зону 12 соединена с обжатой зоной 11. Зона 10 пайки имеет, например, длину 4 мм и ширину 2,5 мм. Переходная зона 12 имеет длину, например, 1 мм. Зона 10 пайки расположена на той стороне обжатой зоны 11, которая противоположна направлению прохождения соединительного кабеля 5. Угол между зоной 5 пайки и обжатой зоной 11 составляет, например, 160°. Переходная зона 12 выполнена плоской, однако в качестве альтернативного решения может быть также выполнена изогнутой и/или с изломом.
Обращенная к подложке 1 поверхность зоны 10 пайки образует контактную поверхность 8 между электрическим соединительным элементом 3 и электрически проводящей структурой 2. В зоне контактной поверхности 8 нанесена паяльная масса 4, которая обеспечивает длительное электрическое и механическое соединение между электрическим соединительным элементом 3 и электрически проводящей структурой 2. Паяльная масса 4 содержит 57 масс.% висмута, 4 0 масс.% олова и 3 масс.% серебра. Паяльная масса имеет толщину 250 мкм. Зона 10 пайки соединена через контактную поверхность 8 по всей поверхности с электрически проводящей структурой 2.
На фиг. 3 показано поперечное сечение альтернативного варианта выполнения стекла, согласно изобретению, с соединительным элементом 3. Контактная поверхность 8 соединительного элемента 3 снабжена содержащим серебро слоем б смачивания, например, с толщиной примерно 5 мкм. За счет этого улучшается сцепление соединительного элемента 3. В другом варианте выполнения между соединительным элементом 3 и слоем б смачивания может находиться обеспечивающий сцепление слой, например, из никеля и/или меди.
На фиг. 4 показано поперечное сечение альтернативного варианта выполнения стекла, согласно изобретению, с соединительным элементом 3. На контактной поверхности 8 соединительного элемента 3 расположен дистанцирующий элемент 7. На контактной поверхности 8 могут быть расположены, например,
четыре дистанцирующий элемента 7, из которых в показанном сечении показаны два дистанцирующих элемента 7. Дистанцирующие элементы 7 выступают в зоне 10 пайки соединительного элемента 3 и тем самым выполнены в виде единого целого с соединительным элементом 3. Дистанцирующие элементы 7 имеют форму шаровых сегментов и имеют высоту 2,5х10~4 м и ширину 5х10~4 м. Дистанцирующие элементы 7 обеспечивают возможность образования равномерного слоя паяльной массы 4. Это особенно предпочтительно относительно сцепления соединительного элемента 3.
На фиг. 5 показано поперечное сечение альтернативного варианта выполнения стекла, согласно изобретению, с соединительным элементом 3. На противолежащей контактной поверхности 8, обращенной от подложке 1 поверхности зоны 10 пайки соединительного элемента 3 расположен контактный выступ 9. Контактный выступ 9 выступает в зоне 10 пайки соединительного элемента 3 и тем самым выполнен в виде единого целого с соединительным элементом 3. Контактный выступ 9 имеет форму шарового сегмента и имеет высоту 2,5х10~4 м и ширину 5х10~ 4 м. Контактный выступ служит для контакта соединительного элемента 3 с паяльным инструментом во время процесса пайки. За счет контактного выступа 9 обеспечивается воспроизводимое и заданное распределение тепла, независимо от точного расположения паяльного инструмента.
На фиг. б показано поперечное сечение альтернативного варианта выполнения стекла, согласно изобретению, с соединительным элементом 3. Соединительный элемент 3 содержит на обращенной к паяльной массе 4 контактной поверхности 8 выемку глубиной 250 мкм, которая выдавлена в зоне 10 пайки, и которая образует место для паяльной массы 4. Выход паяльной массы 4 из промежуточного пространства может полностью предотвращаться. За счет этого дополнительно уменьшаются термические напряжения в стекле.
На фиг. 7 показано поперечное сечение альтернативного варианта выполнения стекла, согласно изобретению, с
соединительным элементом 3. Соединительный элемент 3, наряду с обжатой зоной 11, переходной зоной 12 и зоной 10 пайки, имеет другую зону 13, которая граничит с зоной 10 пайки. Другая зона 13 и переходная зона 12 с обжатой зоной 11 примыкают к противоположно лежащим кромкам зоны 10 пайки.
На фиг. 8 подробно показана блок-схема способа изготовления стекла, согласно изобретению, с электрическим соединительным элементом 3.
Были изготовлены испытательные пробы с подложкой 1 (толщиной 3 мм, шириной 150 см и высотой 8 0 см) , электрически проводящей структурой 2 в виде нагревательной проводящей структуры, электрическим соединительным элементом 3, согласно фиг. 1, и паяльной массой 4. Соединительный элемент 3 состоял из стали с номером материала 1.4509 в соответствии со стандартом EN 10 088-2 с коэффициентом термического расширения 10х10~6/°С в диапазоне температур от 20°С до 200°С и с коэффициентом термического расширения 10,5х10~6/°С в диапазоне температур от 20°С до 300°С. Подложка 1 состояла из известково-натриевого стекла с коэффициентом термического расширения 8,30х10~6/°С в диапазоне температур от 20°С до 300°С. Паяльная масса содержала SN40Bi57Ag3 и имела толщину слоя 250 мкм. Соединительный элемент 3 при температуре 2 0 0°С и длительности обработки 2 с припаивали к электрически проводящей структуре 2. Критические механические напряжения в стекле не наблюдались. Соединение стекла с электрическим соединительным элементом 3 через электрическую проводящую структуру 2 было длительно стабильным. Во всех пробах при разнице температуры от +80°С до -3 0°С ни одна подложка 1 не была разрушена и не имела повреждений. Было установлено, что короткое время после осуществления пайки стекла с припаянным соединительным элементом 3 были стабильными относительно внезапного падения температуры.
В сравнительных примерах с соединительными элементами, которые имели одинаковую форму и состояли из меди или латуни, возникали значительно более высокие механические напряжения, и
при внезапном изменении температуры от +80°С до -30°С наблюдалось, что стекла короткое время после осуществления пайки имели в большинстве случаев повреждения. Было установлено, что стекла, согласно изобретению, со стеклянными подложками 1 и электрическими соединительными элементами 3, согласно изобретению, имели лучшую стабильность относительно резкого изменения температуры. Этот результат был неожиданным и удивительным для специалистов в данной области техники. Перечень ссылочных позиций
1 Подложка
2 Электрически проводящая структура
3 Электрический соединительный элемент
4 Паяльная масса
5 Соединительный кабель
6 Слой смачивания
7 Дистанцирующий элемент
8 Контактная поверхность соединительного элемента 3 с электрически проводящей структурой 2
9 Контактный выступ
10 Зона пайки соединительного элемента 3
11 Обжатая зона соединительного элемента 3
12 Переходная зона между обжатой зоной 11 и зоной 10 пайки
13 Другая зона соединительного элемента 3 А-А' Линия разреза
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Стекло по меньшей мере с одним электрическим
соединительным элементом, содержащее по меньшей мере:
- подложку (1),
на одной зоне подложки (1) электрически проводящую структуру (2),
на одной зоне электрически проводящей структуры (2) соединительный элемент (3), который содержит по меньшей мере хромсодержащую сталь,
при этом соединительный элемент (3) имеет обжатую вокруг соединительного кабеля (5) зону (11) и зону (10) пайки, и при этом зона (10) пайки соединена с помощью бессвинцовой паяльной массы (4) с электрически проводящей структурой (2).
2. Стекло по п. 1, в котором угол между зоной (10) пайки и обжатой зоной (11) составляет 120°-180°, предпочтительно от 150° до 170°.
3. Стекло по любому из п.п. 1 или 2, которое содержит 2-6 соединительных элементов (3), которые предпочтительно расположены на одной линии, при этом расстояние между двумя соседними соединительными элементами предпочтительно составляет от 5 мм до 50 мм, особенно предпочтительно от 10 мм до 20 мм.
4. Стекло по любому из п.п. 1-3, в котором толщина материала соединительного элемента (3) составляет от 0,1 мм до 2 мм, предпочтительно от 0,2 мм до 1 мм, особенно предпочтительно от 0,3 мм до 0,5 мм.
5. Стекло по любому из п.п. 1-4, в котором разница между коэффициентом термического расширения подложки (1) и коэффициентом термического расширения соединительного элемента (3) меньше 5хЮ~6/°С
6. Стекло по любому из п.п. 1-5, в котором соединительный элемент (3) содержит по меньшей мере бб,5 масс.% - 8 9,5 масс.% железа, 10,5 масс.% - 2 0 масс.% хрома, 0 масс.% - 1 масс.% углерода, 0 масс.% - 5 масс.% никеля, 0 масс.% - 2 масс.% марганца, 0 масс.% - 2,5 масс.% молибдена, 0 масс.% - 2 масс.% ниобия и 0 масс.% - 1 масс.% титана.
4.
7. Стекло по п. 6, в котором соединительный элемент (3) содержит по меньшей мере 77 масс.% - 84 масс.% железа, 16 масс.% - 18,5 масс.% хрома, 0 масс.% - 0,1 масс.% углерода, 0 масс.% - 1 масс.% марганца, 0 масс.% - 1 масс.% ниобия, 0 масс.% - 1,5 масс.% молибдена и 0 масс.% - 1 масс.% титана.
8. Стекло по любому из п.п. 1-7, в котором подложка (1) содержит стекло, предпочтительно плоское стекло, полированное листовое стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло и/или натриево-кальциевое стекло.
9. Стекло по любому из п.п. 1-8, в котором электрически проводящая структура (2) содержит по меньшей мере серебро, предпочтительно частицы серебра и стеклянные фритты, и имеет толщину слоя от 5 мкм до 4 0 мкм.
10. Стекло по любому из п.п. 1-9, в котором толщина слоя паяльной массы (4) меньше или равна 6,0х10~4 м.
11. Стекло по любому из п.п. 1-10, в котором паяльная масса (4) содержит олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их смеси.
12. Стекло по п. 11, в котором плавильная масса (4) содержит 35 масс.% - 69 масс.% висмута, 30 масс.% - 50 масс.% олова, 1 масс.% - 10 масс.% серебра и 0 масс.% - 5 масс.% меди, или при этом паяльная масса (4) содержит от 90 масс.% до 99,5 масс.% олова, от 0,5 масс.% до 5 масс.% серебра и от 0 масс.% до 5 масс.% меди.
13. Стекло по любому из п.п. 1-12, в котором соединительный элемент (3) имеет по меньшей мере один слой (6) смачивания, который содержит никель, олово, медь и/или серебро.
14. Способ изготовления стекла по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом по любому из п.п. 1-13, при этом
a) соединительный элемент (3) соединяют посредством
обжатия в одной зоне (11) с соединительным кабелем (5);
b) паяльную массу (4) наносят на нижнюю сторону зоны (10)
пайки,
c) соединительный элемент (3) с паяльной массой (4)
располагают на одной зоне электрически проводящей структуры (2), которая нанесена на одну зону подложки (1), и
d) соединительный элемент (3) соединяют с электрически проводящей структурой (2) посредством ввода энергии.
15. Применение стекла по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом по любому из п.п. 1-13 в зданиях или в средствах передвижения по земле, в воздухе или по воде, в частности, в рельсовых транспортных средствах или автомобилях, предпочтительно в виде ветрового стекла, заднего стекла, бокового стекла и/или стекла в крыше, в частности, в качестве нагреваемого стекла или в качестве стекла с антенной функцией.
По доверенности
1/5
523347
Нанесение электрически проводящей структуры (2) на зону подложки (1)
I
Подготовка соединительного элемента (3), который содержит по меньшей мере хромсодержащую сталь и который имеет зону (10) пайки и предусмотренную для обжатия зону (11)
Соединение зоны (11) соединительного элемента (3) и соединительного кабеля (5) посредством обжатия
Порционирование паяльной массы (4) по форме и объему
I
Расположение паяльной массы (4) на зоне (10) пайки соединительного элемента (3)
у
Расположение соединительного элемента (3) на электрически проводящей структуре (2)
Прочное соединение электрического соединительного
элемента (3) с электрически проводящей структурой (2)
с помощью паяльной массы (4) посредством
ввода энергии
ФИГ.2
ФИГ.2
ФИГ.2
ФИГ.2
3/5
3/5
ФИГ.6
ФИГ.6
4/5
4/5
5/5
5/5