EA 028379B1 20171130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000028379b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Стеклянный лист по меньшей мере с одним элементом для электрического соединения, содержащий основу (1), электропроводящую структуру (2) на части основы (1), слой бессвинцового припоя (4) на части электропроводящей структуры (2) и соединительный элемент (3) на припое (4), причем соединительный элемент (3) содержит хромистую сталь с содержанием хрома больше или равным 10,5 вес.% и коэффициентом теплового расширения от 9 ∙10 ^-6 /°С до 13 ∙10 ^-6 /°С, причем соединительный элемент (3) имеет первую и вторую ножку (7, 7'), первую и вторую переходную зону (9, 11) и зону (10) мостика между первой и второй переходными зонами (9, 11); на обращенной к основе (1) стороне первой и второй ножки (7, 7') находятся первая и вторая контактные поверхности (8, 8'); первая и вторая контактные поверхности (8, 8') и обращенные к основе (1) поверхности (9', 11') первой и второй переходной зоны (9, 11) соединены припоем (4) с электропроводящей структурой (2); и угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной плоскостью (12) к обращенной к основе (1) поверхности (9', 11') переходной зоны (9, 11) более 0 и меньше 90°, причем полость, ограниченная электропроводящей структурой (2), переходными зонами (9, 11) и зоной мостика (11), целиком или не полностью заполнена припоем.

2. Стеклянный лист по п.1, причем основа (1) содержит стекло, предпочтительно плоское стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, кальций-натриевое стекло, или полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси.

3. Стеклянный лист по п.1 или 2, причем угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной плоскостью (12) к обращенной к основе (1) поверхности (9', 11') переходной зоны (9, 11) составляет от 2 до 75°, предпочтительно от 5 до 50°.

4. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9), вторая переходная зона (11) и зона (10) мостика частично выполнены плоскими.

5. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9), вторая переходная зона (11) и/или зона (10) мостика изогнуты и предпочтительно изогнуты в одном направлении.

6. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9) и вторая переходная зона (11) выполнены плоскими, а зона (10) мостика изогнута.

7. Стеклянный лист по одному из пп.1-6, причем на контактных поверхностях (8, 8') расположены распорки (19).

8. Стеклянный лист по любому из пп.1-7, причем соединительный элемент (3) содержит по меньшей мере 50-89,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-1 вес.% углерода, 0-5 вес.% никеля, 0-2 вес.% марганца, 0-2,5 вес.% молибдена или 0-1 вес.% титана.

9. Стеклянный лист по одному из пп.1-8, причем припой (4) содержит олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их комбинации.

10. Стеклянный лист по п.9, причем доля олова в составе припоя (4) составляет 3-99,5 вес.%, а доля висмута, индия, цинка, меди, серебра или их комбинаций составляет 0,5-97 вес.%.

11. Стеклянный лист по одному из пп.1-10, причем соединительный элемент (3) покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром, предпочтительно слоем никеля толщиной от 0,1 до 0,3 мкм и/или слоем серебра толщиной от 3 до 20 мкм.

12. Стеклянный лист по одному из пп.1-11, предназначенный для автомобилей с электропроводящими структурами, предпочтительно с электронагревательными проводниками и/или антенными проводниками.

13. Способ получения стеклянного листа по одному из пп.1-12 с по меньшей мере одним элементом для электрического соединения (3), причем соединительный элемент (3) содержит хромистую сталь с содержанием хрома больше или равным 10,5 вес.% и коэффициентом теплового расширения от 9 ∙10 ^-6 /°С до 13 ∙10 ^-6 /°С и имеет первую и вторую ножку (7, 7'), первую и вторую переходную зону (9, 11) и зону (10) мостика между первой и второй переходными зонами (9, 11), при этом способ включает в себя следующие этапы: a) бессвинцовый припой (4) размещают на контактных поверхностях (8, 8') соединительного элемента (3) в виде пластинок с заданными толщиной, объемом и формой, b) наносят электропроводящую структуру (2) на часть основы (1), c) размещают соединительный элемент (3) с припоем (4) на электропроводящей структуре (2) и d) первую и вторую контактные поверхности (8, 8') и обращенные к основе (1) поверхности (9', 11') первой и второй переходной зоны (9, 11) соединительного элемента (3) соединяют с электропроводящей структурой (2) указанным припоем (4), причем угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной поверхностью (9', 11') к поверхности переходной зоны, обращенной к основе (1), больше 0 и меньше 90°, и причем полость, ограниченную электропроводящей структурой (2), переходными зонами (9, 11) и зоной мостика (11), заполняют припоем целиком или не полностью.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

7. Стеклянный лист по одному из пп.1-6, причем на контактных поверхностях (8, 8') расположены распорки (19).

Евразийское ои 028379 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.11.30
(21) Номер заявки 201391657
(22) Дата подачи заявки 2012.04.17
(51) Int. Cl. H05B 3/84 (2006.01) H01R 4/62 (2006.01)
(54) СТЕКЛЯННЫЙ ЛИСТ С ЭЛЕМЕНТОМ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ
(31) 11165504.9; 11165506.4
(32) 2011.05.10
(33) EP (43) 2014.11.28
(86) PCT/EP2012/056965
(87) WO 2012/152544 2012.11.15
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
СЭН-ГОБЭН ГЛАСС ФРАНС (FR)
(72) Изобретатель:
Деген Кристоф, Ройль Бернхард,
Ратейчак Митя, Шларб Андреас (DE),
Лесмайстер Лотар (NL)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) WO-A1-2004068643 WO-A1-2007110610 DE-U1-202008015441 ЕР-А1-1488972 GB-A-1163224 DE-A1-102009016353 US-A-5738554 US-A-2709211
Изобретение относится к стеклянному листу с элементом для электрического соединения и к экономичному и экологически чистому способу его получения.
Изобретение относится, кроме того, к стеклянному листу с элементом для электрического соединения для автомобилей с электропроводящими структурами, как, например, электронагревательные проводники или антенные проводники. Электропроводящие структуры обычно соединены по току с бортовой электрической сетью через припаянные элементы для электрического соединения. Из-за разных коэффициентов теплового расширения применяемых материалов возникают механические напряжения, которые действуют на стеклянный лист и могут вызвать поломку листа при получении и при эксплуатации.
Содержащие свинец припои имеют высокую пластичность, которая может компенсировать механические напряжения, возникающие между элементом для электрического соединения и стеклянным листом, посредством пластической деформации. Правда, согласно постановлению 2000/53/ЕС о старых автомобилях, в странах ЕС содержащие свинец припои должны быть заменены бессвинцовыми припоями. Это постановление обобщенно обозначается сокращением ELV (End of life vehicles транспортные средства с выработанным ресурсом). Целью при этом является запретить в ходе массового распространения одноразовой электроники крайне проблематичные компоненты. Это относится к таким веществам, как свинец, ртуть и кадмий. Кроме того, это относится к внедрению бессвинцовых паяльных флюсов в электрооборудовании на стекле и к введению для этого соответствующих замещающих продуктов.
Патент ЕР 1942703А2 описывает элемент для электрического соединения на автомобильных стеклах, причем разница коэффициентов теплового расширения листа и элемента для электрического соединения составляет менее 5-10-6/°С, и соединительный элемент содержит преимущественно титан. Чтобы позволить достаточную механическую стабильность и обрабатываемость, предлагается применять припой в избытке. Избыток припоя вытекает из промежутка между соединительным элементом и электропроводящей структурой. Избыток припоя вызывает высокие механические напряжения в стеклянном листе. Эти механические напряжения ведут в конечном счете к поломке листа.
Задачей настоящего изобретения является создать стеклянный лист с элементом для электрического соединения и разработать экономичный и экологически чистый способ его получения, при котором предотвращается образование критических механических напряжений в листе.
Задача настоящего изобретения решена согласно изобретению устройством по независимому пункту 1.
Предпочтительные воплощения выявляются из зависимых пунктов.
Стеклянный лист согласно изобретению по меньшей мере одним соединительным элементом характеризуется следующими отличительными признаками: основа,
электропроводящая структура на части основы,
слой припоя на части электропроводящей структуры и
соединительный элемент на припое, причем
соединительный элемент имеет первую и вторую ножку, первую и вторую переходную зону, и зону мостика между первой и второй переходной зоной,
на обратной стороне первой и второй ножки находятся первая и вторая контактные поверхности,
первая и вторая контактная поверхность и обращенная к основе поверхность первой и второй переходной зоны соединены припоем с электропроводящей структурой, и
угол между поверхностью основы и каждой касательной плоскостью к поверхности переходной зоны, обращенной к основе, меньше 90°.
На стеклянный лист нанесена электропроводящая структура. Элемент для электрического соединения местами соединен по току припоем с электропроводящей структурой. При этом первая контактная поверхность и обращенная к основе поверхность первой переходной зоны соединены с первым участком электропроводящей структуры. Вторая контактная поверхность и обращенная к основе поверхность второй переходной зоны соединены со вторым участком электропроводящей структуры. Припой выходит из промежутка между соединительным элементом и электропроводящей структурой на ширину растекания < 1 мм.
В одном предпочтительном варианте осуществления максимальная ширина растекания предпочтительно составляет менее 0,5 мм, в частности, составляет примерно 0 мм. Это особенно предпочтительно в отношении снижения механических напряжений в листе, адгезии соединительного элемента и экономии припоя.
Максимальная ширина растекания определяется как расстояние между наружными краями соединительного элемента и местом выхода припоя, в котором толщина слоя припоя становится меньше 50 мкм. Максимальную ширину растекания измеряют после процесса пайки на застывшем припое.
Желаемая максимальная ширина растекания достигается подходящим выбором объема припоя и расстояния по нормали между соединительным элементом и электропроводящей структурой, которое можно установить простыми экспериментами. Расстояние по нормали между соединительным элемен
том и электропроводящей структурой может задаваться с помощью соответствующего технологического инструмента, например инструмента с встроенной распоркой.
Максимальная ширина растекания может также быть отрицательной, т.е. припой втягивается в промежуток, образованный между элементом для электрического соединения и электропроводящей структурой.
В одном предпочтительном варианте осуществления стеклянного листа по изобретению максимальная ширина растекания находится в пределах вогнутого мениска в промежутке, образованном между элементом для электрического соединения и электропроводящей структурой. Вогнутый мениск образуется, например, из-за увеличения расстояния по нормали между распоркой и проводящей структурой в процессе пайки, когда припой еще жидкий.
Согласно уровню техники припой при припаивании соединительного элемента к электропроводящей структуре расплавляют. Затем устанавливают желаемое расстояние между контактной поверхностью соединительного элемента и электропроводящей структурой. При этом избыточная масса жидкого припоя неконтролируемо вытекает из промежутка между соединительным элементом и электропроводящей структурой. Неконтролируемый выход припоя через наружные кромки соединительного элемента приводит к слишком большой максимальной ширине растекания. Это приводит к критическим механическим напряжениям в листе.
Преимущество соединительного элемента согласно изобретению состоит в действии капиллярного эффекта между электропроводящей структурой и переходными зонами соединительного элемента. Капиллярный эффект является следствием малого расстояния между переходными зонами соединительного элемента и электропроводящей структурой. Малое расстояние получается из-за острого угла ( <90°) между поверхностью основы и касательной плоскостью обращенной к основе поверхности переходной зоны. Желаемое расстояние между соединительным элементом и электропроводящей структурой устанавливают после оплавления припоя. Избыточный припой благодаря капиллярному эффекту контролируемо втягивается в объем, ограниченный переходной зоной и электропроводящей структурой. Благодаря этому предотвращается выход припоя за наружные кромки соединительного элемента и тем самым снижается максимальная ширина растекания. Таким образом, благодаря соединительному элементу согласно изобретению достигается снижение механических напряжений в стеклянном листе. Это особенно предпочтительно при использовании бессвинцового припоя, который из-за своей меньшей пластичности по сравнению с содержащими свинец припоями хуже компенсирует механические напряжения.
В соответствии с определением максимальной ширины растекания края контактной поверхности, к которым примыкают переходные зоны, не являются наружными кромками соединительного элемента.
Полость, ограниченная электропроводящей структурой, переходными зонами и зоной мостика, может быть целиком заполнена припоем. Предпочтительно эта полость заполнена припоем не полностью.
Основа предпочтительно содержит стекло, особенно предпочтительно плоское стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, натрий-кальциевое стекло. В одном альтернативном предпочтительном варианте осуществления основа содержит полимеры, особенно предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси.
Основа имеет первый коэффициент теплового расширения. Соединительный элемент имеет второй коэффициент теплового расширения.
Первый коэффициент теплового расширения предпочтительно составляет от 8-10-6/°С до 9-10-6/°C. Основа предпочтительно содержит стекло, которое предпочтительно имеет коэффициент теплового расширения от 8,3-10-6/°С до 9-10-6/°С в температурном диапазоне от 0 до 300°С.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере один сплав железа с никелем, сплав железа с никелем и кобальтом или сплав железа с хромом.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 5089,5 вес.% железа, 0-50 вес.% никеля, 0-20 вес.% хрома, 0-20 вес.% кобальта, 0-1,5 вес.% магния, 0-1 вес.% кремния, 0-1 вес.% углерода, 0-2 вес.% марганца, 0-5 вес.% молибдена, 0-1 вес.% титана, 0-1 вес.% ниобия, 0-1 вес.% ванадия, 0-1 вес.% алюминия и/или 0-1 вес.% вольфрама.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения разность между первым и вторым коэффициентами расширения > 5-10-6/°С. При этом второй коэффициент теплового расширения предпочтительно составляет от 0,Ы0-6/°С до 4-10-6/°С, особенно предпочтительно от 0,3-10-6/°С до 3-10-6/°С в диапазоне температур от 0 до 300°С.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 50-75 вес.% железа, 25-50 вес.% никеля, 0-20 вес.% кобальта, 0-1,5 вес.% магния, 0-1 вес.% кремния, 0-1 вес.% углерода и/или 0-1 вес.% марганца.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно включает хром, ниобий, алюминий, ванадий, вольфрам и титан в содержании 0-1 вес.%, молибден в содержании 0-5 вес.%, а также обусловленные получением примеси.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 55-70 вес.% железа, 30-45 вес.% никеля, 0-5 вес.% кобальта, 0-1 вес.% магния, 0-1 вес.% кремния и/или 0-1
вес.% углерода.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит инвар (FeNi).
Инвар является сплавом железа с никелем с содержанием никеля, например, 36 вес.% (FeNi36). Это группа сплавов и соединений, отличающихся тем, что в определенном температурном диапазоне они имеют аномально низкий или иногда отрицательный коэффициент теплового расширения. Инвар Fe65Ni35 содержит 65 вес.% железа и 35 вес.% никеля. В качестве легирующих элементов обычно добавляют до 1 вес.% магния, кремния и углерода, чтобы изменить механические свойства. Добавлением 5 вес.% кобальта можно еще больше уменьшить коэффициент теплового расширения. Сплав имеет обозначение Inovco, (FeNi33Co45) с коэффициентом расширения (в диапазоне от 20 до 100°С) 0,55-10-6/°С.
Если применять такой сплав, как инвар с очень низким абсолютным коэффициентом теплового расширения, < 4-10-6/°С, происходит перекомпенсация механических напряжений некритическими сжимающими напряжениями в стекле или некритическими растягивающими напряжениями в сплаве.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения разность между первым и вторым коэффициентами расширения < 5-10-6/°С. Благодаря этой малой разнице между первым и вторым коэффициентами теплового расширения предотвращаются критические механические напряжения в стеклянном листе и достигается лучшая адгезия. При этом второй коэффициент теплового расширения предпочтительно составляет от 4-10-6/°С до 8-10-6/°С, особенно предпочтительно от 4-10-6/°С до 6-10-6/°С в диапазоне температур от 0 до 300°С.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 50-60 вес.% железа, 25-35 вес.% никеля, 15-20 вес.% кобальта, 0-0,5 вес.% кремния, 0-0,1 вес.% углерода и/или 0-0,5 вес.% марганца.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит ковар (FeCoNi).
Ковар является сплавом железа с никелем и кобальтом сплав, он обычно имеет коэффициент теплового расширения примерно 5-10-6/°С. Таким образом, его коэффициент теплового расширения меньше, чем у типичных металлов. Сплав включает, например, 54 вес.% железа, 29 вес.% никеля и 17 вес.% кобальта. Поэтому в области микроэлектроники и нанотехнологий ковар используется в качестве материала для корпусов или как субмаунт. Субмаунты укладывают по принципу бутерброда между собственно подложкой и материалом с по большей частью заметно более высоким коэффициентом расширения. Тем самым ковар служит выравнивающим элементом, который принимает на себя термомеханические напряжения, обусловленные разными коэффициентами теплового расширения других материалов, и снижает их. Равным образом ковар служит для стеклометаллической прокладки электронных компонентов и для мест сопряжения материалов в вакуумных камерах.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит дополнительно термо-обработанные отжигом сплавы железа с никелем и/или сплавы железа с никелем и кобальтом.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения разность между первым и вторым коэффициентами расширения также меньше 5-10-6/°С. При этом второй коэффициент теплового расширения предпочтительно составляет от 9-10-6/°С до 13-10-6/°С, особенно предпочтительно от 10-10-6/°С до 11,5-10-6/°С в диапазоне температур от 0 до 300°С.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 5089,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-1 вес.% углерода, 0-5 вес.% никеля, 0-2 вес.% марганца, 0-2,5 вес.% молибдена и/или 0-1 вес.% титана. Соединительный элемент может дополнительно содержать примеси других элементов, в том числе ванадия, алюминия, ниобия и азота.
Соединительный элемент согласно изобретению может также содержать по меньшей мере 66,5-89,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-1 вес.% углерода, 0-5 вес.% никеля, 0-2 вес.% марганца, 0-2,5 вес.% молибдена, 0-2 вес.% ниобия и/или 0-1 вес.% титана.
Соединительный элемент согласно изобретению
предпочтительно содержит по меньшей мере 65-89,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-0,5 вес.% углерода, 0-2,5 вес.% никеля, 0-1 вес.% марганца, 0-1 вес.% молибдена и/или 0-1 вес.% титана.
Соединительный элемент согласно изобретению может также содержать по меньшей мере 73-89,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-0,5 вес.% углерода, 0-2,5 вес.% никеля, 0-1 вес.% марганца, 0-1 вес.% молибдена, 0-1 вес.% ниобия и/или 0-1 вес.% титана.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере 75-84 вес.% железа, 16-18,5 вес.% хрома, 0-0,1 вес.% углерода, 0-1 вес.% марганца и/или 0-1 вес.% титана.
Соединительный элемент согласно изобретению может также содержать по меньшей мере 78,5-84 вес.% железа, 16-18,5 вес.% хрома, 0-0,1 вес.% углерода, 0-1 вес.% марганца, 0-1 вес.% ниобия и/или 0-1 вес.% титана.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно содержит хромистую сталь с содержанием хрома больше или равным 10,5 вес.% и коэффициентом теплового расширения от 9-10-6/°С до 13-10-6/°С. Следующие компоненты сплава, как молибден, марганец или ниобий, ведут к улучшенной коррозионной стойкости или к изменению механических свойств, таких как прочность при растяжении или пригодность к холодной обработке давлением.
Преимущество соединительных элементов из хромистой стали по сравнению с соединительными элементами согласно уровню техники, сделанными из титана, состоит в лучшей способности к пайке. Это следует из более высокой теплопроводности, 25-30 Вт/мК по сравнению с теплопроводностью титана 22 Вт/мК. Более высокая теплопроводность приводит к более равномерному нагреву соединительного элемента в процессе пайки, благодаря чему можно избежать локального образования особенно горячих мест ("hot spots"). Эти места являются исходными точками позднейших повреждений стеклянного листа. Получается улучшенная адгезия соединительного элемента со стеклянным листом. Кроме того, хромистая сталь хорошо поддается сварке. Благодаря этому обеспечивается лучшее сварное соединение соединительного элемента с бортовой электрической сетью через электропроводящий материал, например, медь. Вследствие лучшей способности к холодной обработке давлением соединительный элемент можно также лучше соединить обжатием с электропроводящим материалом. Кроме того, хромистая сталь более доступна.
Электропроводящая структура согласно изобретению предпочтительно имеет толщину слоя от 5 до 40 мкм, особенно предпочтительно от 5 до 20 мкм, в высшей степени предпочтительно от 8 до 15 мкм и, в частности, от 10 до 12 мкм. Электропроводящая структура согласно изобретению предпочтительно содержит серебро, особенно предпочтительно частицы серебра и стеклянную фритту.
Согласно изобретению толщина слоя припоя меньше 3,0-10-4 м.
Припой предпочтительно является бессвинцовым, то есть не содержит свинца. Это особенно предпочтительно с точки зрения экологической нагрузки листа по изобретению, содержащего элемент для электрического соединения. Бессвинцовые припои типично имеют меньшую пластичность, чем припои, содержащие свинец, так что механические напряжения между соединительным элементом и стеклянным листом компенсировать сложнее. Однако было показано, что критических механических напряжений можно избежать благодаря соединительному элементу по изобретению.
Припой согласно изобретению предпочтительно содержит олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их комбинации. Содержание олова в композиции для припоя согласно изобретению составляет от 3 до 99,5 вес.%, предпочтительно от 10 до 95,5 вес.%, особенно предпочтительно от 15 до 60 вес.%. Содержание висмута, индия, цинка, меди, серебра или их комбинаций в композиции для припоя согласно изобретению составляет от 0,5 до 97 вес.%, предпочтительно от 10 до 67 вес.%, причем содержание висмута, индия, цинка, меди или серебра может составлять 0 вес.%. Композиция для припоя согласно изобретению может содержать никель, германий, алюминий или фосфор в количестве от 0 до 5 вес.%. Композиция для припоя согласно изобретению в высшей степени предпочтительно содержит Bi40Sn57Ag3,
Sn,0Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sri42Agb Jn97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67In33, Bi33In50Snn, Sn77,2In20Ag2,8,
Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn965Ag35 или их смеси.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром. Соединительный элемент согласно изобретению особенно предпочтительно снабжен усиливающим адгезию слоем, предпочтительно из никеля и/или меди, и дополнительно снабжен пригодным для пайки слоем, предпочтительно из серебра. В высшей степени предпочтительно соединительный элемент согласно изобретению покрыт слоем никеля толщиной от 0,1 до 0,3 мкм и/или слоем серебра толщиной от 3 до 20 мкм. Соединительный элемент может быть плакирован никелем, оловом, медью и/или серебром. Никель и серебро повышают допустимую нагрузку по току и улучшают коррозионную стойкость соединительного элемента и смачивание припоем.
Угол между поверхностью основы и каждой касательной плоскости к обращенной к основе поверхности переходных зон соединительного элемента предпочтительно составляет от 1 до 85°, особенно предпочтительно от 2 до 75°, в высшей степени предпочтительно от 3 до 60°, в частности от 5 до 50°. Угол между поверхностью основы и касательными плоскостями не должен быть равен 0° во всей переходной зоне, так как в этом случае между переходной зоной и электропроводящей структурой не будет образован промежуток для вмещения избыточного припоя. Кроме того, соединительный элемент согласно изобретению выполнен в такой форме, что касательные плоскости наклонены в направлении от непосредственно примыкающей ножки.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения переходные зоны и зона мостика соединительного элемента выполнены местами плоскими. "Плоский" означает, что обратная сторона соединительного элемента образует плоскость.
Особенно предпочтительно, когда переходные зоны выполнены плоскими и зона мостика является плоской или частично плоской. Каждая касательная плоскость к обращенной к основе поверхности переходной зоны соответствует при этом ровной обратной стороне переходной зоны. Поверхность основы и обращенная к основе поверхность первой переходной зоны примыкают под углом а1. Поверхность основы и обращенная к основе поверхность второй переходной зоны примыкают под углом а2. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения угол а1 равен углу а2. Углы а1 и а2 не равны 0°.
Переходные зоны также могут быть выполнены местами плоскими. При этом углы а1 и а2 следует определять у граничащих с ножками плоских участков переходных зон. Углы а1 и а2 не равны 0°. Обращенные к основе поверхности остальных плоских участков переходных зон должны образовывать с по
верхностью основы угол, равный 0°.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения обе переходные зоны и/или зона мостика являются изогнутыми. Обе переходные зоны и зона мостика предпочтительно имеют одинаковое направление искривления и вместе предпочтительно образуют профиль овальной дуги, особенно предпочтительно профиль дуги эллипса и в высшей степени предпочтительно профиль дуги окружности. Радиус кривизны дуги окружности предпочтительно составляет, например, от 5 до 15 мм при длине соединительного элемента 24 мм. Если обе переходные зоны и зона мостика имеют одинаковое направление изгиба, то соединения между контактными поверхностями и обращенными к основе поверхностями переходной зоны образованы как ребра. Направления изгиба переходных зон и/или зоны мостика также могут меняться.
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения обе переходные зоны сформированы плоскими, а зона мостика согнута под углом. При этом зона мостика состоит из двух плоских участков, которые примыкают друг к другу под углом у. Поверхность основы и обращенная к основе поверхность первой переходной зоны образуют друг с другом угол р1. Поверхность основы и обращенная к основе поверхность второй переходной зоны образуют угол р2. Угол у составляет 180°-р1р2. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения углы р1 и р2 равны.
Сплав железа с никелем, сплав железа с никелем и кобальтом или сплав железа с хромом также можно приваривать, соединять обжимом или приклеивать как компенсационную пластинку на соединительный элемент из, например, стали, алюминия, титана, меди. Имея биметалл, можно достичь благоприятных характеристик расширения соединительного элемента относительно расширения стекла. Компенсационная пластинка предпочтительно имеет форму шляпки.
Элемент для электрического соединения на ориентированной к припою поверхности содержит покрытие, которое включает медь, цинк, олово, серебро, золото или их сплавы или слои, предпочтительно серебро. Этим предотвращают вытекание припоя через покрытие наружу и ограничивают ширину растекания.
Соединительные элементы в виде сверху предпочтительно имеют длину и ширину, например, от 1 до 50 мм, особенно предпочтительно от 3 до 30 мм, в высшей степени предпочтительно они имеют от 2 до 5 мм в ширину и от 12 до 24 мм в длину.
Контактные поверхности на обратных сторонах ножек предпочтительно имеют, например, от 1 до 15 мм в длину и ширину, особенно предпочтительно от 2 до 8 мм в длину и ширину, и в высшей степени предпочтительно они имеют ширину от 2 до 5 мм и длину от 2 до 5 мм.
Форма элемента для электрического соединения может создавать хранилище для припоя в промежутке между соединительным элементом и электропроводящей структурой. Наличие хранилища для припоя и способность припоя смачивать соединительный элемент предотвращают вытекание припоя из промежутка. Хранилища для припоя могут быть выполнены прямоугольной, закругленной или многоугольной формы.
Распределение теплоты пайки и, тем самым, распределение припоя в процессе пайки можно задавать формой соединительного элемента. Припой течет к самой горячей точке. Например, соединительный элемент может иметь форму одинарной или двойной шляпки, чтобы выгодным образом распределять тепло в соединительном элементе в процессе пайки.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения на каждой контактной поверхности находится по меньшей мере одна, предпочтительно по меньшей мере две распорки. Распорка предпочтительно содержит тот же сплав, что и соединительный элемент. Каждая распорка выполнена, например, в форме кубика, пирамиды или сегмента эллипсоида вращения или как шаровой сегмент. Распорки предпочтительно имеют ширину от 0,5-10-4 до 10-10-4 м и высоту от 0,5-10-4 до 5-10-4 м, особенно предпочтительно от 1-10-4 м до 3-10-4 м. Распорки способствуют образованию равномерного слоя припоя. Это особенно предпочтительно с точки зрения адгезии соединительного элемента. В одном предпочтительном воплощении распорки выполнены как одна деталь с соединительным элементом.
Внесение энергии при соединении по току элемента для электрического соединения и электропроводящей структуры предпочтительно осуществляется пуансонами, термодами, пайкой паяльником, предпочтительно лазерной пайкой, пайкой с горячим воздухом, индукционной пайкой, пайкой электросопротивлением и/или посредством ультразвука.
Далее задача изобретения решена способом получения стеклянного листа по меньшей мере с одним соединительным элементом, в котором:
a) припой размещают и наносят на контактные поверхности соединительного элемента в виде пластинок с определенной толщиной, объемом и формой,
b) наносят электропроводящую структуру на часть основы,
c) размещают соединительный элемент с припоем на электропроводящей структуре и
d) припаивают соединительный элемент к электропроводящей структуре.
Припой предпочтительно заранее наносят на соединительный элемент, предпочтительно в форме пластинки определенной толщины, объема, формы и с определенным размещением на соединительном
элементе.
Соединительный элемент может быть, например, приварен к металлическому листу, гибкому проводу или жгуту, например, из меди, или соединен с ними обжимом и соединен с бортовой электрической сетью.
Соединительный элемент согласно изобретению предпочтительно образован как неразъемная деталь, но может также состоять из двух или более соединенных друг с другом, например приваренных, частей.
Соединительный элемент предпочтительно применяется в стеклах с подогревом или в стеклах с антеннами в корпусах, в частности, в автомобилях, на железной дороге, в самолетах или морском транспорте. Соединительный элемент служит для соединения по току проводящих структур листа с электрическими системами, которые находятся вне листа. Электрические системы представляют собой усилители, устройства управления или генераторы напряжения.
Изобретение подробно поясняется на чертежах и примерах осуществления. Чертежи являются схематическими и сделаны не в масштабе. Чертежи никоим образом не ограничивают изобретение. Показано:
фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта осуществления стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 1а - сечение по линии C-C' стеклянного листа с фиг. 1, фиг. 2 - сечение по линии А-А' стеклянного листа с фиг. 1,
фиг. 3 - сечение по линии А-А' альтернативного стеклянного листа согласно изобретению, фиг. 4 - сечение по линии А-А' следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 5 - сечение по линии А-А' следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 6 - вид в перспективе альтернативного воплощения стеклянного листа согласно изобретению, фиг. 7 - сечение по линии В-В' стеклянного листа с фиг. 6,
фиг. 8 - сечение по линии C-C' альтернативного стеклянного листа согласно изобретению, фиг. 9 - сечение по линии С-С следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 10 - сечение по линии С-С следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 11 - сечение по линии С-С следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 12 - сечение по линии С-С следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 12а - сечение по линии С-С следующего альтернативного стеклянного листа согласно изобретению,
фиг. 13 - вид сверху альтернативного воплощения соединительного элемента,
фиг. 14 - вид в перспективе альтернативного воплощения соединительного элемента и
фиг. 15 - детализированная блок-схема способа по изобретению.
Фиг. 1, 1а и 2 показывают, каждая, фрагмент обогреваемого стеклянного листа 1 согласно изобретению в области элемента 3 для электрического соединения. Лист 1 является предварительно термически напряженным однослойным безосколочным стеклом толщиной 3 мм из кальций-натриевого стекла. Лист 1 имеет ширину 150 см и высоту 80 см. На листе 1 напечатана электропроводящая структура 2 в форме электронагревательной структуры 2. Электропроводящая структура 2 содержит частицы серебра и стеклянную фритту. В краевой зоне листа 1 электропроводящая структура 2 расширяется до ширины 10 мм и образует контактную поверхность для элемента 3 для электрического соединения. Кроме того, в краевой зоне листа 1 находится непоказанная защитная трафаретная печать. В области контактных поверхностей 8 и 8' обращенных к основе 1 поверхностей 9' и 11' переходных зон 9 и 11 припой 4 создает прочное электрическое и механическое соединение между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2. Припой 4 содержит 57 вес.% висмута, 40 вес.% олова и 3 вес.% серебра. Припой 4 благодаря заданному объему и форме полностью находится между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2. Припой 4 имеет толщину 250 мкм. Элемент 3 для электрического соединения состоит из стали с кодом материала 1.4509 согласно EN 10088-2 (ThyssenK-rupp Nirosta(r) 4509), имеющей коэффициент теплового расширения 10,0-10-6/°С. Элемент 3 для электрического соединения имеет ширину 4 и длину 24 мм. Переходные зоны 9 и 11 и зона мостика 10 выполнены плоскими. Поверхность основы 1 и обращенная к основе 1 поверхность 9' переходной зоны 9 образуют угол а1=40°. Поверхность основы и обращенная к основе 1 поверхность 11' переходной зоны 11 образуют угол а2=40°. Зона 10 мостика расположена параллельно поверхности основы 1.
Сталь с кодом 1.4509 по EN 10088-2 хорошо поддается холодной обработке давлением и хорошо сваривается любым способом, кроме газовой сварки. Эта сталь применяется для создания систем звуко
изоляции и систем нейтрализации ОГ и особенно хорошо подходит, благодаря стойкости к образованию окалины до температур выше 950°С и стойкости к коррозии от напряжений, возникающих в выхлопной системе.
Фиг. 3 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 2 показывает альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Элемент 3 для электрического соединения на стороне, ориентированной к припою 4, снабжен содержащим серебро покрытием 5. Этим предотвращают вытекание припоя через покрытие 5 наружу и ограничивают ширину растекания b. В следующем варианте осуществления между соединительным элементом 3 и содержащим серебро слоем 5 может находиться слой, промотирующий адгезию, например, из никеля и/или меди. Ширина растекания b припоя 4 меньше 1 мм. Благодаря расположению припоя 4 в стеклянном листе 1 не наблюдается критических механических напряжений. Соединение листа 1 с элементом 3 для электрического соединения через электропроводящую структуру 2 является стабильным в течение длительного времени.
Фиг. 4 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 2 показывает следующий альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Элемент 3 для электрического соединения содержит на ориентированной к припою 4 поверхности выемку глубиной 250 мкм, которая образует хранилище для припоя 4. Вытекание припоя 4 из промежутка можно полностью предотвратить. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 5 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 2 показывает следующий альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Элемент 3 для электрического соединения в краевой зоне отогнут вверх. Высота отгибания краевых зон от стеклянного листа 1 составляет максимум 400 мкм. В результате образуется пространство для припоя 4. Заданная масса припоя 4 образует между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2 вогнутый мениск. Вытекание припоя 4 из промежутка можно полностью предотвратить. Ширина растекания b близка к нулю, из-за образованного мениска в большинстве случаев она меньше нуля. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 6 и 7 показывают фрагмент следующего варианта осуществления стеклянного листа 1 согласно изобретению с соединительным элементом 3. Соединительный элемент 3 содержит железосодержащий сплав с коэффициентом теплового расширения 8-10-6/°С. Толщина материала составляет 2 мм. В области контактных поверхностей 8 и 8' соединительного элемента 3 наносится уравнительная масса 6 в форме шляпки из хромистой стали марки 1.4509 согласно EN 10088-2 (ThyssenKrupp Nirosta(r) 4509). Максимальная толщина слоя шляпкообразной уравнительной массы 6 составляет 4 мм. Благодаря уравнительной массе можно подогнать коэффициент теплового расширения соединительного элемента 3 к требованиям стеклянного листа 1 и припоя 4. Шляпкообразные уравнительные массы 6 ведут к улучшенному потоку тепла в процессе получения паяного соединения 4. Нагрев осуществляется прежде всего в центре контактных поверхностей 8 и 8'. Ширину растекания b припоя 4 можно еще больше снизить. Благодаря меньшей ширине растекания b < 1 мм и скорректированным коэффициентам теплового расширения можно еще больше снизить термические напряжения в стеклянном листе 1. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 8 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 1а показывает альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Обе переходные зоны 9 и 11 и зона 10 мостика являются изогнутыми и имеют одинаковое направление изгиба. Вместе они образуют профиль дуги окружности с радиусом кривизны 12 мм. Соединения 16 и 16' между контактными поверхностями 8 и 8' и обращенными к основе поверхностями 9' и 11' изогнутых переходных зон 9 и 11 выполнены как ребра. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 9 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 1а показывает следующий альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Обе переходные зоны выполнены плоскими, а зона мостика сформирована изогнутой. Поверхность основы 1 и обращенная к основе 1 поверхность 9' переходной зоны 9 примыкают под углом р1=20°. Поверхность основы 1 и обращенная к основе 1 поверхность 11' переходной зоны 11 примыкают под углом р2=20°. Угол у в зоне мостика составляет 140°. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 10 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 1а показывает следующий альтернатив
ный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Обе переходные зоны 9 и 11 и зона 10 мостика являются изогнутыми. Конструкция из переходных зон 9 и 11 и зоны 10 мостика дважды изменяет свое направление изгиба. На границе с ножками 7 и 7' направление искривления переходных зон 9 и 11 обращено от основы 1. Благодаря этому в местах соединения 16 и 16' между контактными поверхностями 8 и 8' и обращенными к основе поверхностями 9' и 11' изогнутых переходных зон 9 и 11 нет ребер. Обратная сторона соединительного элемента имеет непрерывный ход. Термические напряжения в листе 1 не являются критическими, и достигается прочное электрическое и механическое соединение между соединительным элементом 3 и стеклянным листом 1 через электропроводящую структуру 2.
Фиг. 11 показывает следующий альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Обе переходные зоны 9 и 11 являются изогнутыми, причем направление изгибания обращено от основы 1. Зона 10 мостика состоит из двух субэлементов. Каждый из субэлементов имеет изогнутый участок 17 и 17' и плоский участок 18 и 18'. Зона 10 мостика через участок 17 соединена с переходной зоной 9, а через участок 17' с переходной зоной 11. Изогнутые участки 17 и 17' имеют те же направления изгиба, что и примыкающая переходная зона. Плоские участки 18 и 18' расположены перпендикулярно поверхности основы и находятся друг с другом в прямом контакте.
Фиг. 12 в продолжение примера осуществления с фиг. 1 и 1а показывает альтернативный вариант соединительного элемента 3 согласно изобретению. Ножки 7 и 7', переходные зоны 9 и 11 и зона 10 мостика выполнены согласно фиг. 1а. Контактные поверхности 8 и 8' имеют ширину 4 мм и длину 4 мм. На контактных поверхностях 8 и 8' размещены распорки 19. Распорки выполнены в форме полусфер и имеют высоту h 2,5-10-4 м и ширину l 5-10-4 м.
В альтернативных вариантах осуществления распорки 19 могут быть также выполнены, например, в виде кубика, пирамиды или сегмента эллипсоида вращения, и предпочтительно иметь ширину от 0,5-10-4 до 10-10-4 м и высоту от 0,5-10-4 м до 5-10-4 м, особенно предпочтительно от 1-10-4 м до 3-10-4 м. Распорки 19 благоприятствуют образованию равномерного слоя припоя 4. Это особенно предпочтительно с точки зрения адгезии соединительного элемента 3.
Фиг. 12а в продолжение примера осуществления с фиг. 12 показывает следующий альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. На каждой обращенной от основы 1 поверхности ножек 7, 7' находится контактный выступ 22. Контактные выступы 22 в показанном варианте осуществления сформированы как полусферы и имеют высоту 2,5-10-4 м и ширину 5-10-4 м. Центры контактных выступов 22 находятся примерно в геометрическом центре обращенной от основы 1 поверхности ножек 7,7'. Контактные выступы 22, благодаря их выпуклой поверхности, позволяют с выгодой улучшить припаивание соединительного элемента 3 к электропроводящей структуре 2. Для пайки можно применять электроды, контактная сторона которых выполнена плоской. Поверхность электрода приводится в контакт с выступом 22, причем зона контакта между поверхностью электрода и контактным выступом 22 образует место спайки. При этом положение спая предпочтительно определяется точкой на выпуклой поверхности контактного выступа 22, наиболее удаленной по нормали от поверхности основы 1. Положение места спая не зависит от положения паяльного электрода на соединительном элементе 3. Это особенно предпочтительно с точки зрения воспроизводимого однородного распределения тепла в процессе пайки.
Распределение тепла в процессе пайки определяется позицией, размером, расположением и геометрией контактного выступа 22. В альтернативных вариантах осуществления контактный выступ 22 может быть выполнен, например, как в форме сегмента эллипсоида вращения или как прямоугольный параллелепипед, причем обращенная от основы поверхность прямоугольного параллелепипеда выполнена выпукло изогнутой. Контактные выступы 22 предпочтительно имеют высоту от 0,1 до 2 мм, особенно предпочтительно от 0,2 до 1 мм. Длина и ширина контактных выступов 22 предпочтительно составляет от 0,1 до 5 мм, в высшей степени предпочтительно от 0,4 до 3 мм.
Контактные выступы 22 и распорки 19 в одном выгодном варианте осуществления могут быть выполнены как одно целое с соединительным элементом 3. Контактные выступы 22 и распорки 19 могут быть образованы, например, пластическим деформированием поверхности соединительного элемента 3, имеющего в исходном состоянии плоскую поверхность, например, путем тиснения или глубокой вытяжки. При этом на поверхности соединительного элемента 3, лежащей напротив контактного выступа 22, соответственно распорки 19, может образоваться соответствующее углубление.
Благодаря контактному выступу 22 и распорку 19 достигается гомогенный, равномерно толстый и равномерно расплавленный слой припоя 4. В результате можно снизить механические напряжения между соединительным элементом 3 и основой 1. Это особенно предпочтительно, в частности, при использовании бессвинцового припоя, который из-за своей меньшей пластичности по сравнению с содержащими свинец припоями хуже компенсирует механические напряжения.
Фиг. 13 показывает в виде сверху альтернативный вариант осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Переходные зоны 9 и 11 и зона 10 мостика выполнены согласно фиг. 1а. Каждая ножка 7 и 7' имеет ширину 8 мм и вдвое шире, чем переходные зоны 9 и 11 и зона 10 мостика.
Неожиданно оказалось, что ножки 7, 7', выполненные шире, чем переходные зоны 9, 11 и зона 10 мостика, приводят к уменьшению механических напряжений в стеклянном листе 1. Ширина ножек 7, 7' при этом предпочтительно составляет от 150 до 300% от ширины зоны 10 мостика.
Фиг. 14 показывает вид в перспективе альтернативного варианта осуществления соединительного элемента 3 согласно изобретению. Ножки 7 и 7' имеют, например, длину 7 мм и ширину 5 мм. Зона 10 мостика выполнена плоской и имеет, например, длину 12 мм и ширину 10 мм. Зона 10 мостика шире, чем ножки 7, 7', и имеет обусловленную получением выемку 21. Выемка 21 проходит до краев зоны 10 мостика, где она через переходную зону 9 примыкает к ножке 7. Выемка 21 соответствует по форме и размеру участку соединительного элемента 3 от ножки 7 до переходной зоны 9. Контактные поверхности 8 и 8' на обратных сторонах ножек 7 и 7' имеют форму прямоугольника, причем оба угла, обращенных от зоны мостика, имеют скошенную кромку. Благодаря скосу кромок удается избежать слишком малых углов, в частности, прямых углов по периметру кромок контактных поверхностей 8 и 8'. Оказалось, что этим можно снизить механические напряжения в стеклянном листе.
Соединительный элемент 3 содержит расположенный на зоне 10 мостика соединительный штекер 20. Соединительный штекер 20 на граничащей с переходной зоной 9 кромке зоны 10 мостика соединен с зоной 10 мостика. Соединительный штекер 20 выполнен как стандартизованный плоский штекер, на который может быть надет штепсель непоказанного соединительного провода, например, для соединения с бортовой электрической сетью.
Особое преимущество этого варианта осуществления изобретения заключается в простом получении соединительного элемента 3, предоставляющем одновременно удобное сопряжение с электрическими контактами (соединительный штекер 20). Ножки 7, 7', переходные зоны 9, 11, зона 10 мостика и соединительный штекер 20 выполнены как одна деталь. Соединительный элемент 3 поставляется в плоском исходном состоянии, в котором участки, предусмотренные в качестве переходной зоны 9 и ножки 7, находятся внутри выемки 21. В исходном состоянии переходная зона 11 и ножка 7' находятся в той же плоскости, что и зона 10 мостика. Соединительный штекер 20 в исходном состоянии находится в той же плоскости, что зона 10 мостика. Область, предусмотренная в качестве ножки 7 и переходной зоны 9, может быть отделена от зоны 10 мостика, например, путем выбивания, лазерной обработки или водоструйной обработки, при этом остается соединение через соединительные кромки между переходной зоной 9 и плоским зоной 10 мостика. Соединительный штекер 20 по соединительной линии между соединительным штекером 20 и зоной мостика сгибается в показанное положение, причем поверхность, обращенная в исходном состоянии кверху, будет обращена к зоне 10 мостика. Переходная зона 9 и ножка 7 сгибаются по соединительной линии между определяющей высоту переходной зоной 9 и зоной мостика в показанное положение, при этом поверхности, в исходном состоянии обращенные кверху, образуют впоследствии обратные стороны ножки 7 и переходной зоны 9. В результате сгибания переходной зоны 9 и ножки 7 образуется выемка 21. Переходная зона 11 и ножка 7' также сгибаются из плоского исходного состояния в указанное положение.
Фиг. 15 показывает в деталях предлагаемый изобретением способ получения стеклянного листа 1 с элементом 3 для электрического соединения. На фигуре показан один пример предлагаемого изобретением способа получения листа с элементом 3 для электрического соединения. В качестве первого шага необходимо разделить припой 4 на порции в соответствии с формой и объемом. Порционированный припой 4 помещают на контактные поверхности 8 и 8' элемента 3 для электрического соединения. Элемент 3 для электрического соединения располагают вместе с припоем 4 на электропроводящей структуре 2. При внесении энергии происходит прочное соединение элемента 3 для электрического соединения с электропроводящей структурой 2 и, тем самым, со стеклянным листом 1.
Пример.
Образцы для испытаний готовили со стеклянным листом 1 (толщина 3 мм, ширина 150 см и высота 80 см), электропроводящей структурой 2 в форме электронагревательной структуры, элементом 3 для электрического соединения согласно фиг. 1, слоем серебра 5 на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и с припоем 4. Угол между поверхностью основы 1 и обращенной к основе 1 поверхности 9' переходной зоны 9, соответственно между поверхностью основы 1 и обращенной к основе 1 поверхности 11' переходной зоны 11 составлял а=40°. Толщина материала соединительного элемента 3 составляла 0,8 мм. Соединительный элемент 3 содержал сталь с кодом 1.4509 по EN 10 088-2 (ThyssenK-rupp Nirosta(r) 4509). Контактные поверхности 8 и 8' соединительного элемента 3 имели ширину 4 мм и длину 4 мм. Припой 4 был нанесен заранее в виде пластинок определенной толщины, объема и формы на контактные поверхности 8 и 8' соединительного элемента 3. Соединительный элемент 3 вместе с нанесенным припоем 4 располагали на электропроводящей структуре 2. Соединительный элемент 3 припаивали к электропроводящей структуре 2 при температуре 200°С в течение 2 с. Вытекание припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышала 50 мкм, наблюдался только на максимальной ширине растекания b=0,4 мм. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, слоя серебра 5 на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 приведены в табл. 1. Благодаря расположе
нию припоя 4, задаваемому соединительным элементом 3 и электропроводящей структурой 2, в листе 1 не наблюдалось критических механических напряжений. Соединение стеклянного листа 1 с элементом 3 для электрического соединения через электропроводящую структуру 2 было стабильным в течение длительного времени.
Ни у одного из образцов при перепаде температуры с +80°С до -30°С не наблюдалось поломки или повреждения стеклянной основы 1. Удалось показать, что вскоре после пайки эти листы 1 с припаянным соединительным элементом 3 были устойчивы к внезапному падению температуры.
Кроме того, были приготовлены образцы для испытаний со вторым составом элемента 3 для электрического соединения. При этом соединительный элемент 3 содержал сплав железа с никелем и кобальтом. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, слоя серебра 5 на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 приведены в табл. 2. Вытекание припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышала 50 мкм, наблюдался только на максимальной ширине растекания b=0,4 мм. Здесь также можно было видеть, что при перепаде температур с +80°С до -30°С ни одна стеклянная основа 1 не ломалась или не повреждалась. Удалось показать, что вскоре после пайки эти листы 1 с припаянным соединительным элементом 3 были устойчивы к внезапному падению температуры.
Кроме того, были приготовлены образцы для испытаний с третьим составом элемента 3 для электрического соединения. При этом соединительный элемент 3 содержал сплав железа с никелем. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, слоя серебра 5 на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 приведены в табл. 3. Вытекание припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышала 50 мкм, наблюдался только на максимальной ширине растекания b=0,4 мм. Здесь также оказалось, что при перепаде температур с +80°С до -30°С ни одна стеклянная основа 1 не ломалась или не повреждалась. Удалось показать, что вскоре после пайки эти листы 1 с припаянным соединительным элементом 3 были устойчивы к внезапному падению температуры.
Таблица 1
Компоненты
Материал
Пример
Соединительный элемент 3
Сталь, код материала 1.54509 согласно EN 10 088-2, с составом:
железо (вес.%)
78, 87
углерод (вес.%)
0,03
хром (вес.%)
18,5
титан (вес.%)
0, 6
ниобий (вес.%)
марганец (вес.%)
КТР (коэффициент теплового расширения (10"6/°С для 0-100°С)
Разница КТР между соединительным элементом и основой :Ю~6/°С для 0-100°С)
1,7
Толщина соединительного элемента (м)
8, 0- 10~4
Угол а (°)
Смачивающий слой 5
серебро (вес.%)
100
толщина слоя (м)
7, 0- 10"ь
Припой 4
слово (вес.%)
висмут (вес.%)
серебро (вес.%)
Толщина слоя припоя (м)
250- 10_ь
Толщина смачивающего слоя и слоя припоя (м)
257- 10"ь
Стеклянная основа 1 (кальций-натриевое стекло)
КТР (10"Ь/°С для 0-320°С)
8,3
Сравнительный пример 1.
Сравнительный пример был осуществлен так же, как пример по изобретению. Соединительный элемент содержал сталь с кодом материала 1.4509 согласно EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta(r) 4509). Разница заключалась в форме соединительного элемента. Угол а составлял 90° в соответствии с уровнем
техники. Поэтому не удалось создать капиллярные силы на краях контактных поверхностей 8 и 8'. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, металлического слоя на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 указаны в табл. 4. Соединительный элемент 3 припаивался к электропроводящей структуре 2 с помощью припоя 4, как в примере по изобретению. При вытекании припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышает 50 мкм, получалась средняя ширина растекания b=0,5 мм.
Ни у одного из образцов при перепаде температуры с +80°С до -30°С не наблюдалось поломки или повреждения стеклянной основы 1. Удалось показать, что вскоре после пайки эти стеклянные листы 1 с припаянным соединительным элементом 3 были устойчивы к внезапному падению температуры. Однако по сравнению с примером по изобретению они имеют более значительную среднюю ширину растекания b.
Сравнительный пример 2.
Сравнительный пример был осуществлен так же, как пример по изобретению. Различие состояло в применении другого материала для соединительного элемента 3. Соединительный элемент 3 на 100 вес.% состоял из титана. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, металлического слоя на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 указаны в табл. 5. Соединительный элемент 3 припаивался к электропроводящей структуре 2 обычным способом с помощью припоя 4. При выходе припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышает 50 мкм, получалась средняя ширина растекания b=2-3 мм. Большая ширина растекания приводила к критическим механическим напряжениям в стеклянном листе.
При внезапном перепаде температуры с +80°С до -30°С наблюдалось, что стеклянные основы 1 вскоре после припаивания по большей части имели повреждения.
Таблица 5
Компоненты
Материал
Сравнительный пример
Соединительный элемент 3
титан (вес.%)
100
KTF (коэффициент теплового расширения (10"6/°С для 0-100°С)
8, 80
Разница КТР между соединительным элементом и основой (КГ6/°С для 0-100°С)
0,5
Толщина соединительного элемента (м)
8, 0- Ю-4
Угол а (°)
Смачивающий слой 5
серебро (вес.%)
100
толщина слоя (м)
7, 0- 10~6
Припой 4
олово (вес.%)
висмут (вес.%)
серебро (вес.%)
Толщина слоя припоя (м)
250- 10"ь
толщина смачивающего слоя и слоя припоя (м)
257 • 10_ь
Стеклянная основа 1 (кальций-натриевое стекло)
КТР (10~6/°С для 0-320°С)
8,3
Сравнительный пример 3.
Сравнительный пример был осуществлен так же, как пример по изобретению. Различие состояло в применении другого материала для соединительного элемента 3. Соединительный элемент 3 на 100 вес.% состоял из меди. Размеры и составы элемента 3 для электрического соединения, металлического слоя на контактных поверхностях 8 и 8' соединительного элемента 3 и припоя 4 указаны в табл. 6. Соединительный элемент 3 припаивался к электропроводящей структуре 2 обычным способом с помощью припоя 4. При выходе припоя 4 из промежутка между элементом 3 для электрического соединения и электропроводящей структурой 2, толщина слоя t которого превышает 50 мкм, получалась средняя ширина растекания b=2-3 мм. Большая разница коэффициентов теплового расширения между соединительным элементом 3 и основой 1, а также большая ширина растекания приводили к критическим механическим напряжениям в стеклянном листе.
При внезапном перепаде температуры с +80°С до -30°С наблюдалось, что стеклянные основы 1 вскоре после припаивания по большей части имели повреждения.
Различия в данных, приведенных выше в табл. 1-6, преимущества предлагаемого изобретением соединительного элемента 3, а также результаты наблюдений указаны в табл. 7 и 8.
Оказалось, что листы согласно изобретению со стеклянной основой 1 и предлагаемыми изобретением элементами 3 для электрического соединения имеют меньшую ширину растекания и лучшую стабильность при внезапных перепадах температуры.
Этот результат был для специалиста неожиданным и удивительным.
Список позиций для ссылок
(1) стеклянный лист
(2) электропроводящая структура
(3) элемент для электрического соединения
(4) припой
(5) смачивающий слой
(6) уравнительная масса
(7) ножка элемента 3 для электрического соединения (7') ножка элемента 3 для электрического соединения
(8) контактная поверхность соединительного элемента 3 (8') контактная поверхность соединительного элемента 3
(9) переходная зона элемента 3 для электрического соединения (9') обращенная к основе 1 поверхность переходной зоны 9
(10) зона мостика элемента 3 для электрического соединения
(11) переходная зона элемента 3 для электрического соединения (11') обращенная к основе 1 поверхность переходной зоны 11
(12) касательная плоскость к поверхности 9'
(16) соединение контактной поверхности 8 и поверхности 9' переходной зоны 9 (16') соединение контактной поверхности 8' и поверхности 11' переходной зоны 11
(17) участок зоны 10 мостика (17') участок зоны 10 мостика
(18) участок зоны 10 мостика (18') участок зоны 10 мостика
(19) распорка
(20) соединительный штекер
(21) выемка
(22) контактный выступ
а1 - угол между поверхностью основы 1 и поверхностью 9'
а2 - угол между поверхностью основы 1 и поверхностью 11'
р1 - угол между поверхностью основы 1 и поверхностью 9'
р2 - угол между поверхностью основы 1 и поверхностью 11'
Y - угол между плоскими участками изогнутого элемента 10 мостика
b - максимальная ширина растекания припоя
t - предельная толщина припоя
h - высота распорки 19
l - ширина распорки 19
А-А линия разреза
В-В' линия разреза
С-С линия разреза
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Стеклянный лист по меньшей мере с одним элементом для электрического соединения, содержащий
основу (1),
электропроводящую структуру (2) на части основы (1),
слой бессвинцового припоя (4) на части электропроводящей структуры (2) и
соединительный элемент (3) на припое (4), причем соединительный элемент (3) содержит хромистую сталь с содержанием хрома больше или равным 10,5 вес.% и коэффициентом теплового расширения от 9-10-6/°С до 13-10-6/°С, причем
соединительный элемент (3) имеет первую и вторую ножку (7, 7'), первую и вторую переходную зону (9, 11) и зону (10) мостика между первой и второй переходными зонами (9, 11);
на обращенной к основе (1) стороне первой и второй ножки (7, 7') находятся первая и вторая контактные поверхности (8, 8');
первая и вторая контактные поверхности (8, 8') и обращенные к основе (1) поверхности (9', 11') первой и второй переходной зоны (9, 11) соединены припоем (4) с электропроводящей структурой (2); и
угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной плоскостью (12) к обращенной к основе (1) поверхности (9', 11') переходной зоны (9, 11) более 0 и меньше 90°, причем полость, ограниченная электропроводящей структурой (2), переходными зонами (9, 11) и зоной мостика (11), целиком или не полностью заполнена припоем.
2. Стеклянный лист по п.1, причем основа (1) содержит стекло, предпочтительно плоское стекло, флоат-стекло, кварцевое стекло, боросиликатное стекло, кальций-натриевое стекло, или полимеры, предпочтительно полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и/или их смеси.
3. Стеклянный лист по п.1 или 2, причем угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной плоскостью (12) к обращенной к основе (1) поверхности (9', 11') переходной зоны (9, 11) составляет от 2 до 75°, предпочтительно от 5 до 50°.
4. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9), вторая переходная зона (11) и зона (10) мостика частично выполнены плоскими.
5. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9), вторая переходная зона (11) и/или зона (10) мостика изогнуты и предпочтительно изогнуты в одном направлении.
6. Стеклянный лист по одному из пп.1-3, причем первая переходная зона (9) и вторая переходная зона (11) выполнены плоскими, а зона (10) мостика изогнута.
7. Стеклянный лист по одному из пп.1-6, причем на контактных поверхностях (8, 8') расположены распорки (19).
8. Стеклянный лист по любому из пп.1-7, причем соединительный элемент (3) содержит по меньшей мере 50-89,5 вес.% железа, 10,5-20 вес.% хрома, 0-1 вес.% углерода, 0-5 вес.% никеля, 0-2 вес.% марганца, 0-2,5 вес.% молибдена или 0-1 вес.% титана.
9. Стеклянный лист по одному из пп.1-8, причем припой (4) содержит олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их комбинации.
10. Стеклянный лист по п.9, причем доля олова в составе припоя (4) составляет 3-99,5 вес.%, а доля висмута, индия, цинка, меди, серебра или их комбинаций составляет 0,5-97 вес.%.
11. Стеклянный лист по одному из пп.1-10, причем соединительный элемент (3) покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром, предпочтительно слоем никеля толщиной от 0,1 до 0,3 мкм и/или слоем серебра толщиной от 3 до 20 мкм.
12. Стеклянный лист по одному из пп.1-11, предназначенный для автомобилей с электропроводящими структурами, предпочтительно с электронагревательными проводниками и/или антенными проводниками.
13. Способ получения стеклянного листа по одному из пп.1-12 с по меньшей мере одним элементом для электрического соединения (3), причем соединительный элемент (3) содержит хромистую сталь с содержанием хрома больше или равным 10,5 вес.% и коэффициентом теплового расширения от 9-10-6/°С до 13-10-6/°С и имеет первую и вторую ножку (7, 7'), первую и вторую переходную зону (9, 11) и зону (10) мостика между первой и второй переходными зонами (9, 11), при этом способ включает в себя следующие этапы:
a) бессвинцовый припой (4) размещают на контактных поверхностях (8, 8') соединительного элемента (3) в виде пластинок с заданными толщиной, объемом и формой,
b) наносят электропроводящую структуру (2) на часть основы (1),
c) размещают соединительный элемент (3) с припоем (4) на электропроводящей структуре (2) и
d) первую и вторую контактные поверхности (8, 8') и обращенные к основе (1) поверхности (9', 11') первой и второй переходной зоны (9, 11) соединительного элемента (3) соединяют с электропроводящей структурой (2) указанным припоем (4), причем угол между поверхностью основы (1) и каждой касательной поверхностью (9', 11') к поверхности переходной зоны, обращенной к основе (1), больше 0 и меньше
90°, и
разделить припои (4) на порции по форме и объему
поместить припой (-4) на контактные поверхности (8, 8')
элемента (3) для электрического соедмнения
нанести на лист электропроводящую структуру (2)
расположить элемент (3) Л пя электрического соед и н ен и я на электропроводящей структуре (2)
прочное соединение элемента (3) для электрического соединения с электропроводящей структурой (2) при подводе энергии
Фиг. 15
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
028379
- 1 -
028379
- 1 -
028379
- 1 -
028379
- 1 -
028379
- 1 -
028379
- 1 -
028379
- 4 -
028379
- 18 -
028379
- 19 -