|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Оконное стекло (I) по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом (3), содержащее, по меньшей мере, подложку (1) с электропроводной структурой (2) по меньшей мере на одной частичной области подложки (1), по меньшей мере один электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере на одной частичной области электропроводной структуры (2) и бессвинцовую массу припоя (4), которая соединяет электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере в одной частичной области с электропроводной структурой (2), причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди. 2. Оконное стекло (I) по п.1, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 59 до 61 вес.% индия и от 35 до 38 вес.% олова. 3. Оконное стекло (I) по п.1 или 2, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,5 до 3 вес.% серебра. 4. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-3, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,4 до 1,6 вес.% меди. 5. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-4, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит до 1 вес.% никеля, предпочтительно от 0,1 до 0,2 вес.% никеля. 6. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-5, причем подложка (1) содержит стекло, предпочтительно листовое стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, натриево-кальциевое стекло или полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси. 7. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-6, причем соединительный элемент (3) содержит медь, цинк, титан, железо, никель, кобальт, молибден, олово, марганец и/или хром и/или их сплавы. 8. Оконное стекло (I) по п.7, причем соединительный элемент (3) содержит сталь, предпочтительно нержавеющую сталь. 9. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-8, причем электропроводная структура (2) содержит серебро. 10. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-9, причем соединительный элемент (3) через контактную поверхность (6) по всей площади соединен с частичной областью электропроводной структуры (2). 11. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-10, причем толщина слоя бессвинцовой массы припоя (4) меньше или равна 600 мкм. 12. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-11, выполненное в форме оконного стекла с электропроводными структурами, предпочтительно с нагревательными проводниками и/или антенными проводниками, для транспортных средств, летательных аппаратов, судов, архитектурного остекления и остекления зданий. 13. Способ получения оконного стекла (I) по любому из пп.1-12, в котором: a) наносят бессвинцовую массу припоя (4), содержащего от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди, на нижнюю часть соединительного элемента (3), b) наносят на подложку (1) электропроводную структуру (2), c) размещают соединительный элемент (3) с массой припоя (4) на электропроводной структуре (2) и d) припаивают соединительный элемент (3) к электропроводной структуре (2).
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Оконное стекло (I) по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом (3), содержащее, по меньшей мере, подложку (1) с электропроводной структурой (2) по меньшей мере на одной частичной области подложки (1), по меньшей мере один электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере на одной частичной области электропроводной структуры (2) и бессвинцовую массу припоя (4), которая соединяет электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере в одной частичной области с электропроводной структурой (2), причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди. 2. Оконное стекло (I) по п.1, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 59 до 61 вес.% индия и от 35 до 38 вес.% олова. 3. Оконное стекло (I) по п.1 или 2, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,5 до 3 вес.% серебра. 4. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-3, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,4 до 1,6 вес.% меди. 5. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-4, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит до 1 вес.% никеля, предпочтительно от 0,1 до 0,2 вес.% никеля. 6. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-5, причем подложка (1) содержит стекло, предпочтительно листовое стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, натриево-кальциевое стекло или полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси. 7. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-6, причем соединительный элемент (3) содержит медь, цинк, титан, железо, никель, кобальт, молибден, олово, марганец и/или хром и/или их сплавы. 8. Оконное стекло (I) по п.7, причем соединительный элемент (3) содержит сталь, предпочтительно нержавеющую сталь. 9. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-8, причем электропроводная структура (2) содержит серебро. 10. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-9, причем соединительный элемент (3) через контактную поверхность (6) по всей площади соединен с частичной областью электропроводной структуры (2). 11. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-10, причем толщина слоя бессвинцовой массы припоя (4) меньше или равна 600 мкм. 12. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-11, выполненное в форме оконного стекла с электропроводными структурами, предпочтительно с нагревательными проводниками и/или антенными проводниками, для транспортных средств, летательных аппаратов, судов, архитектурного остекления и остекления зданий. 13. Способ получения оконного стекла (I) по любому из пп.1-12, в котором: a) наносят бессвинцовую массу припоя (4), содержащего от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди, на нижнюю часть соединительного элемента (3), b) наносят на подложку (1) электропроводную структуру (2), c) размещают соединительный элемент (3) с массой припоя (4) на электропроводной структуре (2) и d) припаивают соединительный элемент (3) к электропроводной структуре (2).
Евразийское 028332 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201590429
(22) Дата подачи заявки
2013.07.24
(51) Int. Cl. B23K35/26 (2006.01) B23K1/00 (2006.01)
(54) ОКОННОЕ СТЕКЛО С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
(31) 12181663.1 (56) US-A1-2008175748
(32) 2012.08.24 WO-A1-2011145591
(33) EP US-A1-2005045700
(33) EP WO-A1-0058051
(43) 2015.06.30
(86) PCT/EP2013/065561
(87) WO 2014/029576 2014.02.27
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
СЭН-ГОБЭН ГЛАСС ФРАНС (FR)
(72) Изобретатель:
Ратейчак Митя, Ройль Бернхард,
Шмальбух Клаус (DE)
(74) Представитель: I Медведев В.Н. (RU) I
(57) Оконное стекло (I) с соединительным элементом (3), по меньшей мере, содержащее подложку (1) с электропроводной структурой (2) по меньшей мере на одной частичной области подложки (1), электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере на одной частичной области электропроводной структуры (2) и бессвинцовую массу припоя (4), которая соединяет электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере в одной частичной области с электропроводной структурой (2), причем бессвинцовая масса припоя содержит от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 0,5 до 2 вес.% меди.
Изобретение относится к оконному стеклу с электрическим соединительным элементом, экономичному и экологически чистому способу его изготовления и к его применению.
Кроме того, изобретение относится к оконному стеклу с электрическим соединительным элементом для транспортных средств с электропроводными структурами, как, например, нагревательными проводниками или антенными проводниками. Электропроводные структуры обычно соединены через припаянные электрические соединительные элементы с электрической бортовой сетью. Вследствие различных коэффициентов теплового расширения применяемых материалов, при изготовлении и эксплуатации возникают механические напряжения, которые нагружают оконное стекло и могут вызвать разрушение оконного стекла.
Содержащие свинец припои имеют высокую пластичность, которая может скомпенсировать механические напряжения, возникающие между электрическим соединительным элементом и оконным стеклом, за счет пластической деформации. Тем не менее, содержащие свинец припои должны быть заменены в странах EC бессвинцовыми припоями в соответствии с директивой Altauto-Richtlinie 2000/53/EG. Эта директива обозначается аббревиатурой ELV (отслужившие свой срок автомобили). При этом цель состоит в том, чтобы в процессе массового расширения электронных средств одноразового употребления исключить из продукции крайне проблематичные компоненты. Соответствующими веществами являются свинец, ртуть, кадмий и хром. Это включает в себя, среди прочего, реализацию бессвинцовых припоев в электрических применениях на стекле и внедрение соответствующих заменителей для этой цели.
Известные для электронных применений бессвинцовые составы припоев не подходят для применений на стекле. С одной стороны, на стекле требуется повышенная адгезия, которая не достигается с этими составами припоев. С другой стороны, гибкие припои, применяемые для электронных подложек, имеют повышенные коэффициенты теплового расширения, что при высоких температурных колебаниях может очень легко привести к разрушению стекла.
Для применения на стекле известны, например, бессвинцовые металлические сплавы, содержащие серебро, олово, цинк, индий, висмут и/или галлий. В EP 2 33 98 94 A1 описано применение сплавов висмута для пайки проводящего слоя на оконном стекле с соединительным элементом. Однако поскольку такие сплавы висмута являются очень хрупкими, они не оптимальны для пайки в комбинации со стеклянными подложками, и в месте спайки возникают слишком высокие растягивающие напряжения.
Другая возможность для снижения растягивающих напряжений в месте спайки заключается в добавлении крупнозернистых добавок. US 2006/0147337 A1 раскрывает например, олово-серебряный сплав, который добавляется к железо-никелевому сплаву в форме гранул. В результате, коэффициент теплового расширения припоя существенно снижается.
Кроме того, известно использование различных сплавов индия для контактирования со стеклом. Было обнаружено, что индий является особенно подходящим материалом, так как он благодаря своей низкой жесткости уменьшает растягивающие напряжения в месте спайки. WO 2000058051 раскрывает сплав, содержащий 65 вес.% индия, 30 вес.% олова, 4,5 вес.% серебра и 0,5 вес.% меди. Описанный состав припоя из-за высокой доли индия имеет относительно низкую температуру плавления около 121°C, за счет чего может предотвращаться высокая теплопередача к стеклянной подложке в процессе пайки. Однако в то же время такая низкая температура плавления ухудшает стойкость к старению массы припоя, так что при сильном нагревании места спайки, например, в солнечном свете и одновременном запуске функции нагрева оконного стекла может произойти повреждение места спайки. Кроме того, могут наблюдаться неоднородности массы припоя, как, например, инкапсуляции флюса, которые, в зависимости от их протяженности, могут привести к нарушению структуры паяного соединения. Кроме того, этот состав припоя проявляет неблагоприятное поведение смачивания, что приводит к снижению однородности массы припоя и образованию пустот.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного оконного стекла с соединительным элементом, который не имеет недостатков предшествующего уровня техники, а также экологически чистого способа его изготовления.
Задача настоящего изобретения решается в соответствии с изобретением с помощью оконного стекла с соединительным элементом, способа его изготовления и его применения в соответствии с независимыми пунктами 1, 12 и 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующее изобретению оконное стекло содержит подложку с электропроводной структурой на по меньшей мере одной частичной области подложки, электрический соединительный элемент на по меньшей мере одной частичной области электропроводной структуры и бессвинцововую массу припоя, которая электропроводно соединяет электрический соединительный элемент с электропроводной структурой в по меньшей мере одной частичной области электропроводной структуры. При этом бессвинцовая масса припоя содержит от 58 весовых процентов (вес.%) до 62 вес.% индия и от 35 до 38 вес. % олова. В частности, масса припоя в соответствии с изобретением содержит от 58,0 мас.% до 62,0 вес. % индия и от 35,0 до 38,0 вес. % олова. Олово, ввиду его механических свойств и хороших свойств смачивания, служит в качестве существенного компонента припоя и в основном используется в качестве наполнителя, причем доля олова определяется долями остальных компонентов, так что все компоненты в сум
ме дают 100%. Точное содержание доли индия, напротив, чрезвычайно важно, потому что уже малые изменения влияют на характеристики массы припоя, и особенно выгодные свойства массы припоя проявляются только в указанном диапазоне.
Бессвинцовая масса припоя может использоваться в соответствии с Директивой EC "2002/95/EG по ограничению использования определенных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании" в качестве альтернативы содержащим свинец припоям и содержит максимально совместимое с директивой предельное значение 0,1 вес.% свинца, предпочтительно не содержит свинца. Это особенно выгодно с точки зрения воздействия на окружающую среду соответствующего изобретению оконного стекла. Бессвинцовые массы припоя, как правило, имеют более низкую пластичность, чем содержащие свинец массы припоя, так что механические напряжения между соединительным элементом и оконным стеклом в общем могут компенсироваться в меньшей степени. Однако оказалось, что бессвинцовая масса припоя в соответствии с изобретением особенно хорошо подходит для обработки в комбинации со стеклянными подложками.
В особенно предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению оконного стекла, бессвинцовая масса припоя содержит от 59 до 61 вес.% индия и от 35 до 38 вес.% олова.
К бессвинцовой массе припоя добавляется от 1 до 3,5 вес.% серебра (в частности, от 1,0 до 3,5 вес.% серебра), предпочтительно от 1,5 до 3 вес.% серебра (в частности, от 1,5 до 3,0 вес.% серебра). Серебро, с одной стороны, уменьшает миграцию атомов серебра из смежных материалов, например, из проводящей структуры, в припой. С другой стороны, добавление серебра повышает механическую прочность бессвинцовой массы припоя и помогает избежать вызванных колебаниями температуры явлений усталости.
К бессвинцовой массе припоя добавляется доля от 0,5 до 2 вес.% меди (в частности, от 0,5 до 2,0 вес.% меди), предпочтительно от 0,8 до 1,8 вес.% меди, более предпочтительно от 1,2 до 1,7 вес.% меди, в частности от 1,4 до 1,6 вес.% меди. Эта доля меди обусловливает снижение температуры плавления, повышает стойкость к старению из-за колебаний температуры и улучшает смачивающие свойства припоя. При использовании содержащих медь компонентов, которые находятся в прямом контакте с массой припоя, доля меди, кроме того, предотвращает миграцию атомов меди из соответствующих конструктивных элементов в припой.
Кроме того, в бессвинцовой массе припоя может также содержаться никель. Предпочтительно никель используется в количестве не более 1 вес.%. Никель служит для предотвращения интерметаллических фаз, таких как Ag6Sn и Ag3Sn, которые делают припой более твердым и более хрупким. Для этой цели уже достаточна доля никеля от 0,1 до 0,2 вес.%. Доля никеля, однако, может также составлять 0 вес.%.
Кроме того, висмут, цинк, сурьма, золото, алюминий, мышьяк, кадмий, хром, углерод, марганец, ниобий, титан, германий, железо и/или фосфора могут содержаться в бессвинцовой массе припоя, причем достаточны максимальные доли кадмия и хрома согласно предельным значениям в соответствии с
директивой EC 2002/95/EG.
Соответствующий изобретению состав массы припоя содержит особенно предпочтительно In60Sn36,5Ag2,0Cu1,5, In60Sn36,4Ag2,0Cu1,5Ni0,1, In59Sn36,5Ag3,5Cu1,0, In61Sn35,5Ag2,0Cu1,5, In61Sn37,5Ag1,0Cu0,5, In60Sn37,4Ag2,5Ni0,1, в частности, In60Sn36,5Ag2,0Cu1,5.
Обусловленный производством диапазон колебаний состава припоя составляет 1% относительно соответственно использованных отдельных компонентов.
Подложка предпочтительно содержит стекло, особенно предпочтительно листовое стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло и/или натриево-кальциевое стекло. Альтернативно, подложка может содержать полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, по-лиметилметакрилат и/или их смеси.
Соединительный элемент предпочтительно содержит медь, цинк, титан, железо, никель, кобальт, молибден, олово, марганец и/или хром и/или их сплавы, такие как латунь, бронза, сталь, никель, серебро, константан, инвар, ковар. Особенно предпочтительно соединительный элемент содержит сталь, в особенности нержавеющую сталь, например, такую, как нержавеющая сталь, продаваемая под торговой маркой "Nirosta". В альтернативном варианте осуществления, соединительный элемент содержит от 58,0 до 99,9 вес.% меди, а также от 0 до 37 вес.% цинка. В качестве примера, здесь может быть упомянут латунный сплав Cu70Zn30. Особенно предпочтительный состав соответствующей изобретению бессвинцовой массы припоя позволяет применять различные материалы в качестве соединительного элемента. В зависимости от материала соединительного элемента, также корректируется состав соответствующей изобретению массы припоя, чтобы, с одной стороны, обеспечить оптимальную адгезию соединительного элемента и, с другой стороны, поддерживать материальные затраты по возможности низкими. В случае соединительных элементов с высокой долей меди должны применяться обогащенные индием составы припоя, в то время как в случае соединительных элементов из нержавеющей стали также могут быть использованы составы припоя с пониженным содержанием индия. Такой обедненный индием припой в рамках соответствующего изобретению состава массы припоя приводит, таким образом, в сочетании с соединительным элементом из нержавеющей стали, к значительному сокращению материальных затрат,
так как доля дорогого индия может быть уменьшена. Такой синергический эффект между соединительным элементом и припоем может быть достигнут только путем точного согласования материалов соединительного элемента и состава припоя. Соответствующая изобретению масса припоя при применении с соединительным элементом из стали имеет очень хорошую технологичность и стабильность.
Чтобы достичь по возможности высокой стойкости паяного соединения по отношению к температурным колебаниям, коэффициенты теплового расширения применяемых сторон пайки и припоя должны иметь одинаковый порядок величины. По этой причине применение соединительных элементов из нержавеющей стали целесообразно, так как они имеют сходные коэффициенты расширения, как и соответствующая изобретению масса припоя. Оконное стекло, содержащее подложку из натриево-кальциевое стекла, соединительный элемент из нержавеющей стали и соответствующий изобретению состав массы припоя, является особенно выгодным с точки зрения стабильности паяного соединения при температурных колебаниях.
Соединительный элемент предпочтительно имеет покрытие, особенно предпочтительно, содержащее серебро покрытие или содержащее никель покрытие. Покрытие предпочтительно имеет толщину от 2 до 5 мкм. В частности, применяются посеребренные или никелированные соединительные элементы, причем серебрение или никелирование улучшает качество поверхности, проводимость и смачиваемость поверхности. Особенно соединительные элементы из нержавеющей стали предпочтительно выполнены посеребренными или никелированными.
Оконное стекло согласно изобретению может содержать соединительные элементы различных форм, например, соединительные элементы в форме мостиков, которые контактируют с двумя или более поверхностями электропроводной структуры, либо также пластинчатые соединительные элементы, которые соединены непрерывной контактной поверхностью с электропроводной структурой.
Соединительный элемент имеет по меньшей мере одну контактную поверхность, через которую соединительный элемент посредством бессвинцовой массы припоя всей площади соединен с частичной областью электропроводной структуры.
По меньшей мере в частичной области оконного стекла нанесена электропроводная структура, которая предпочтительно содержит серебро, особенно предпочтительно частицы серебра и стеклянную фритту. Соответствующая изобретению электропроводная структура предпочтительно имеет толщину слоя от 3 мкм до 40 мкм, особенно предпочтительно от 5 до 20 мкм, наиболее предпочтительно от 7 до 15 мкм и, в частности, от 8 до 12 мкм. Соединительный элемент соединен через контактную поверхность по всей площади с частичной областью электропроводной структуры. При этом электрический контакт осуществляется с помощью бессвинцовой массы припоя. Электропроводная структура может служить, например, для контактирования с нанесенными на оконное стекло проводами или покрытием. При этом электропроводная структура, например, в форме сборных шин, нанесена на противоположных краях оконного стекла. Через расположенные на сборных шинах соединительные элементы может прикладываться напряжение, в результате чего через проводящие провода или покрытие от одной сборной шины к другой протекает ток и нагревает оконное стекло. В качестве альтернативы такой функции нагрева, соответствующее изобретению оконное стекло также можно использовать в комбинации с антенными проводниками или в любых других вариантах осуществления, в которых требуется стабильное контактирование с оконным стеклом.
Бессвинцовая масса припоя выступает из промежутка между соединительным элементом и электропроводной структурой, причем припой описывает вогнутый мениск и, таким образом, образует однородную галтель (желобок). Такую однородную галтель в основном можно отнести на счет чрезвычайно хороших свойств смачивания соответствующего изобретению состава массы припоя. Образование однородных галтелей представляет собой критерий качества для паяного соединения, так как в этом случае может приниматься также однородное распределение припоя в зазоре между соединительным элементом и электропроводной структурой. Если припой выступает неравномерно в форме шариков припоя из зазора, то эти шарики припоя могут привести к повреждению поверхности электропроводной структуры. Для того чтобы и в случае припоев с плохими свойствами смачивания гарантировать хорошее паяное соединение, они часто используются в больших количествах, что приводит к большой толщине припоя. При этом, однако, также велик риск выступания массы припоя. При этом появляются не только описанные шарики припоя, но и масса припоя может выпирать дальше вверх на боковых сторонах соединительного элемента до его поверхности, так что стороны соединительного элемента полностью окружены массой припоя. Однако такие паяные соединения оказываются крайне нестабильными при температурных колебаниях. Хорошие свойства смачивания соответствующего изобретению припоя, таким образом, чрезвычайно выгодны с точки зрения стабильности и качества паяного соединения, а также с точки зрения ресурсосбережения и экономически эффективного использования сырья.
Форма электрического соединительного элемента может образовывать отложения (лунки) припоя в промежуточном пространстве соединительного элемента и электропроводной структуры. Отложения припоя и свойства смачивания припоя на соединительном элементе предотвращают выступание массы припоя из промежуточного пространства. Отложения припоя могут образовываться прямоугольными, круглыми или многоугольными.
Для того чтобы достичь равномерной толщины слоя бессвинцовой массы припоя, соединительный элемент может иметь распорки на своей контактной поверхности. В этом случае, одна или более распорок, предпочтительно по меньшей мере две распорки, особенно предпочтительно по меньшей мере три распорки располагаются на контактной поверхности. Распорки предпочтительно имеют ширину от 0,1 до 3 мм и высоту от 0,05 до 1 мм, особенно предпочтительно ширину от 0,3 до 1 мм и высоту от 0,2 до 0,4 мм. Распорки соответствуют по своему составу предпочтительно составу самого соединительного элемента и могут быть выполнены в различных формах, например, в форме кубика, в пирамидальной форме или в виде сферических сегментов или сегментов эллипсоида. Распорки предпочтительно выполнены за одно целое с соединительным элементом, например, посредством формования соединительного элемента с первоначально плоской контактной поверхностью, например, путем штамповки или глубокой вытяжки.
Толщина слоя бессвинцовой массы припоя предпочтительно меньше или равна 600 мкм, более предпочтительно меньше чем 300 мкм.
Введение энергии при электрическом соединении электрического соединительного элемента и электропроводной структуры осуществляется предпочтительно штампами, термодатчиками, пайкой паяльниками, микропламенной пайкой, предпочтительно лазерной пайкой, пайкой горячим воздухом, индукционной пайкой, пайкой с электросопротивлением и/или ультразвуком.
Кроме того, изобретение включает в себя способ изготовления соответствующего изобретению оконного стекла, в котором бессвинцовую массу припоя сначала наносят на контактные поверхности соединительного элемента. Предпочтительно, бессвинцовая масса припоя используется в форме пластинок, сфер, конусов, цилиндров или эллипсоидов или также в форме сегментов этих тел с установленной толщиной слоя, объемом и формой, причем количество припоя должно выбираться таким образом, чтобы препятствовать выступанию массы припоя в процессе пайки. Затем на участке подложки наносят электропроводную структуру, и соединительный элемент вместе с бессвинцовой массой припоя размещают на электропроводной структуре. Затем соединительный элемент соединяют с электропроводной структурой посредством пайки. В процессе пайки используют не содержащий галогенов флюс (не чистый флюс) в обычно используемой форме. Флюс может, например, содержаться внутри отложения припоя или наноситься непосредственно на контактные поверхности между массой припоя и соединительным элементом или электропроводной структурой.
Предпочтительно перед нанесением электропроводной структуры на краевых участках оконного стекла применяют печать черным цветом, так что она после сборки оконного стекла скрывает соединительные элементы.
Соединительный элемент после установки на оконное стекло сваривается или обжимается с листом, жилой или оплеткой, например, из меди, и соединяется с бортовой электроникой.
Изобретение также относится к применению соответствующего изобретению оконного стекла с электропроводными структурами в транспортных средствах, архитектурном остекление или остеклении зданий, особенно в автомобилях, рельсовых транспортных средствах, летательных аппаратах или морских судах. В этом случае, соединительный элемент служит для соединения токопроводящих структур оконного стекла, таких как нагревательные проводники или антенные проводники с внешними электрическими системами, такими как усилители, блоки управления или источники напряжения.
Далее изобретение поясняется более подробно со ссылками на чертежи. Чертежи не ограничивают изобретение никоим образом.
На чертежах показано следующее:
фиг. 1 - выполнение соответствующего изобретению оконного стекла с соединительным элементом; фиг. 2 - сечение А-А' соответствующего изобретению оконного стекла с соединительным элементом согласно фиг. 1;
фиг. 3 - сечение А-А' соответствующего изобретению оконного стекла с соединительным элементом согласно уровню техники;
фиг. 4 - альтернативная форма выполнения оконного стекла в соответствии с изобретением; фиг. 5 - соответствующий изобретению бессвинцовый состав припоя;
фиг. 6 - блок-схема последовательности операций соответствующего изобретению способа.
На фиг. 1 показано соответствующее изобретению оконное стекло (I) с соединительным элементом (3). На подложке (1) термически закаленного однослойного безосколочного стекла толщиной 3 мм из натриево-кальциевое стекла нанесена защитная трафаретная печать (5). Подложка (1) имеет ширину 150 см и высоту 80 см, причем на более короткой боковой кромке в области защитной трафаретной печати (5) расположен соединительный элемент (3). На поверхности подложки (1) нанесена электропроводная структура (2) в форме структуры нагревательных проводников. Электропроводная структура содержит частицы серебра и стеклянную фритту, причем содержание серебра превышает 90%. В краевой области оконного стекла (I) электропроводная структура (2) расширяется до 10 мм. В этой области нанесена бессвинцовая масса припоя (4), которая соединяет электропроводную структуру (2) с контактной площадкой (6) соединительного элемента (3). Контактирование после сборки в кузове транспортного средства скрывается посредством защитной трафаретной печати (5). Бессвинцовая масса припоя (4) обеспечивает постоянное электрическое и механическое соединение электропроводной структуры (2) с соединитель
ным элементом (3). Бессвинцовая масса припоя (4) размещается за счет предварительно заданного объема и заданной формы полностью между электрическим соединительным элементом (3) и электропроводной структурой (2). Бессвинцовая масса припоя (4) содержит 60 вес.% индий, 36,5 вес.% олова, 2,0 вес.% серебра и 1,5 вес.% меди. В этой приведенной для примера бессвинцовой массе припоя (4) выбирается по возможности наиболее точный состав из 60,00 вес.% индия, 36,50 вес.% олова, 2,00 вес.% серебра и 1,50 вес.% меди. Бессвинцовая масса припоя (4) имеет толщину 250 мкм. Электрический соединительный элемент (3) состоит из нержавеющей стали. Электрический соединительный элемент (3) имеет ширину 4 мм и длину 24 мм. Неожиданным образом, комбинация из соответствующей изобретению бессвинцовой массы припоя (4) и соединительного элемента из нержавеющей стали проявляет хорошую стабильность и качество паяного соединения. Можно показать, что свойства обогащенных индием припоев (например, In65Sn30Ag45Cu05) по отношению к стабильности и качеству паяного соединения могут быть достигнуты также по меньшей мере с одним обедненным индием припоем (In60Sn365Ag2Cu15). Однако обедненные индием припои выгодны с точки зрения ресурсосберегающего и экономически эффективного использования сырья. Кроме того, соответствующая изобретению масса припоя проявляет улучшенное поведение смачивания (см. фиг. 2 и фиг. 3). При этом простое снижение содержания индия, причем последний заменяется наполнителем, таким как олово, является недостаточным. Поскольку отдельные компоненты массы припоя находятся друг с другом во взаимодействии, при модификации одного компонента также должно корректироваться содержание других компонентов, или могут быть необходимы другие или дополнительные компоненты, чтобы достичь подобных свойств. Поэтому при поиске новых масс припоя, появляется множество переменных, так что простые серии опытов не достаточны, чтобы решить эту проблему. Упомянутые предпочтительные свойства состава массы припоя In60Sn365Ag2Cu15 были удивительными и неожиданными для специалиста.
На фиг. 2 показано сечение А-А' соответствующего изобретению оконного стекла (I) с соединительным элементом (3) в соответствии с фиг 1. Бессвинцовая масса припоя (4) выступает в сторону из зазора между электропроводной структурой (2) и соединительным элементом (3). При этом соответствующая изобретению бессвинцовая масса припоя (4) образует вогнутый мениск из-за ее очень хороших смачивающих свойств. Образование такой однородной галтели является показателем того, что припой имеет хорошие свойства текучести и смачивания, и, таким образом, также в зазоре между соединительным элементом и электропроводной структурой присутствует равномерное распределение без образования пустот. В случае масс припоев с худшими свойствами смачивания часто образуются шарики припоя, которые могут повредить электропроводную структуру, или происходит такое сильное выступание массы припоя, что масса припоя полностью окружает боковые края соединительного элемента, что приводит к ослаблению паяного соединения. Эти эффекты могут быть полностью исключены благодаря превосходным свойствам смачивания и очень хорошим свойствам текучести соответствующей изобретению бессвинцовой массы припоя (4), в результате чего достигаются огромные выгоды с точки зрения качества и стабильности паяного соединения. Кроме того, соответствующая изобретению масса припоя (4), ввиду ее особенно хорошего свойства текучести, может применяться с гораздо более тонкой толщиной слоя, в то время как массы припоя, известные из уровня техники, должны использоваться с большими толщинами слоя (более 600 мкм), чтобы гарантировать достаточное качество паяного соединения. С помощью соответствующей изобретению бессвинцовой массы припоя (4) можно, в противоположность этому, свободно выбирать толщину слоя, оптимальную для определенной геометрии соединения, причем даже при тонких слоях достигается однородная структура. Экономия массы припоя также полезна с точки зрения ресурсосберегающего и экономически эффективного использования сырья.
Эти результаты были удивительными и неожиданными для специалиста в данной области.
Фиг. 3 показывает сечение А-А' известного из уровня техники оконного стекла (I) с соединительным элементом (3). Масса припоя (8) в соответствии с уровнем техники в данном случае содержит 65 вес.% индия, 30 вес.% олова, 4,5 вес.% серебра и 0,5 вес.% меди. Общая структура оконного стекла, состоящая из подложки (1), защитной трафаретной печати (5), электропроводной структуры (2), соединительного элемента (3) и массы припоя (8), аналогична таковой для оконного стекла в соответствии с настоящим изобретением. Масса припоя (8) нанесена на электропроводной структуре (2) и соединяет ее с контактной поверхностью (6) соединительного элемента (3). Из-за плохих свойств смачивания массы припоя (8), последняя выступает каплями из зазора между электропроводной структурой (2) и соединительным элементом (3), образуя выпуклый мениск. При этом возникают шарики припоя, которые могут вызвать повреждение слоя серебра и, таким образом, способствуют отказу паяного соединения. Такое неблагоприятное поведение смачивания массы припоя (8) приводит, наряду с этим неконтролируемым просачиванием из зазора, также к плохой однородности.
Фиг. 4 показывает, в развитие примера выполнения по фиг. 1 и 2, альтернативный вариант осуществления соответствующего изобретению оконного стекла (I) с соединительным элементом (3), причем соединительный элемент (3) имеет распорки (7) на контактной поверхности (6). Соединительный элемент (3) имеет структуру в форме мостика, подобно соединительному элементу, показанному на фиг. 1, причем две поверхности соединительного элемента (3) расположены под углом к поверхности подложки. В качестве контактной поверхности (6), которая находится в непосредственном контакте с бессвинцовой
массой припоя (4), в этой форме выполнения применяются как плоские участки соединительного элемента (3), так и наклонные поверхности. Распорки (7) расположены на плоских участках соединительного элемента (3) и непосредственно касаются электропроводный структуры (2), так что соединительный элемент (3) поддерживается на равномерном расстоянии от нее. Это способствует формированию равномерного слоя массы припоя. Полусферические распорки (7) имеют высоту h 0,25 мм и ширину 0,5 мм.
Фиг. 5 показывает соответствующий изобретению состав бессвинцовой массы припоя. Бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 0,5 до 2,0 вес.% меди. Чем выше содержание индия в составе припоя, тем ниже температура плавления и выше пластичность припоя. Для достижения оптимальных свойств растекания при одновременно высокой термостойкости особенно подходят доли индия от 58 до 62 вес.%, предпочтительно от 59 до 61 вес.%. Особое предпочтительно, бессвинцовая масса припоя (4) содержит долю индия от 59,5 до 60,5 вес.%. Олово используется в соответствующей изобретению бессвинцовой массе припоя (4) прежде всего как благоприятный наполнитель с хорошими свойствами растекания. Доля серебра в соответствующей изобретению массе припоя служит для предотвращения миграции атомов серебра из электропроводной структуры (2) в массу припоя и одновременно снижает температуру плавления. С учетом этого нежелательного снижения температуры плавления и по причинам затрат, тем не менее, содержание серебра должно быть настолько низким, насколько это возможно. Содержание серебра от 1 до 3,5 вес.%, предпочтительно от 1,5 до 3 вес. % оказалось особенно подходящим. За счет добавления меди к бессвинцовой массе припоя (4) температура плавления может быть установлена окончательно. Медь также обеспечивает определенную степень гибкости припоя и предотвращает высвобождение долей меди сторон пайки. Соответствующая изобретению бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 0,5 до 2 вес.% меди, предпочтительно от 0,8 до 1,8 вес. % меди. Кроме того, в массу припоя может быть добавлена незначительная доля никеля, максимально 1 вес.%, предпочтительно от 0, 1 до 0,2 вес.%. За счет этого предотвращается образование интерметаллических фаз между оловом и серебром. Особенно предпочтительный состав припоя показан на фиг. 5 в форме столбиковой диаграммы и содержит 60,0 вес.% индия, 36,5 вес.% олова, 2,0 вес.% серебра и 1,5 вес.% меди.
Фиг. 6 показывает блок-схему соответствующего изобретению способа изготовления оконного стекла (I) с соединительным элементом (3). На первом этапе бессвинцовую массу припоя (4) делят на порции и располагают на контактной поверхности (6) электрического соединительного элемента (3). На подложку (1) накладывают электропроводную структуру (2), например, в форме печатных проводников. При этом участок электропроводной структуры (2) выполнен более широким, так что размеры этого участка соответствуют по меньшей мере размерам соединительного элемента (3). После этого электрический соединительный элемент (3) с бессвинцовой массой припоя (4) размещают на электропроводной структуре (2), предпочтительно на ее более широком участке. При этом бессвинцовая масса припоя (4) контактирует с электропроводной структурой (2). Посредством ввода энергии электрический соединительный элемент (3) постоянно электрически и механически соединяется с электропроводной структурой
(2).
Перечень ссылочных позиций: I - оконное стекло;
1 - подложка;
2 - электропроводная структура;
3 - соединительный элемент;
4 - бессвинцовая масса припоя;
5 - защитная трафаретная печать;
6 - контактная поверхность;
7 - распорка;
8 - масса припоя; АА' - линия сечения; H - высота распорки 7; L - ширина распорки 7.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Оконное стекло (I) по меньшей мере с одним электрическим соединительным элементом (3), содержащее, по меньшей мере,
подложку (1) с электропроводной структурой (2) по меньшей мере на одной частичной области подложки (1),
по меньшей мере один электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере на одной частичной области электропроводной структуры (2) и
бессвинцовую массу припоя (4), которая соединяет электрический соединительный элемент (3) по меньшей мере в одной частичной области с электропроводной структурой (2),
причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова,
от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди.
2. Оконное стекло (I) по п.1, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 59 до 61 вес.% индия и от 35 до 38 вес.% олова.
3. Оконное стекло (I) по п.1 или 2, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,5 до 3 вес.% серебра.
4. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-3, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит от 1,4 до 1,6 вес.% меди.
5. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-4, причем бессвинцовая масса припоя (4) содержит до 1 вес.% никеля, предпочтительно от 0,1 до 0,2 вес.% никеля.
6. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-5, причем подложка (1) содержит стекло, предпочтительно листовое стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, натриево-кальциевое стекло или полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси.
7. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-6, причем соединительный элемент (3) содержит медь, цинк, титан, железо, никель, кобальт, молибден, олово, марганец и/или хром и/или их сплавы.
8. Оконное стекло (I) по п.7, причем соединительный элемент (3) содержит сталь, предпочтительно нержавеющую сталь.
9. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-8, причем электропроводная структура (2) содержит серебро.
10. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-9, причем соединительный элемент (3) через контактную поверхность (6) по всей площади соединен с частичной областью электропроводной структуры (2).
11. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-10, причем толщина слоя бессвинцовой массы припоя (4) меньше или равна 600 мкм.
12. Оконное стекло (I) по любому из пп.1-11, выполненное в форме оконного стекла с электропроводными структурами, предпочтительно с нагревательными проводниками и/или антенными проводниками, для транспортных средств, летательных аппаратов, судов, архитектурного остекления и остекления зданий.
13. Способ получения оконного стекла (I) по любому из пп.1-12, в котором:
a) наносят бессвинцовую массу припоя (4), содержащего от 58 до 62 вес.% индия, от 35 до 38 вес.% олова, от 1 до 3,5 вес.% серебра и от 1,2 до 1,7 вес.% меди, на нижнюю часть соединительного элемента
(3),
b) наносят на подложку (1) электропроводную структуру (2),
c) размещают соединительный элемент (3) с массой припоя (4) на электропроводной структуре (2) и
d) припаивают соединительный элемент (3) к электропроводной структуре (2).
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028332
- 1 -
(19)
028332
- 1 -
(19)
028332
- 4 -
(19)
028332
- 8 -
|
