CN102656945B - 具有电连接元件的板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板(I)，其中，-将导电性结构(2)施加到玻璃板(1)上，-将至少一种中间层(3)施加到该导电性结构(2)上，-将至少一种电连接元件(4)施加到该中间层(3)上，和其中该中间层(3)，电连接元件(4)和导电性结构(2)形成了至少一个空腔(5)，并且该空腔(5)包含导电性物料(7)。本发明另外涉及所述板的生产方法和它的用途。

Description

具有电连接元件的板

本发明涉及一种具有电连接元件的板，其生产方法及其应用。

在板上具有导电结构的电连接元件例如是从WO2007/116088A1已知的。

DE102007059818B3公开了一种具有导电层的扁平导体连接元件，其固定于板的外表面，并且在一方面具有裸露的焊接表面的所述导电层的区段与另一方面玻璃板表面之间提供了至少一个电绝缘缓冲层。

从DE10392500T5已知用于施加和保留用于电连接元件的机械和电连接的焊料的方法和制品。一个具有许多形成于其中的孔的物体带有焊料，其中焊料布置在孔上。

这些已知的方案具有这样的缺点，即，在电连接元件和玻璃板之间产生机械应力，该应力能导致玻璃板损坏直至断裂。

本发明基于下面的目的，即提供电连接元件与板的改进的，持久稳定的机械和电连接。

本发明的另一目的是找到一种生产具有电连接元件的板的新方法及其新用途。

该目的是通过独立权利要求1、11和15中所述的特征来实现的。本发明优选的实施方案是通过从属权利要求中的特征来给出的。

本发明包括板，其中将导电结构施加到玻璃板上，将至少一个中间层施加到该导电结构上，将至少一个电连接元件施加到该中间层上，并且其中所述中间层、电连接元件和导电结构形成至少一个空腔，并且该空腔包含导电性物料。

本发明的板的优点尤其在于通过所述电连接元件和导电结构之间的中间层，使得玻璃板上的临界机械应力减小到最小。

临界机械应力由点、线和面的力、剪切力以及扭转力的量和方向造成，其会由于板的生产或者使用中的负荷而导致板损坏或者断裂。

由于温度交变诱导的机械应力尤其随所用材料的热膨胀系数和粘度之间的差异而提高。

当玻璃板与电连接元件的连接在>60℃，特别是>120℃和最特别>158℃的温度进行时，机械应力是特别关键的。

根据本发明，如果所述空腔完全被中间层包围是有利的。因此，该空腔在中间层内形成至少一个空隙。所述空隙由导电结构、电连接元件和中间层界定。

根据本发明，空腔是有利的，因为其提供了导电性物料的支持型腔。该导电性物料的成形是通过空腔的形状、空腔内导电性物料的润湿和生产时以及使用时该导电性物料的粘度来调节的。防止了临界机械应力。

空腔的形状和体积尤其通过中间层的形状和体积，以及电连接元件的形状来确定。

在该空腔内，导电性物料在所有三个空间方向上保持以给定的几何形状，并且在电连接元件和导电结构之间获得了持久的电连接。

在本发明的一个特别优选的实施方式中，将导电性物料布置于空腔内。导电性物料没有位于空腔以外的区域。空腔以外的区域通过空腔的外部边缘和/或外部边缘的投影形成。俯视观察根据本发明的板时不能辨别导电性物料。该导电性物料由于其形状、润湿特性和粘度优选用空腔外边缘齐平封闭。

在一个优选的实施方式中，根据本发明的中间层具有0.5µm-1mm，优选1µm-500µm，和特别优选10µm-300µm的厚度。

在本发明另外一个优选的实施方式中，该空腔具有0.1mm-2mm和优选0.2mm-1mm的直径或者面积当量直径(Flächenäquivalent)。

在一种替代的实施方案中，该空腔的直径或者面积当量直径是2mm-25mm，且优选3mm-10mm和最特别优选7.5mm-8.5mm。

该空腔优选具有圆形、椭圆形、矩形或者多边形，根据本发明，所述形状形成了导电性物料的形状，其导致电连接元件在板上改进的，持久稳定的机械和电连接。

空腔的面积当量直径是由基于圆形空腔的直径来计算的，并且可以转用在椭圆形、矩形或者多边形或者所有形状的区域，所述形状导致电连接元件在板上改进的，持久稳定的机械和电连接。

根据本发明，特别有利的是通过大量空腔在导电性物料和导电层之间产生了尽可能多的力的作用点的中间层。

在另外一种优选的实施方式中，中间层中的空腔具有横截面，所述横截面由朝向电连接元件的区域、中间区域和背向导电性结构的区域形成。俯视图中该空腔的形状可以跨空腔的深度进行不同的布置。这些区域优选具有圆形、椭圆形或者矩形形状。导电性物料可以在空腔中形成特别有利的形状，以减少对导电性结构和玻璃板的机械负荷。如果导电性物料不从空腔中离开，则这是特别有利的。

在另外一种优选的实施方案中，导电性物料通过导电性物料的润湿特性和粘度而保持在空腔内。润湿特性或者毛细管力通过该导电性物料、中间层、连接元件、导电性结构、玻璃板和/或周围大气的材料的界面能来调整。

根据本发明，如果导电性物料在空腔内形成凹形的弯月面是特别优选的。

最特别优选通过导电性物料非常小的润湿角在空腔内调节成凹形的弯月面。

导电性物料的粘度取决于材料和温度。根据本发明，在液相线温度和固相线温度之间的温度范围内，当观察到导电性物料粘度的显著变化时，进行成形是有利的。

对于根据本发明的中间层特别有利的是，空隙的朝向电连接元件的区域具有比朝向导电性结构的区域更小的直径或者更小的面积。

在根据本发明的中间层的另外一种实施方案中，空隙上的边缘形状和电连接元件的形状适配于导电性物料的流动行为、粘度和润湿特性。优选地，边缘区域实施为直角、倒圆角或者高度倒圆角。

特别优选导电性结构、中间层和电连接元件形成双曲线漏斗，其从导电性结构向电连接元件逐渐变细。最特别优选该空隙仅仅在双曲线漏斗的边缘区域中填充有导电性物料。导电性物料的形状通过中间层和电连接元件上的导电性物料的润湿特性和粘度预先给定。

为了在生产过程中从空腔中有目的地排出膨胀的气体，这是特别有利的。

根据本发明，机械力以平缓的作用角在导电性物料和导电性结构或者玻璃板之间延伸。

根据本发明，使用导电性物料，其因为它们的形状、粘度和它们的凝聚态而没有将临界力传递给导电性结构和/或玻璃板。

粘度在本发明上下文中还为供处于固体凝聚态的导电性物料的延展性用的措辞。

根据本发明，如果在连接元件和玻璃板之间经由中间层进行机械连接，并且该导电性物料的固相线温度小于158℃，优选小于120℃和最特别优选小于65℃，则是特别有利的。

对于本发明的一种替代的实施方案，还特别有利的是，在该连接元件和玻璃板之间经由导电性物料进行机械连接，并且该导电性物料的固相线温度是159℃-220℃。

在本发明的另外一种优选的实施方案中，该导电性物料包括导电液体、金属合金和/或复合材料，优选具有银、锡、锌、铟、铋和/或镓的金属合金，并且特别优选具有60重量％-大约98重量％镓、15%重量％-70%重量％铟、50重量％-98重量％锡、10重量％-80重量％锌、2重量％-10重量％银和/或30重量％-70重量％铋的金属合金。

固相线温度<65℃的导电性物料优选包含60重量％-大约98重量％的镓。

固相线温度大于/等于65℃且小于158℃的导电性物料最特别优选包含15%重量％-70%重量％的铟和/或30重量％-70重量％的铋。

固相线温度大于/等于158℃的导电性物料最特别优选包含50重量％-98重量％的锡。

该导电性物料根据本发明优选是无铅的。

根据本发明，导电的海绵状、编织物状或者无机或有机的复合材料或者混合物也可以被包括在该导电性物料中。为此的例子是羊毛状成形的金属例如银毛。

该导电性物料因为低的固相线温度而可以在常规的环境温度短暂的或者持久的是液体。在低粘度导电性物料的情况下，在空腔内通过形状和润湿特性防止流散。电连接持续存在。电连接元件和导电性结构和/或玻璃板之间的机械连接完全或部分经由中间层暂时或者持续进行。

液体或者低粘度或者高延展性的导电性物料是特别有利的，因为在导电性物料和导电性结构和/或玻璃板之间没有出现临界机械负荷。

该玻璃板是预应力的，部分预应力的或者非预应力的由硅酸盐玻璃制成的单块玻璃板或者复合玻璃板，并且优选非预应力者部分预应力复合玻璃板。该玻璃板具有1mm-6mm，优选1.8mm-4mm的厚度。

该玻璃板可以完全或者部分地用覆盖丝网印刷涂覆，优选在边缘区域，特别优选在电连接元件区域。

板上的导电性结构优选是具有热导体和/或天线导体的电路。该导电性结构优选在玻璃板边缘区域中与电连接元件相连。

电连接元件在例如交通工具中车身电气的电导体和板上的导电结构之间产生了持久的机械联接和电连接。该电连接元件优选形成作为扁平导体或者所谓的刚性连接件。由于其材料特性、材料厚度和形状，刚性连接件具有高的刚度。

在本发明的另外一种实施方案中，长期不稳定的和老化的导电性物料通过腐蚀保护来防止环境影响。该腐蚀保护优选是液体和/或导电的。

在本发明的另外一种实施方案中，中间层包括温度稳定的聚合物层，陶瓷丝网印刷膏，阻焊剂和/或胶带，优选聚丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、硅烷和硅氧烷交联的聚合物、环氧树脂、聚氨酯、聚氯丁二烯、聚酰胺、乙酸酯、硅酮粘合剂、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯、热硬化的胶粘剂、它们的共聚物和/或其混合物，和特别优选聚酰亚胺或者聚四氟乙烯。

根据本发明，在中间层中优选使用不被导电性物料润湿的材料。该材料优选具有低的界面能。特别适于此的是聚酰亚胺、聚四氟乙烯或者阻焊剂以及具有聚酰亚胺或者阻焊剂的复合材料。

在本发明的另外一种实施方案中，根据本发明的中间层由多层构成，其中该中间层与电连接元件和导电性结构的表面经由胶粘层形状锁合接触。

根据本发明，中间层特别优选包括另外的连接腔，其将空腔彼此相连或者将空腔与中间层的边缘相连。这对于电连接元件与导电性结构机械和电连接过程中排出气态产物来说是特别有利的。根据本发明，该连接腔没有或者几乎没有用导电性物料填充或者润湿。

在根据本发明的生产板的方法中，导电性结构被施加到玻璃板上，中间层被施加到导电性结构和/或玻璃板或者电连接元件上，导电性物料被施加到所述电连接元件或者所述导电性结构上，所述电连接元件经由中间层与导电性结构和/或玻璃板机械连接，其中形成至少一个空腔，并且在至少一个空腔内所述导电性物料与电连接元件和导电性结构电连接。

在一种优选的实施方式中，所述中间层被施加到导电性结构上，且所述导电性物料被施加到所述电连接元件上。

在根据本发明的方法的另外一种优选的实施方式中，中间层通过选自下面的至少一种方法被施加到导电性结构、电连接元件和/或玻璃板上：丝网印刷（screen printing），喷涂（spraying），帘涂（curtain coating）或者辊涂（Roller coating），粘接。使用这些方法，能够以简单的方式并以所需的精度实现具有空隙的中间层。

在根据本发明的方法的另外一种优选的实施方案中，机械连接通过将电连接元件机械夹合、焊接和/或粘接到导电性结构和/或玻璃板上，优选到玻璃板上来进行。根据本发明，在连接时温度优选低于158℃，特别优选低于120℃和最特别优选低于60℃。

最特别优选将电连接元件在电连接过程中同时与导电性结构和/或玻璃板机械连接，优选借助于中间层的粘接作用的热活化。中间层的粘接作用的活化可以例如用导电性物料焊接来进行。

本发明的工作实施例图示于附图中的图1-10中，并且详细描述于下。

其中

图1 根据本发明的板(I)的爆炸透视图，

图2 穿过图1的根据本发明的板的透视图的横截面，

图3 穿过图2的根据本发明的板(I)的详细横截面，

图4 穿过根据本发明的板(I)的一种优选实施方案的详细横截面，

图5 穿过根据本发明的板(I)的另外一种优选实施方案的详细横截面，

图6 穿过根据本发明的板(I)的另外一种优选实施方案的详细横截面，

图7 穿过根据本发明的板(I)的另外一种优选实施方案的详细横截面，

图8 穿过根据本发明的板(I)的另外一种替代实施方案的详细横截面，

图9 根据本发明的板(I)的一种替代实施方案的爆炸透视图和

图10 根据本发明的方法的一个工作实施例的流程图。

在图1-3中，以不同的图展示了根据本发明具有电连接元件(4) 的板(I)的连接区域。将导电性结构(2)作为热导体用含银的丝网印刷膏印制在非预应力硅酸盐玻璃板(1)上。130µm厚的中间层(3)位于在玻璃板(1)边缘上的导电性结构(2)的部分区域上，该中间层由具有丙烯酸和聚酰亚胺的胶带制成。在胶带中引入多个直径1mm的圆形空隙(5)。从朝向电连接元件(4)的区域(5a)到朝向导电性结构的区域(5c)，直径恒定为1mm。电连接元件(4)位于中间层(3)上，该电连接元件设计为扁平导体，其是经由未示出的导体与同样未示出的交通工具的车身电气相连。空隙(5)、导电性结构(2)的部分区域和电连接元件(4)的部分区域形成了用于导电性物料(7)的空腔(5)。导电性物料(7)是低粘度、高延展性的无铅焊料，包含67重量％的铋和33重量％的铟，具有110℃的固相线温度。导电性物料(7)的形状由空腔(5)的形状和导电性物料(7)的润湿特性以及性能预先设定。导电性结构(2)经由该导电性物料(7)与电连接元件(4)持久电连接。该导电性结构(2)是经由粘接的中间层(3)与电连接元件(4)持久机械连接。与现有技术相比，根据本发明的板(I)显示出改进的电连接元件(4)和玻璃板(1)之间的机械连接。在导电性结构(2)、导电性物料(7)、中间层(3)和电连接元件(4)之间形成了非临界的力作用点。这使得导致导电性结构(2)或者玻璃板(1)损坏的机械力的量和方向最小。因此持久保护了所述板(I)。

在本发明一种替代的实施方案中，板(I)包括电连接元件(4)，该元件具有带有银涂层的0.8mm厚和14x24mm²大的铜板。该14x24mm²大的中间层(3)具有250µm的厚度，并且包含具有倒圆角的两个正方形6x6mm²大的空隙(5)。中间层(3)呈框架状以8mm的宽度延伸超过导电性结构(2)。空腔(5)与电连接元件(4)和导电性结构(2)形成了部分填充有具有68重量％的镓和22重量％的铟的导电性物料(7)的空腔(5)。高于-19℃，该导电性物料(7)是液体，并且通过空隙防止流散。电连接元件(4)经由导电性物料(7)与导电性结构(2)的接触区域持久电连接。电连接元件(4)经由中间层(3)超出导电性结构(2)的部分与玻璃板（1）机械粘接并持久机械连接。由于导电性物料(7)的液体状态，机械应力完全通过该中间层(3)被传导，并且没有观察到电连接元件(4)和玻璃板(1)之间的临界力。

图4表示了一种优选的实施方案，其是图1-3的工作实施例的继续。中间层(3)被实施为具有100µm厚度的耐焊接温度的聚酰亚胺薄膜。将中间层(3)粘接在扁平导体(4)和导电性结构(2)之间。空腔(5)被实施为圆形。在朝向电连接元件(4)的区域(5a)中的空隙具有0.8mm的横截面，在朝向导电性结构(2)和板(1)的区域(5c)中的空腔(5)具有1.2mm的横截面。该导电性物料(7)在空隙(5)中形成了双曲线反转漏斗形。这使得导致导电性结构或者板损坏的机械力的量和方向最小。

图5展示了一种替代的实施方案，其是图1-3的工作实施例的继续。中间层(3)被实施为具有100µm厚度的耐焊接温度的聚酰亚胺薄膜。空腔(5)同样被实施为具有5mm直径的圆形。在空腔(5)区域中的中间层(3)的横截面在朝向电连接元件(4)的上边缘(5a)和在朝向导电性结构(2)的接触区域的下边缘(5c)被实施为倒圆角的。将中间层(3)粘接在电连接元件(4)和导电性结构(2)之间。由此形成了空腔(5)，其能够改进电连接元件(4)和导电性结构(2)之间的机械和电连接。导电性物料(7)和玻璃板(1)上的导电性结构(2)之间的机械力具有平缓的作用角。能够防止根据本发明板(I)的损坏。

以按照图5的工作实施例的进一步改进的形式，图6展示了通过电连接元件(4)适当成形而产生的一种烟囱状的空腔(5)的设计。以这种设计可以改善冷却过程中的温度分布和焊接过程中焊剂的气体排放。空腔(2)被调整以大致为双曲线漏斗的形状。朝向电连接元件(4)的区域(5a)的面积和直径小于朝向导电性结构(2)的区域(5c)的面积和直径。因此发现，具有空腔(5)的中间层(3)能够以简单的方式改善电连接元件(4)与导电性结构(2)的接触区之间的机械和电连接。

以按照图5的工作实施例的进一步改进形式，图7展示了设计成复合层的中间层(3)。由温度稳定的聚酰亚胺形成的层被上面和下面的氰基丙烯酸酯胶粘剂层所包围。由于此具有胶粘剂层的层结构，在电连接元件(4)、中间层(3)和导电性结构(2)之间形成了特别有利的形状锁合接触。导电性物料(7)和玻璃板(1)上的导电性结构(2)之间的机械力具有平缓的作用角。防止了导电性结构(2)或者玻璃板(1)的损坏。

图8展示了根据本发明的板(I)的一种替代的实施方式。具有氰基丙烯酸酯的14x12mm²大的中间层(3)具有250µm的厚度。电连接元件(4)是面积为14x20mm²的0.8mm厚的铜板。电连接元件(4)在两个侧面延伸超过中间层(3)各4mm，并且轻微弯向玻璃板(1)。中间层(3)、弯曲的电连接元件(4)和导电性结构(2)在两个侧面上形成了空腔(5)。空腔(5)用导电性物料(7)部分填充。该导电性物料(7)是具有67重量％的铋和33重量％的铟的焊料，其具有110℃的固相线温度。该导电性物料(7)在空腔(5)内形成了凹形的弯月面。具有朝向导电性结构(2)的倒圆角的边缘的中间层(3)被导电性物料(7)完全润湿。导电性物料(7)与弯曲的电连接元件(4)和导电性结构(2)形成了非常小的润湿角。导电性物料(7)完全布置在空腔(5)内。在板(I)的俯视图中，不能看到导电性物料(7)。电连接元件(4)经由导电性物料(7)与导电性结构(2)持久电连接。电连接元件(4)经由中间层(3)与玻璃板(1)机械粘接并持久机械连接。由于导电性物料(7)的形状和粘度，机械应力完全经由中间层(3)传递。在生产中和使用中没有观察到电连接元件(4)和玻璃板(1)之间的临界力。

图9显示了图1的工作实施例的继续。空腔(5)经由直径大约100µm的连接腔(8)彼此相连并与中间层(3)的外边缘相连。导电性物料(7)不存在于连接腔(8)中。在焊接过程中为液态的导电性物料(7)润湿了空腔(5)内部。在焊接过程中膨胀的空气或者气态焊接助剂能经由连接腔(8)从空腔(5)中逸出。由此在空腔(5)内获得了改进的导电性物料(7)的分布。

图10详细展示了用于生产根据本发明的板(I)的本发明的工作实施例的流程图。

本发明的板(I)比现有技术更持久。

附图标记列表：

(I) 板

(1) 玻璃板

(2) 导电性结构

(3) 中间层

(4) 电连接元件

(5) 空腔，中间层中的空隙

(5a)空腔(5)的上部区域，朝向电连接元件(4)

(5c)空腔(5)的下部区域，朝向导电性结构(2)

(7) 导电性物料

(8) 连接腔。

Claims (20)

1.板(I)，其中，

- 将导电性结构(2)施加到玻璃板(1)上，

- 将至少一个中间层(3)施加到所述导电性结构(2)上，

- 将至少一个电连接元件(4)施加到所述中间层(3)上，和

其中所述中间层(3)、电连接元件(4)和导电性结构(2)形成至少一个空腔(5)，并且所述空腔(5)包含导电性物料(7)，和

在电连接元件(4)和玻璃板(1)之间经由中间层(3)进行机械连接，并且该导电性物料(7)的固相线温度小于158℃，

其中导电性物料(7)是液体或具有低粘度。

2.根据权利要求1的板(I)，其中所述导电性物料(7)布置在空腔(5)内。

3.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述空腔(5)完全被所述中间层(3)包围。

4.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述中间层(3)具有0.5 µm-1mm的厚度。

5.根据权利要求4的板(I)，其中所述中间层(3)具有10µm-500µm的厚度。

6.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述空腔(5)具有0.1mm-2mm的直径或者面积当量直径。

7.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述空腔(5)具有2mm-25mm的直径或者面积当量直径。

8.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述中间层(3)包括聚合物、陶瓷丝网印刷膏、阻焊剂和/或胶带。

9.根据权利要求8的板(I)，其中所述中间层(3)包括聚丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、硅烷和硅氧烷交联的聚合物、环氧树脂、聚氨酯、聚氯丁二烯、聚酰胺、乙酸酯、硅酮胶粘剂、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、可热硬化的胶粘剂、它们的共聚物和/或它们的混合物。

10.根据权利要求9的板(I)，其中所述中间层(3)包括聚酰亚胺或者聚四氟乙烯。

11.根据权利要求1或者2的板(I)，其中所述中间层(3)包括另外的连接腔(8)，并且空腔(5)经由所述另外的连接腔(8)彼此相连和/或与中间层(3)的边缘相连。

12.根据权利要求1或者2的板(I)，其中该导电性物料(7)包括导电液体、金属合金和/或复合材料。

13.根据权利要求12的板(I)，其中该导电性物料(7)包括具有银、锡、锌、铟、铋和/或镓的金属合金。

14.根据权利要求13的板(I)，其中该导电性物料(7)包括具有60重量％-98重量％镓、15%重量％-70%重量％铟、50重量％-98重量％锡、10重量％-80重量％锌、2重量％-10重量％银或30重量％-70重量％铋的金属合金。

15.根据权利要求1或者2的板(I)，其中固相线温度<65℃的导电性物料(7)包含60重量％-98重量％的镓。

16.用于生产板(I)的方法，其中

-将导电性结构(2)施加到玻璃板(1)上，

-将中间层(3)施加到所述导电性结构(2)或者电连接元件(4)上，

-将导电性物料(7)施加到所述电连接元件(4)或者施加到所述导电性结构(2)上，

-所述电连接元件(4)经由中间层(3)与导电性结构(2)和/或玻璃板机械连接，和

-空腔(5)内的所述导电性物料(7)与所述电连接元件(4)和所述导电性结构(2)电连接。

17.根据权利要求16的用于生产板(I)的方法，其中

-将中间层(3)施加到所述导电性结构(2)上，和

-将所述导电性物料(7)施加到所述电连接元件(4)上。

18.根据权利要求16或者17的方法，其中将所述中间层(3)通过至少一种方法如丝网印刷、喷涂、帘涂、辊涂、胶带施加或者粘接施加到导电性结构(2)、电连接元件(4)和/或玻璃板(1)上。

19.根据权利要求16-17之一的方法，其中将所述电连接元件(4)与导电性结构(2)和玻璃板(1)电连接和/或同时机械连接。

20.根据权利要求1-15的板(I)在用于构造/建筑或者陆上、水上、地球外或者空中的交通工具窗玻璃中的用途。