具有電氣連接元件的窗板的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及具有電氣連接元件的窗板，尤其涉及一種具有至少一個電氣連接元件的窗板，包括：基板(1)，位于基板(1)的區域上的導電結構(2)，位于導電結構(2)的區域上的一層焊料材料(4)，以及位于焊料材料(4)上的連接元件(3)的至少兩個焊接點(15，15’)，其中焊接點(15，15’)在連接元件(3)與導電結構(2)之間形成至少一個接觸表面(8)，并且-接觸表面(8)的形狀具有中心角α為至少90°的卵圓、橢圓或圓的至少一個片段。
【專利說明】具有電氣連接元件的窗板
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有電氣連接元件的窗板(pane)。
[0002]本發明進一步涉及用于具有舉例來講諸如為加熱導體或天線導體等導電結構的汽車的具有電氣連接元件的窗板。導電結構通常經由焊接式電氣連接元件連接至車載電氣系統。由于所用材料的不同熱膨脹系數，出現使窗板變形并且可能引起窗板在制造和操作過程中破裂的機械應力。
【背景技術】
[0003]含鉛的焊料具有高的延展性，其可以補償在電氣連接元件與窗板之間由于塑性變形而發生的機械應力。然而，由于汽車壽命終止指令2000/53/EC，在EC內含鉛焊料不得不被無鉛焊料所替代。該指令總體來說被稱為縮寫ELV(汽車壽命終止)。目標是禁止產生由于一次性電子設備的大量增加而導致來自于產品的極度有問題的組件。受影響的物質是鉛、汞、鎘。這除了別的以外還涉及在玻璃上電氣應用中無鉛焊接材料的實現和相應替代產品的引入。
[0004]EP I 942 703 A2公開了一種汽車窗板上的電氣連接元件，其中窗板與電氣連接元件的熱膨脹系數之差<5xlO_6/°C并且連接元件主要包含鈦并且連接元件與導電結構之間的接觸表面是矩形的。為了實現適當的機械穩定性和可加工性，提出了使用過度的焊料材料。過度的焊料材料從連接元件與導電結構之間的中間空間流出。過度的焊料材料在玻璃窗板中弓I起高機械應力。這些機械應力最終導致窗板的破裂。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種具有電氣連接元件的窗板和用于其制造的經濟又環保的方法，由此避免窗板中的臨界的機械應力。
[0006]通過根據獨立權利要求1的裝置依照本發明來實現本發明的目的。優選實施例從附屬權利要求顯現。
[0007]具有至少一個連接元件的根據本發明的窗板包括以下特征:
[0008]-基板，
[0009]-位于基板的區域上的導電結構，
[0010]-位于導電結構的區域上的一層焊料材料，以及
[0011]-位于焊料材料上的連接元件的至少兩個焊接點，其中
[0012]-焊接點在連接元件與導電結構之間形成至少一個接觸表面，并且
[0013]-接觸表面的形狀具有中心角為至少90°的卵圓、橢圓或圓的至少一個片段。
[0014]片段的中心角從90°到360。，優選從140°到360。，例如，從180°到330。或從200。到330°。優選地，連接元件與導電結構之間接觸表面的形狀具有至少兩個半橢圓，特別優選的是兩個半圓。非常特別優選的是，接觸表面形狀為在矩形的兩側布置有兩個半圓。在本發明的選擇性的特別優選的實施例中，接觸表面的形狀具有兩個圓形片段且中心角從210°直到360°。接觸表面的形狀也可以例如包括卵圓、橢圓或圓的兩個片段，且中心角從180°到350°，優選從210°到310°。
[0015]在本發明的有利實施例中，焊接點在連接元件與導電結構之間形成彼此分離的兩個接觸表面。每個接觸表面布置在連接元件的兩個腳區域中之一面向基板的表面上。腳區域經由橋彼此連接。兩個接觸表面經由面向基板的橋的表面彼此連接。兩個接觸表面各自的形狀具有中心角從90°到360°，優選從140°到360°的卵圓、橢圓或圓的至少一個片段。每個接觸表面可以具有卵圓形，優選為橢圓形結構。特別優選的是，每個接觸表面形狀為圓形。選擇性地，每個接觸表面優選形狀為圓形片段，且中心角為至少180°，特別優選為至少200°，非常特別優選的是至少220°，并且尤其是至少230°。圓形片段可以具有例如從180。到350°的中心角，優選從200°到330°，特別優選的是從210°到310°。在根據本發明的連接元件的另一有利實施例中，將每個接觸表面設計為在矩形兩側布置有兩個半卵圓，優選為半橢圓，特別優選為半圓。
[0016]在窗板上施加導電結構。電氣連接元件通過焊接材料電氣連接至子區域上的導電結構。
[0017]通過焊接，例如通過電阻焊，經由接觸表面或多個接觸表面將連接元件連接至導電結構。在電阻焊中，使用兩個焊接電極，每個焊接電極與連接元件的焊接點接觸。在焊接過程中，電流從一個焊接電極經由連接元件流到第二焊接電極。焊接電極與連接元件之間的接觸優選發生在最小可能的表面區域上。例如，焊接電極具有尖角設計。小接觸表面在焊接電極與連接元件之間的接觸區域中實現高電流密度。高電流密度導致焊接電極與連接元件之間接觸區域的加熱。熱量分布從焊接電極與連接元件之間的兩個接觸區域中的每一個開始擴散。對于兩個斑點熱源的情況而言，為了簡單起見等溫線可以被繪制為圍繞焊接點的同心圓。分布的確切形狀取決于連接元件的形狀。連接元件與導電結構之間的接觸表面的區域中的加熱導致焊料材料的融化。
[0018]根據現有技術，連接元件優選例如經由矩形接觸表面連接至導電結構。由于從焊接點擴散的熱量分布，在焊接過程中沿著矩形接觸表面的邊緣出現溫度差。結果，可能存在接觸表面的焊料材料未完全熔化的區域。這些區域導致連接元件的不良粘合和窗板的機械應力。
[0019]本發明的優點在于在連接元件與導電結構之間形成接觸表面或數個接觸表面。接觸表面的形狀至少在邊緣的大致部分為圓形的并且優選具有圓形或圓形片段。接觸表面的形狀接近在焊接過程中圍繞焊接點的熱量分布的形狀。因此，在焊接過程中沿著接觸表面的邊緣僅出現細微的溫度差或沒有溫度差。這導致在連接元件與導電結構之間接觸表面的整個區域中焊料材料的均勻熔化。這關于連接元件的粘附、焊接過程的持續時間的縮短以及機械應力在窗板中的避免而言特別有利。特別地，這對于使用無鉛焊料材料而言存在特別的優點，無鉛焊料材料由于較之含鉛焊料材料而言較低的延展性而可能稍遜地補償機械應力。
[0020]連接元件在俯視圖中例如優選為Imm到50mm長和寬，并且特別優選的是2mm到30mm長和寬，并且非常特別優選的是2mm到8mm寬且IOmm到24mm長。
[0021]通過橋彼此連接的兩個接觸表面例如優選為Imm到15_長和寬，并且特別優選的是2mm到8mm長和寬。[0022]焊料材料從連接元件與導電結構之間的中間空間流出且流出寬度< 1mm。在優選實施例中，最大流出寬度優選小于0.5mm，且特別地粗略地為0mm。這關于窗板中機械應力的減小、連接元件的粘附以及焊料量的減少而言特別有利。
[0023]將最大流出寬度定義為連接元件的外邊緣與焊料材料交叉點之間的距離，在焊料材料交叉點處焊料材料下降到50 μ m的層厚以下。在焊接過程之后在固化的焊料材料上測
量最大流出寬度。
[0024]通過適當選擇的連接元件與導電結構之間的焊料材料體積和豎直距離獲得期望的最大流出寬度，這可以通過簡單實驗確定。可以通過適當的處理工具，例如具有一體化間隔件的工具預定義連接元件與導電結構之間的豎直距離。
[0025]最大流出寬度可以甚至為負的，即，縮回到由電氣連接元件與導電結構形成的中間空間內。
[0026]在根據本發明的窗板的有利實施例中，最大流出寬度以凹的彎月面縮回到由電氣連接元件與導電結構形成的中間空間內。例如通過在焊接過程中增加間隔件與導電結構之間的豎直距離同時焊料仍然流動來產生凹的彎月面。
[0027]根據本發明的連接元件的兩個腳區域之間的橋優選形狀為平坦分段。特別優選的是，橋由三個平坦片段組成。“平坦”意指連接元件的底部形成一個平面。基板的表面與直接相鄰于腳區域的橋的每個平坦片段的底部之間的角度優選為< 90°，特別優選處在1°與85°之間，非常特別優選處在2°與75。之間，并且特別地處在3°與60°之間。橋的形狀為使得相鄰于腳區域的每個平坦片段朝背離直接相鄰的腳區域的方向傾斜。
[0028]優點在于導電結構與橋相鄰于接觸表面的片段之間的毛細管效應的作用。毛細管效應是導電結構與橋相鄰于接觸表面的片段之間的小距離的結果。小距離源于基板的表面與直接相鄰于腳區域的橋的每個平坦片段的底部之間的角度< 90°。根據焊料材料的融化設定連接元件與導電結構之間期望的距離。借助于進入由橋和導電結構界定的體積內的毛細管效應來可控地吸取過量的焊料材料。這樣，在連接元件的外邊緣上交叉的焊料材料減少，并且最大流出寬度隨之減小。從而實現窗板中的機械應力的減小。
[0029]在最大流出寬度的定義的語境中，與橋連接的接觸表面的邊緣不是連接元件的外邊緣。
[0030]由導電結構與橋界定的空腔可以完全填充焊料材料。優選地，空腔不完全填充焊料材料。
[0031]在本發明的另一有利實施例中，橋是彎曲的。橋可以具有單一曲率方向。橋優選具有卵圓弧的輪廓，特別優選具有橢圓弧的輪廓，并且非常特別優選的是具有圓弧的輪廓。圓弧的曲率半徑例如優選從5mm到15mm,連接元件長度為24_。橋的曲率方向也可改變。
[0032]橋也可以由直接彼此接觸的至少兩個子片段組成。橋到基板表面的平面上的投影也可以是彎曲的。優選地，在這種情況下，曲率方向在橋的中心改變。橋不必具有恒定的寬度。
[0033]在本發明的有利實施例中，兩個焊接點的每一個布置在接觸隆起上。接觸隆起布置在連接元件背離基板的表面上。接觸隆起優選包含與連接元件相同的合金。每個接觸隆起優選至少在背離基板表面的區域中凸出地彎曲。每個接觸隆起形狀例如為旋轉橢圓片段或球面片段。選擇性地，接觸隆起可以形狀為長方體，且背離基板的表面凸出地彎曲。接觸隆起優選具有0.1mm至2mm的高度,特別優選具有0.2mm至Imm的高度。接觸隆起的長度和寬度優選處在0.1與5mm之間，非常特別優選處在0.4與3mm之間。接觸隆起可以被設計為壓紋。接觸隆起在有利實施例中可以與連接元件形成為一個部件。接觸隆起例如可以通過沖壓或深拉在表面上對初始狀態具有平坦表面的連接元件重新成形來形成。在處理中，可以在連接元件與接觸隆起相對的表面上產生相應的凹陷。
[0034]為了焊接，可以使用接觸偵彳平坦的電極。使得電極表面與接觸隆起相接觸。為此，電極表面布置為平行于基板的表面。接觸隆起的凸出表面上與基板表面相距最大豎直距離的點布置在電極表面與基板表面之間。電極表面與接觸隆起之間的接觸區域形成焊接點。焊接點的位置優選通過接觸隆起的接觸表面上與基板表面相距最大豎直距離的點來確定。焊接點的位置與連接元件上焊料電極的位置無關。這關于在焊接過程中可再現的均勻的熱量分布而言特別有利。在焊接過程中的熱量分布由接觸隆起的位置、尺寸、布局以及幾何結構確定。
[0035]在本發明的有利實施例中，至少兩個間隔件布置在連接元件的接觸表面的每一個上。間隔件優選包含與連接元件相同的合金。每個間隔件例如形狀為立方體、椎體、旋轉橢圓片段或球片段。間隔件優選具有0.5xl(T4m至10xl(T4m的寬度和0.5xl(T4m至5xl(T4m的高度，特別優選具有lxl0_4m至3xl0_4m的高度。借助于間隔件，有助于形成均勻的焊料材料層。這關于連接元件的粘附而言特別有利。間隔件可以與連接元件形成為一個部件。間隔件例如可以通過沖壓或深拉對初始狀態具有平坦表面的連接元件重新成形來形成在接觸表面上。在處理中，可以在連接元件與接觸表面相對的表面上產生相應的凹陷。
[0036]借助于接觸隆起和間隔件，獲得均質的、均勻薄厚且均勻熔化的一層焊料材料。這樣，可以減小連接元件與窗板之間的機械應力。這對于使用無鉛焊料材料而言特別有利，無鉛焊料材料由于較之含鉛焊料材料而言較低的延展性而可能稍遜地補償機械應力。
[0037]基板優選含有玻璃，特別優選為平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、鈉鈣玻璃。在選擇性的優選實施例中，基板含有聚合物，特別優選為聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。
[0038]基板具有第一熱膨脹系數。連接元件具有第二熱膨脹系數。
[0039]第一熱膨脹系數優選從8x10_6/°C至9x10_6/°C。基板優選含有玻璃，玻璃優選在從(TC到300°C的溫度范圍內具有從8.3X10_6/°C至9X10_7°C的熱膨脹系數。
[0040]根據本發明的連接元件優選至少包含鐵-鎳合金、鐵-鎳-鈷合金或鐵-鉻合金。
[0041]根據本發明的連接元件優選包含50wt.至89.5wt.鐵、Owt.至50wt.-%鎮、Owt.- % 至 20wt.- % 絡、Owt.- % 至 20wt.- % 鈷、Owt.- % 至 1.5wt.- % 續、Owt.- % 至Iwt.- % 娃、Owt.- % 至 Iwt.- % 碳、Owt.- % 至 2wt.- % 猛、Owt.- % 至 5wt.- % 鑰、Owt.- %至 Iwt.欽、Owt.-%M lwt.銀、Owt.-%M lwt.- %IJi>Owt.-%M lwt.招和 / 或Owt.-%M lwt.鶴。
[0042]在本發明的有利實施例中，第一熱膨脹系數與第二熱膨脹系數之差>5x10_6/°C。在此情況下第二熱膨脹系數在從O °C到3 O (TC的溫度范圍內優選從0.1XIO _6/ °C到4x1(T7°C，特別優選從 0.3x1(T7°C到 3xl(T6/°C。
[0043]根據本發明的連接元件優選至少包含50wt.- %至75wt.- %鐵、25wt.- %至50wt.- % 鎮、Owt.- % 至 20wt.- % 鈷、Owt.- % 至 1.5wt.- % 續、Owt.- % 至 lwt.- % 娃、Owt.-%M lwt.-%碳和 / 或 Owt.-%M lwt.- %猛。
[0044]根據本發明的連接元件優選包含占Owt.-%至lwt.比例的鉻、銀、招、銀、鶴、和鈦，占Owt.至5wt.比例的鑰以及與生產相關的摻合物。
[0045]根據本發明的連接元件優選至少包含55wt.- %至70wt.- %鐵、30wt.- %至45wt.- % 鎮、Owt.- % 至 5wt.- % 鈷、Owt.- % 至 lwt.- % 續、Owt.- % 至 lwt.- % 娃和 / 或Owt.-%M lwt.碳。
[0046]根據本發明的連接元件優選包含因瓦合金(FeNi)。
[0047]因瓦合金是含量例如為36wt.鎳(FeNi36)的鐵鎳合金。存在一組在一定溫度范圍內具有異常小或有時為負的熱膨脹系數的性能的合金和化合物。Fe65Ni35因瓦合金包含65wt.鐵和35wt.鎳。達到lwt.的鎂、硅、碳通常被熔成合金以改變機械性能。通過熔入5wt.鈷,可以進一步降低熱膨脹系數α。對于此合金的一個名稱是Inovco,FeNi33Co4.5，其具有 0.55xl(T6/°C 的膨脹系數(20°C到 100°C )。
[0048]如果使用諸如因瓦合金等具有<4xl06/°C的非常低的絕對熱膨脹系數的合金，則由于玻璃中的非臨界壓應力或合金中的非臨界拉應力而發生機械應力的過度補償。
[0049]在本發明的另一有利實施例中，第一膨脹系數與第二膨脹系數之差<5x10_6/°C。由于第一熱膨脹系數與第二熱膨脹系數之差小，避免了窗板中的臨界機械應力并且獲得較好的粘附。在這種情況下第二熱膨脹系數在從(TC到300°C的溫度范圍內優選為4x10_6/°C至 8xl(T6/°C，特別優選為 4xl(T6/°C至 6x1(T7°C。
[0050]根據本發明的連接元件優選至少包含50wt.- %至60wt.- %鐵、25wt.- %至35wt.鎮、15wt.-%M 20wt.鈷、Owt.-%M 0.5wt.-%ir±>0wt.-%M 0.lwt.-%碳和 /或 Owt.至 0.5wt.猛。
[0051]根據本發明的連接元件優選包含科瓦合金(FeCoNi)。
[0052]科瓦合金是通常具有大致為5xlO_6/°C的熱膨脹系數的鐵鎳鈷合金。熱膨脹系數因而小于典型的金屬系數。成分例如包含54wt.鐵、29wt.鎳以及17wt.鈷。在微電子技術和微型系統技術的領域中，因此將科瓦合金用作為外殼材料或基座。基座根據夾心原理處于實際基板材料與對大部分而言具有明顯較高膨脹系數的材料之間。科瓦合金于是用作吸收和降低由其他材料的不同熱膨脹系數引起的熱機應力的補償元素。類似地，科瓦合金被用于電子部件、真空室中的材料轉變的金屬玻璃實現方式。
[0053]根據本發明的連接元件優選包含加溫退火后處理的鐵-鎳合金和/或鐵-鎳-鈷
I=1-Wl
[0054]在本發明的另一有利實施例中，第一膨脹系數與第二膨脹系數之差同樣< 5xl0_6/ °C。第二熱膨脹系數在從0°C到300°C的溫度范圍內優選從9xl0_6/ V到13xl(T7°C，特別優選從 10xl(T6/°C 至Ij 11.5x1 O^V0C ο
[0055]根據本發明的連接元件優選至少包含50wt.至89.5wt.鐵、10.5wt.至20wt.絡、Owt.至 lwt.碳、Owt.至 5wt.鎮、Owt.至 2wt.猛、Owt.-%至2.5wt.鑰和/或Owt.至lwt.鈦。另外,連接元件可以包含其他元素的摻合物，包括釩、鋁、鈮和氮。
[0056]根據本發明的連接元件還可以至少包含66.5wt.- %至89.5wt.- %鐵、10.5wt.- % 至 20wt.- % 絡、Owt.- % 至 lwt.- % 碳、Owt.- % 至 5wt.- % 鎮、Owt.- % 至2wt.-%猛、Owt.-%M 2.5wt.-%鑰、Owt.-%M 2wt.-%銀和 / 或 Owt.-%M lwt.-%鈦。
[0057]根據本發明的連接元件優選至少包含65wt.- %至89.5wt.- %鐵、10.5wt.- %至 20wt.絡、Owt.至 0.5wt.碳、Owt.至 2.5wt.- % 鎮、Owt.- % M lwt.- % 猛、Owt.-%M lwt.-%鑰和 / 或 Owt.-%M lwt.-%鈦。
[0058]根據本發明的連接元件還可以至少包含73wt.- %至89.5wt.鐵、10.5wt.-%至 20wt.絡、Owt.至 0.5wt.碳、Owt.至 2.5wt.鎮、Owt.-%M lwt.猛、Owt.-%M lwt.-%鑰、Owt.-%M lwt.-%銀和 / 或 Owt.-%M lwt.-%鈦。
[0059]根據本發明的連接元件優選至少包含75wt.- %至84wt.- %鐵、16wt.- %至18.5wt.絡、Owt.至 0.1wt.碳、Owt.- % M lwt.- %猛和 / 或 Owt.-% M lwt.-%鈦。
[0060]根據本發明的連接元件還可以至少包含78.5wt.至84wt.鐵、16wt.至18.5wt.絡、Owt.至0.1wt.碳、Owt.-%M lwt.猛、Owt.-%M lwt.-%銀和 /或Owt.-%M lwt.-%鈦。
[0061]根據本發明的連接元件優選包含含鉻鋼，且鉻的比例大于或等于10.5wt.且熱膨脹系數為9xlO_6/°C至13x10_6/°C。諸如鑰、錳或鈮等其他合金成分導致改進的腐蝕穩定性或改變的機械性能，諸如抗拉強度或冷成型性。
[0062]由含鉻鋼制成的連接元件相比于根據現有技術由鈦制成的連接元件而言的優點在于更好的可焊性。這是由于相比于22W/mK的鈦的熱導率而言更高的熱導率25W/mK至30W/mK。較高的熱導率導 致在焊接過程中連接元件的更均勻的加熱，通過這樣可避免特別熱的部位(“熱點”)的逐點形成。這些部位是窗板隨后損壞的開始點。導致連接元件到窗板的改進的粘附。含鉻鋼此外是良好可焊的。據此，實現通過焊接經由例如銅的導電材料的連接元件到車載電子設備的較好連接。由于較好的冷成型性，連接元件也可以更好地與導電材料皺縮。此外含鉻鋼更加容易獲得。
[0063]根據本發明的導電結構優選具有5 μ m到40 μ m,特別優選從5 μ m到20 μ m,非常特別優選從8 μ m到15 μ m，最特別地從10 μ m至12 μ m的層厚。根據本發明的導電結構優選包含銀，特別優選包含銀顆粒和玻璃粉。
[0064]根據本發明的焊料的層厚優選< 3.0xl0_4m。
[0065]焊料材料優選是無鉛的，即不含鉛。這關于根據本發明的具有電氣連接元件的窗板的環境影響而言特別有利。無鉛焊料材料典型地具有比含鉛焊料材料更低的延展性，使得連接元件與窗板之間的機械應力可能被稍遜地補償。然而，已證明臨界機械應力可以借助于根據本發明的連接元件被顯著減小。根據本發明的焊料材料優選包含錫和鉍、銦、鋅、銅、銀或其合成物。根據本發明錫在焊料合成物中的比例是從3wt.-%到99.5wt.-%,優選從IOwt.至丨J 95.5wt.-%,特別優選從15wt.至丨J 60wt.?根據本發明鉍、銦、鋅、銅、銀或其合成物在焊料合成物中的比例是從0.5wt.到97wt.-%，優選IOwt.到67wt.由此秘、銦、鋅、銅或銀的比例可以是Owt.-%。根據本發明的焊料合成物可以包含占Owt.-% to5wt.的比例的鎳、鍺、招或磷。根據本發明的焊料合成物非常特別優選地包含 Bi40Sn57Ag3、Sn40Bi57Ag3、Bi59Sn40Agl、Bi57Sn42Agl、In97Ag3、Sn95.5Ag3.8Cu0.7、Bi67In33、Bi33In50Snl7、Sn77.2In20Ag2.8、Sn95Ag4Cul、Sn99Cul、Sn96.5Ag3.5或其混合物。[0066]根據本發明的連接元件優選鍍有鎳、錫、銅和/或銀。根據本發明的連接元件特別優選設置有粘附促進層，優選由鎳和/或銅制成，并且另外設置有優選由銀制成的可焊接層。根據本發明的連接元件非常特別地優選鍍有0.1 μ m至0.3 μ m鎳和/或3 μ m至20 μ m銀。連接元件可以電鍍鎳、錫、銅和/或銀。鎳和銀改善連接元件的載流量和腐蝕穩定性以及與焊料材料的潤濕。
[0067]也可以將鐵-鎳合金、鐵-鎳-鈷合金或鐵-鉻合金作為補償板焊接、皺縮(crimp)或粘結到例如由鋼、鋁、鈦、銅制成的連接元件上。作為雙金屬，可以獲得連接元件相對于玻璃膨脹的良好的膨脹行為。補償板優選為帽形的。
[0068]電氣連接元件在面向焊料材料的表面上包含涂層，涂層包含銅、鋅、錫、銀、金或其合金或層，優選包含銀。這防止焊料材料擴散超出涂層并且限制流出寬度。
[0069]電氣連接元件的形狀可以在連接元件與導電結構的中間空間中形成焊料倉庫。焊料倉庫和焊料在連接元件上的潤濕性能防止焊料材料從中間空間流出。焊料倉庫可以設計為矩形、圓形或多邊形。
[0070]在焊接過程中焊接熱量的分布進而是焊料材料的分布可以由連接元件的形狀來限定。焊料材料流向最熱點。例如，連接元件可以具有單帽或雙帽形狀以便在焊接過程中在連接元件中有利地分布熱量。
[0071]優選借助于沖壓、熱電極、活塞焊接，優選為激光焊接、熱空氣焊接、感應焊接、電阻焊接和/或利用超聲波來在電氣連接元件與導電結構的電氣連接過程中引入能量。
[0072]通過用于生產具有至少一個連接元件的窗板的方法進一步實現本發明的目的，其中
[0073]a)將焊料材料作為具有固定層厚、體積和形狀的小盤(platelet)施加在連接元件的接觸表面或數個接觸表面上，
[0074]b)將導電結構施加到基板的區域上，
[0075]c)將具有焊料材料的連接元件布置在導電結構上，
[0076]d)在焊接點處引入能量，以及
[0077]e)將連接元件焊接到導電結構上。
[0078]優選預先將焊料材料施加到連接元件上，優選作為在連接元件上具有固定層厚、體積、形狀和布局的小盤。
[0079]連接元件例如可以被焊接或皺縮到例如由銅制成的板材、編織線、絲網上并且連接到車座電氣系統。
[0080]連接元件優選用在建筑物，特別為汽車、鐵路、飛機或船只中的受熱窗板或具有天線的窗板中。連接元件用于將窗板的導電結構連接至布置在窗板之外的電氣系統。電氣系統是放大器、控制單元或電壓源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0081]將參考附圖和示例性實施例詳細解釋本發明。附圖是示意性表示并且并不按比例繪制。附圖不以任何方式限定本發明。各圖描繪了:
[0082]圖1根據本發明的窗板的第一實施例的俯視圖，
[0083]圖1a在焊接處理過程中熱量分布的示意圖，[0084]圖2a穿過圖1的窗板的橫截面A-A’，
[0085]圖2b穿過圖1的窗板的橫截面B-B ’，
[0086]圖2c穿過圖1的窗板的橫截面C-C’，
[0087]圖3穿過根據本發明的選擇性窗板的橫截面C-C’，
[0088]圖4穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面B-B’，
[0089]圖5穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面B-B’，
[0090]圖6穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面B-B’，
[0091]圖7穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面A-A’，
[0092]圖8穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面A-A’，
[0093]圖8a穿過根據本發明的另一選擇性窗板的橫截面A-A’，
[0094]圖9根據本發明的窗板的選擇性實施例的俯視圖，
[0095]圖9a穿過圖9的窗板的橫截面D-D’，
[0096]圖10連接元件的選擇性實施例的俯視圖，
[0097]圖11連接元件的另一選擇性實施例的俯視圖，
[0098]圖1la穿過圖11的連接元件的橫截面E-E’，
[0099]圖12連接元件的另一選擇性實施例的俯視圖，
[0100]圖13連接元件的另一選擇性實施例的俯視圖，
[0101]圖13a穿過圖13的連接元件的橫截面F_F’。
【具體實施方式】
[0102]圖1、圖2a、圖2b以及圖2c在各自情況下示出了在電氣連接元件3的區域中根據本發明的可加熱窗板I的細節。窗板I是由鈉鈣玻璃制成的3mm厚的熱預應力單面安全玻璃。窗板I具有150cm的寬度和80cm的高度。具有加熱導體結構2的形式的導電結構2印刷在窗板I上。導電結構2包含銀顆粒和玻璃粉。在窗板I的邊緣區域中，導電結構2加寬至IOmm的寬度并且對電氣連接元件3形成接觸表面。在窗板I的邊緣區域中，還存在覆蓋絹網印花(未示出)。連接元件3由兩個腳區域7和7’組成，腳區域7和7’經由橋9彼此連接。在腳區域7和7’面向基板的表面上，布置有兩個接觸表面8’和8”。在接觸表面8’和8”的區域中，焊料材料4在連接元件3與導電結構2之間引起耐用的電氣和機械連接。焊料材料4包含57wt.鉍、40wt.錫以及3wt.銀。在電氣連接元件3與導電結構2之間完全穿過預定體積和形狀布置焊料材料4。焊料材料4具有250 μ m的厚度。電氣連接元件3由根據EN10088-2 (ThyssenKrupp NirOSta? 4509)的1.4509號的材料鋼制成，其具有10.0X10_6/°C的熱膨脹系數。接觸表面8’和8”的每一個具有圓形片段的形狀，其具有3mm的半徑和276°的中心角α。橋9由三個平坦片段10、11以及12組成。兩個片段10和12各自面向基板的表面與基板I的表面圍成40°角。片段11布置為平行于基板I的表面。電氣連接元件3具有24_的長度。兩個腳區域7和7’具有6mm的寬度；橋9具有4mm的寬度。
[0103]在腳區域7和V背離基板的表面13和13’的每一個上，布置有接觸隆起14。接觸隆起14形狀為半球形并且具有2.5xl0_4m的高度和5xl0_4m的寬度。接觸隆起14的中心在接觸表面8，和8”的圓心上方布置為垂直于基板的表面。焊接點15和15'布置在接觸隆起14的凸表面與基板的表面相距最大豎直距離的點處。
[0104]在接觸表面8，和8”的每一個上布置有三個間隔件19。間隔件19形狀為半球形并且具有2.5xl0_4m的高度和5xl0_4m的寬度。
[0105]根據EN 10 088-2的1.4509號材料鋼具有良好的冷成型性能和利用除了氣焊之外的所有方法的良好焊接性能。鋼用于構造聲音抑制器系統和排氣脫毒系統，并且由于其對高于950°C的耐氧化性和對發生在排氣系統中的應力的耐腐蝕性而特別適合于此。
[0106]圖1a示意地描繪了在焊接處理過程中在焊接點15和15’周圍的熱量分布的簡圖。該圖中的圓形線是等溫線。圖1的連接元件3的接觸表面8’和8”的形狀適應于熱量分布。這樣，接觸表面8，和8”的區域中的焊料材料4被均勻并完全地熔化。
[0107]圖3延續圖1和圖2c的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的選擇性實施例。電氣連接元件3設置在面向具有含銀涂層5的焊料材料4的表面上。這防止焊料材料擴散在涂層5之外并且限制流出寬度b。在另一實施例中，例如由鎳和/或銅制成的粘合促進層可位于連接元件3與含銀層5之間。焊料材料4的流出寬度b小于1_。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0108]圖4延續圖1和圖2c的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的選擇性實施例。電氣連接元件3在面向焊料材料4的表面上包含深度為250 μ m的凹部，該凹部形成用于焊料材料4的焊料倉庫。可以完全防止焊料材料4從中間空間流出。窗板I中的熱應力是非臨界的并且在連接元件3與經由導電結構2的窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0109]圖5延續圖1和圖2c的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例。電氣連接元件3的腳區域7和7'在邊緣區域向上彎曲。玻璃窗板I的邊緣區域的向上彎曲的最大高度為400 μ m。這形成用于焊料材料4的空間。預定焊料材料4在電氣連接元件3與導電結構2之間形成凹的彎月面。可以完全防止焊料材料4從中間空間流出。粗略為O的流出寬度b小于零，在很大程度上由于所形成的彎月面。窗板I中的熱應力是非臨界的并且經由導電結構2在連接元件3與窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0110]圖6描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例，且接觸表面8’和8”為圓形片段形狀而橋9幾部分為平坦形狀。連接元件3包含熱膨脹系數為8x10_6/°C的含鐵合金。材料厚度為2mm。在連接元件3的接觸表面8’和8”的區域中，利用根據EN 10088-2 (ThyssenKrupp NirOSta? 4509)的1.4509號材料的含鉻鋼施加帽子形狀的補償部件
6。帽子形狀的補償部件6的最大層厚為4_。借助于補償部件，可以使連接元件3的熱膨脹系數適應于窗板I和焊料材料4的要求。帽子形狀的補償部件6導致在焊料連接4的生產過程中改善的熱流。加熱主要發生在接觸表面8’和8”的中心。可以進一步減小焊料材料4的流出寬度b。由于< Imm的低流出寬度b和相適應的膨脹系數，可以進一步減小窗板I中的熱應力。窗板I中的熱應力是非臨界的并且經由導電結構2在連接元件3與窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0111]圖7延續圖1和圖2a的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的選擇性實施例。橋9是彎曲的并且具有曲率半徑為12mm的圓弧輪廓。窗板I中的熱應力是非臨界的并且經由導電結構2在連接元件3與窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0112]圖8延續圖1和圖2a的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例。橋9是彎曲的并且兩次改變其彎曲方向。鄰近于腳區域7和7’，彎曲方向背離基板I。這樣，在接觸表面8’和8”與橋9的底部之間的連接處16和16’上不存在邊緣。連接元件3的底部具有連續進展。窗板I中的熱應力是非臨界的并且經由導電結構2在連接元件3與窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0113]圖8a延續圖1和圖2a的示例性實施例描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例。橋9由兩個平坦片段22和23組成。兩個片段22和23各自面向基板的表面與基板I的表面圍成20°角。合起來，兩個片段22和23面向基板的表面圍成140°角。窗板I中的熱應力是非臨界的并且在經由導電結構2連接元件3與窗板I之間提供耐久的電氣和機械連接。
[0114]圖9和圖9a在各自情況下描繪了在電氣連接元件3的區域中根據本發明的窗板I的另一實施例的細節。連接元件3包含根據EN 10 088-2 (ThyssenKrupp NirOSta? 4509)的1.4509號材料鋼。腳區域7和7’經由橋9彼此連接。橋9由三個平坦形狀的片段10、11和12組成。接觸表面8，和8”的每一個形狀為矩形且在相對兩側布置有半圓。連接元件3具有24_的長度。橋9具有4_的寬度。接觸表面8，和8”為4_長和8mm寬。
[0115]在腳區域7和7’背離基板I的表面13和13’的每一個上布置有接觸隆起14。每個接觸隆起14形狀為長3mm且寬Imm的長方體，且背離基板I的表面凸出地彎曲。接觸隆起14的高度為0.6_。焊接點15和15'布置在接觸隆起14的凸表面與基板的表面相距最大豎直距離的點處。兩個間隔件19形狀為半徑為2.5xl0_4m的半球形，布置在接觸表面8’和8”的每一個上。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0116]圖10描繪了根據本發明的連接元件3的選擇性實施例的俯視圖。腳區域7和V經由橋9彼此連接。接觸表面8’和8”形成為圓形片段，且具有2.5mm的半徑和280°的中心角α。橋9是彎曲的。橋的寬度從與接觸表面8，和8”的連接處16和16’起朝著橋中心變小。橋的最小寬度為3_。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0117]在本發明的選擇性實施例中，具有圖10的輪廓的連接元件3不以橋的形式構造。這里，連接元件3經由接觸表面8在其整個表面上連接至導電結構。
[0118]圖11和圖1la在各自情況下描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例的細節。兩個腳區域7和7’經由橋9彼此連接。每個接觸表面8’和8”形狀為圓形片段，其具有2.5_的半徑和286°的中心角α。橋9由兩個子元件組成。子元件在各自情況下具有彎曲子區域17和17’以及平坦子區域18和18’。橋9經由子區域17連接至腳區域7并且經由子區域17’連接至腳區域7’。子區域17和17’的彎曲方向背離基板I。平坦子區域18和18’垂直于基板的表面布置并且彼此直接接觸。接觸隆起14形狀為具有5xl0_4m的半徑的半球形。間隔件19形狀為具有2.5xl0_4m的半徑的半球形。連接元件3具有IOmm的長度。腳區域7和7’具有5mm的寬度；橋9具有3mm的寬度。橋9距離基板I的表面的高度為3mm。橋9的高度可以優選在Imm與5mm之間。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0119]圖12描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例的俯視圖。兩個腳區域7和7’經由彎曲的橋9彼此連接。每個接觸表面8’和8”形狀為半徑為2.5mm的圓。腳區域7和7’與橋9之間的兩個連接處16和16’完全布置在接觸表面8，和8”圓心之間的直接連接線的不同兩側。橋到基板表面的平面的投影是彎曲的。在這種情況下，彎曲方向在橋的中心改變。在橋9的中心橫向地布置兩個凸面，兩個凸面彼此相對且形狀為具有2_半徑的圓形片段。凸面的半徑優選可以處在Imm與3_之間。凸面例如也可以具有矩形形狀，其長度和寬度優選從Imm到6mm。在橋9的由凸面的邊緣界定的區域上，例如可以通過焊接或皺縮施加用于連接至車載電氣系統的導電材料。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0120]圖13和圖13a在各自情況下描繪了根據本發明的連接元件3的另一選擇性實施例的細節。連接元件3經由接觸表面8在其整個表面上連接至導電結構2。接觸表面8形狀為在兩側布置有半圓的矩形。接觸表面具有14_的長度和5_的寬度。連接元件3在邊緣區域20中在周圍向上彎曲。邊緣區域20距離玻璃窗板I的高度為2.5mm。邊緣區域20的高度在本發明的選擇性實施例中可以優選處在Imm與3_之間。在連接元件3的兩個直線側中之一上的上彎邊緣上布置有擴展元件21。擴展元件21由彎曲子區域和平坦子區域組成。擴展元件21經由彎曲子區域連接至連接元件3的邊緣區域20并且彎曲的方向朝向連接元件3的相反側。擴展元件21在俯視圖中具有11_的長度和6_的寬度。擴展元件21可以優選具有5mm到20mm之間的長度,特別優選處在7mm與15mm之間的長度，并且優選具有2mm到IOmm之間的寬度,特別優選從4mm與8mm的寬度。例如可以通過焊接、皺縮或以插塞連接器的形式在擴展元件21上施加用于連接至車載電氣系統的導電材料。由于焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0121]實例
[0122]生產具有窗板I (厚度3mm、寬度150cm以及高度80cm)、以加熱導體結構形式的導電結構2、根據圖1的電氣連接元件3、位于連接元件3的接觸表面8，和8”上的銀層5以及焊料材料4的試樣。連接元件3的材料厚度為0.8mm。連接元件3含有根據EN 10088-2 (ThyssenKrupp NirOSta? 4509)的L 4509號材料鋼。三個間隔件19布置在接觸表面8’和8”的每一個上。每個焊接點15和15’布置在接觸隆起14上。在連接元件3的接觸表面8’和8”上預先將焊料材料4施加為具有固定層厚、體積和形狀的小盤。利用在導電結構2上施加的焊料材料4施加連接元件3。以200°C的溫度和2秒的處理時間將連接元件3焊接到導電結構2上。從電氣連接元件3與導電結構2之間的中間空間的超過50 μ m的層厚t的焊料材料4的流出僅被觀察到具有最大流出寬度b = 0.4mm。在表I中找到電氣連接元件3、連接元件3的接觸表面8，和8”上的銀層5以及焊料材料4的尺寸和組成。由于由連接元件3和導電結構2預定的焊料材料4的布置在窗板I中未觀察到臨界機械應力。窗板I經由導電結構2到電氣連接元件3的連接是牢固穩定的。
[0123]根據所有試樣，在從+80 V到-30 V的溫差下可以觀察到沒有玻璃基板I破裂或顯示出損壞。可以證明，在焊接后不久，這些具有焊接的連接元件3的窗板I相對于突然的溫度下降而是穩定的。[0124]另外，根據電氣連接元件3的第二組成執行試樣。這里，連接元件3包含鐵-鎳-鈷合金。在表2中找到電氣連接元件3、連接元件3的接觸表面8’和8”上的銀層5以及焊料材料4的尺寸和組成。隨著焊料材料4從電氣連接元件3與導電結構2之間的中間空間流出，超過50 μ m的層厚t，獲得平均流出寬度b = 0.4mmο這里同樣，可以觀察到，在從+80°C到_30°C的溫差下沒有玻璃基板I破裂或顯示出損壞。可以證明，在焊接后不久，這些具有焊接的連接元件3的窗板I相對于突然的溫度下降而是穩定的。
[0125]另外，根據電氣連接元件3的第三組成執行試樣。這里，連接元件3包含鐵-鎳合金。在表3中找到電氣連接元件3、連接元件3的接觸表面8，和8”上的銀層5以及焊料材料4的尺寸和組成。隨著焊料材料4從電氣連接元件3與導電結構2之間的中間空間流出，超過50 μ m的層厚t，獲得平均流出寬度b = 0.4mmο這里同樣，可以觀察到，在從+80°C到_30°C的溫差下沒有玻璃基板I破裂或顯示出損壞。可以證明，在焊接后不久，這些具有焊接的連接元件3的窗板I相對于突然的溫度下降而是穩定的。
[0126]表I
[0127]
【權利要求】
1.一種具有至少一個電氣連接元件的窗板，包括: -基板⑴， -位于基板(I)的區域上的導電結構(2)， -位于導電結構(2)的區域上的一層焊料材料(4)，以及 -位于焊料材料(4)上的連接元件(3)的至少兩個焊接點(15，15’)，其中 -焊接點(15，15’ )在連接元件(3)與導電結構(2)之間形成至少一個接觸表面(8)，并且 -接觸表面(8)的形狀具有中心角α為至少90°的卵圓、橢圓或圓的至少一個片段。
2.根據權利要求1所述的窗板，其中 -焊接點(15，15’ )在連接元件(3)與導電結構(2)之間形成彼此分離的兩個接觸表面(8，，8，，)， -兩個接觸表面(8’，8”)經由橋(9)面向基板⑴的表面彼此連接，并且-兩個接觸表面(8’，8”)各自的形狀具有中心角α為至少90°的卵圓、橢圓或圓的至少一個片段。
3.根據權利要求1或2所述的窗板，其中，接觸表面⑶或多個接觸表面(8’，8”)形成為在矩形的兩側布置有兩個半圓的形狀。
4.根據權利要求2所述的窗板，其中，每個接觸表面(8’，8”)形成為圓形或具有中心角α為至少180°，優選為至少220°的圓形片段的形狀。
5.根據權利要求1所述的窗板，其中，間隔件(19)布置在接觸表面(8)或接觸表面(8，，8，，)上。
6.根據權利要求1所述的窗板，其中，兩個焊接點(15，15’)的每一個布置在接觸隆起(14)上。
【文檔編號】E06B3/02GK203499446SQ201320312012
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年5月16日 優先權日:2013年5月16日
【發明者】B·羅伊爾, A·施拉布, C·德根, M·拉泰恰克, L·萊斯邁斯特 申請人:法國圣戈班玻璃廠