CN103262645A - 具有电连接元件的窗玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个电连接元件的窗玻璃，包括：基底(1)，位于该基底(1)的一个区域上的导电结构(2)，位于该导电结构(2)的一区域上的一钎焊材料层(4)，以及位于该钎焊材料(4)上的连接元件(3)，其中该连接元件(3)包括第一和第二脚部区域(7，7’)、第一和第二过渡区域(9，11)、以及位于该第一和第二过渡区域(9，11)之间的桥接区域(10)，在该第一和第二脚部区域(7，7’)的底部存在第一和第二接触表面(8，8’)，该第一和第二接触表面(8，8’)与该第一和第二过渡区域(9，11)的面对该基底(1)的表面(9’，11’)通过该钎焊材料(4)连接到该导电结构(2)，以及该基底(1)的表面与该过渡区域(9，11)的面对该基底(1)的表面(9’，11’)的每个正切平面(12)之间的角度小于90度。

Description

具有电连接元件的窗玻璃
本发明涉及一种具有电连接元件的窗玻璃以及一种用于制造该窗玻璃的经济的和环保的方法。
本发明进一步涉及一种具有导电结构的用于车辆的具有电连接元件的窗玻璃，该导电结构例如为加热导体或天线导体。该导电结构通常通过钎焊上的电连接元件而连接到板上电气系统。由于所使用的各种材料的热膨胀系数不同，因此在制造和操作过程中产生的机械应力会对窗玻璃产生负荷并且可使窗玻璃发生破裂。
含铅焊料具有高延展性，其能够补偿由于塑性变形而在电连接元件和窗玻璃之间产生的机械应力。然而，由于车辆报废管理指令2000/53/EC的要求，在EC(欧共体)中含铅焊料必须要被无铅焊料所取代。将该管理指令概括地称作ELV(车辆报废)。其目标是严格地禁止由废弃电子元件的大规模增加所带来的产品的问题元件。所涉及到的物质是铅、汞和镉。这尤其会涉及到在玻璃上的电气应用中实现无铅钎焊材料并且引入相应的替代产品。
EP1942703A2公开了一种位于车辆窗玻璃上的电连接元件，其中窗玻璃与电连接元件之间热膨胀系数的差值小于5×10-6/℃，并且该连接元件主要含有钛。为了实现足够的机械稳定性和可加工性，提议采用过量的钎焊材料。过量的钎焊材料从该连接元件与该导电结构之间的中间空间中流出。过量的钎焊材料在窗玻璃上产生很高的机械应力。这些机械应力最终会导致窗玻璃破裂。
本发明的目标是提供一种具有电连接元件的窗玻璃和一种用于制造该窗玻璃的经济的和环保的方法，由此来避免窗玻璃中产生临界机械应力。
根据本发明，本发明的目标通过根据独立权利要求1的器件来实现。优选的实施方式在从属权利要求中呈现。
根据本发明的具有电连接元件的窗玻璃包括下列特征：
基底，
位于该基底的一个区域中的一个导电结构，
位于该导电结构的一个区域上的钎焊材料层，以及
位于该钎焊材料上的一个连接元件，其中
该连接元件包括第一和第二脚部区域、第一和第二过渡区域、以及位于该第一和第二过渡区域之间的一个桥接区域，
在该第一和第二脚部区域的底部上存在第一和第二接触表面，
该第一和第二接触表面和该第一和第二过渡区域的面对该基底的表面通过该钎焊材料连接到该导电结构，以及
该基底的表面与该过渡区域的面对该基底的表面的每个正切平面之间的角度小于90度。
一个导电结构被施加在该窗玻璃上。电连接元件通过钎焊材料电连接到子区域上的导电结构。第一接触表面和第一过渡区域的面对该基底的表面连接到该导电结构的第一子区域。第二接触表面和第二过渡区域的面对该基底的表面连接到该导电结构的第二子区域。该钎焊材料从该连接元件与该导电结构之间的中间空间中流出的流出宽度小于1mm。
在一个优选实施方式中，最大流出宽度优选地小于0.5mm，以及特别地粗略为0mm。这对于窗玻璃中机械应力的减小、该连接元件的粘结性以及焊料量的减小都是特别有利的。
最大流出宽度被定义为该连接元件的外边缘与该钎焊材料分界点(Uebertritt)之间的距离，在该分界点处钎焊材料的厚度下降到50μm以下。最大流出宽度是在钎焊过程之后在固化的钎焊材料上测得的。
符合期望的最大流出宽度是通过对钎焊材料体积以及该连接元件与该导电结构之间垂直距离的合适选择来实现的，这可通过简单的实验来确定。该连接元件与该导电结构之间的垂直距离可通过合适的处理工具、例如集成有间隔物的工具来预先限定。
最大流出宽度甚至可以是负的，即后退到由电连接元件与导电结构形成的中间空间中。
在根据本发明的窗玻璃的一个有利实施方式中，最大流出宽度后退到由该电连接元件和该导电结构形成的中间区域中的凹液面中。例如，在钎焊过程中，当该焊料仍然是流体时，凹液面通过增大该隔离物与该导电结构之间的垂直距离来形成。
根据现有技术，钎焊材料在连接元件的钎焊过程中熔合到导电结构。然后，该连接元件的接触表面与该导电结构之间的期望距离被设定。过量的流体钎焊材料不受控制地从该连接元件与该导电结构之间的中间空间中流出。越过该连接元件的外边缘的不受控制的钎焊材料会产生很大的最大流出宽度。这会在窗玻璃中产生临界机械应力。
根据本发明的该连接元件的优点在于该导电结构与该连接元件的过渡区域之间的毛细效应。该毛细效应是该连接元件的过渡区域与该导电结构之间细小距离导致的。该细小距离由该基底的表面与该过渡区域的面对该基底的表面的正切平面之间的小于90度的角度而形成。该连接元件与该导电结构之间的期望距离在该钎焊材料熔化后被设定。过量的钎焊材料通过该毛细效应而被控制地吸收到由该过渡区域和该导电结构限定的容积中。因此，越过该连接元件的外边缘的钎焊材料得以减少，并且最大流出宽度也得以减小。通过采用根据本发明的连接元件，窗玻璃中机械应力的减小因此得以实现。这对于采用由于相对于含铅焊料延展性较低而不能很好地补偿机械应力的无铅钎焊材料来说是特别有利的。
在该最大流出宽度限定的情况下，该过渡区域连接到的该接触表面的边缘不是该连接元件的外边缘。
由该导电结构、该过渡区域、以及该桥接区域限定的空腔可完全地填充钎焊材料。优选地，该空腔未完全地填充钎焊材料。
该基底优选地含有玻璃，特别优选地为平面玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃。在一个可替换优选实施方式中，该基底含有聚合物，特别优选地为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、和/或它们的混合物。
该基底具有第一热膨胀系数。该连接元件具有第二热膨胀系数。
该第一热膨胀系数优选地从8×10-6/℃到9×10-6/℃。该基底优选地含有在0℃到300℃的温度范围内优选地具有从8.3×10-6/℃到9×10-6/℃热膨胀系数的玻璃。
根据本发明的连接元件优选地至少含有铁镍合金、铁镍钴合金、或铁铬合金。
根据本发明的连接元件优选地含有至少50重量％到89.5重量％的铁、0重量％到50重量％的镍、0重量％到20重量％的铬、0重量％到20重量％的钴、0重量％到1.5重量％的镁、0重量％到1重量％的硅、0重量％到1重量％的碳、0重量％到2重量％的锰、0重量％到5重量％的钼、0重量％到1重量％的钛、0重量％到1重量％的铌、0重量％到1重量％的钒、0重量％到1重量％的铝、和/或0重量％到1重量％的钨。
在本发明的一个有利实施方式中，该第一和第二膨胀系数之间的差值大于等于5×10-6/℃。在这种情况下，该第二热膨胀系数优选地在0℃到300℃的温度范围内为从0.1×10-6℃到4×10-6/℃，特别优选地从0.3×10-6/℃到3×10-6/℃。
根据本发明的该连接元件优选地含有至少50重量％到75重量％的铁、25重量％到50重量％的镍、0重量％到20重量％的钴、0重量％到1.5重量％的镁、0重量％到1重量％的硅、0重量％到1重量％的碳和/或0重量％到1重量％的锰。
根据本发明的该连接元件优选地含有0重量％到1重量％的铬、铌、铝、钒、钨和钛，以及0重量％到5重量％的钼，以及与生产相关的混入物。
根据本发明的该连接元件优选地含有至少55重量％到70重量％的铁、30重量％到45重量％的镍、0重量％到5重量％的钴、0重量％到1重量％的镁、0重量％到1重量％的硅、和/或0重量％到1重量％的碳。
根据本发明的该连接元件优选地含有铁镍合金(FeNi)。
铁镍合金是具有例如36重量％镍含量的铁镍合金(FeNi36)。其是在某些温度范围内具有反常的低热膨胀系数或者有时具有负热膨胀系数性质的一组合金和化合物。Fe65Ni35铁镍合金含有65重量％的铁和35重量％的镍。通常，高达1重量％的镁、硅和碳被混入其中以改变其机械性能。通过混入5重量％的钴，热膨胀系数可进一步降低。这种合金的另一个名字是因瓦合金(Inovco)，热膨胀系数为0.55×10-6/℃(20℃到100℃)的FeNi33Co4.5。
如果采用例如具有小于4×10-6/℃的非常低绝对热膨胀系数的铁镍合金，会发生由玻璃中的非临界压力应力或者由合金中非临界拉伸应力引起的机械应力的过补偿。
在本发明的另一个有利实施方式中，该第一和第二膨胀系数之间的差值小于5×10-6/℃。由于该第一和第二热膨胀系数之间的差异小，所以窗玻璃中得以避免临界机械应力并且能够得到更好的粘结性。在这种情况下，第二热膨胀系数优选地在0℃到300℃的温度范围内为4×10-6/℃到8×10-6/℃，特别优选地为4×10-6/℃到6×10-6/℃。
根据本发明的该连接元件优选地含有至少50重量％到60重量％的铁、25重量％到35重量％的镍、15重量％到20重量％的钴、0重量％到0.5重量％的硅、0重量％到0.1重量％的碳、和/或0重量％到0.5重量％的锰。
根据本发明的该连接元件优选地包括可伐合金(FeCoNi)。
可伐合金是一种热膨胀系数通常大概为5×10-6/℃的铁镍钴合金。该热膨胀系数因此低于典型金属的热膨胀系数。该组合物含有例如54重量％的铁、29重量％的镍和17重量％的钴。因此在微电子和微系统技术中，可伐合金被应用为壳体材料或基台(submount)。根据夹层结构原则，基台位于实际基底材料和具有大部分为非常高热膨胀系数的材料之间。可伐合金因此被用作补偿元件，其吸收并降低由其它材料热膨胀系数的不同而引起的热机械应力。相似地，可伐合金被用于电子部件的金属玻璃套管(Durchfuehrung)和真空腔中的材料过渡。
根据本发明的该连接元件优选地含有经过热退火后处理的铁镍合金和/或铁镍钴合金。
在本发明的另一个有利实施方式中，该第一和第二热膨胀系数之间的差值同样地小于5×10-6/℃。该第二热膨胀系数优选地在0℃到300℃的温度范围内为9×10-6/℃到13×10-6/℃，特别优选地为10×10-6/℃到11.5×10-6/℃。
根据本发明的该连接元件优选地含有至少50重量％到89.5重量％的铁、10.5重量％到20重量％的铬、0重量％到1重量％的碳、0重量％到5重量％的镍、0重量％到2重量％的锰、0重量％到2.5重量％的钼、和/或0重量％到1重量％的钛。此外，该连接元件另外可含有其他元素的混入物，包括钒、铝、铌和氮。
根据本发明的该连接元件也可含有至少66.5重量％到89.5重量％的铁、10.5重量％到20重量％的铬、0重量％到1重量％的碳、0重量％到5重量％的镍、0重量％到2重量％的锰、0重量％到2.5重量％的钼、0重量％到2重量％的铌、和/或0重量％到1重量％的钛。
根据本发明的该连接元件优选地含有至少65重量％到89.5重量％的铁、10.5重量％到20重量％的铬、0重量％到0.5重量％的碳、0重量％到2.5重量％的镍、0重量％到1重量％的锰、0重量％到1重量％的钼、和/或0重量％到1重量％的钛。
根据本发明的该连接元件也可含有至少73重量％到89.5重量％的铁、10.5重量％到20重量％的铬、0重量％到0.5重量％的碳、0重量％到2.5重量％的镍、0重量％到1重量％的锰、0重量％到1重量％的钼、0重量％到1重量％的铌、和/或0重量％到1重量％的钛。
根据本发明的该连接元件也可优选地含有至少75重量％到84重量％的铁、16重量％到18.5重量％的铬、0重量％到0.1重量％的碳、0重量％到1重量％的锰、和/或0重量％到1重量％的钛。
根据本发明的该连接元件也可含有至少78.5重量％到84重量％的铁、16重量％到18.5重量％的铬、0重量％到0.1重量％的碳、0重量％到1重量％的锰、0重量％到1重量％的铌、和/或0重量％到1重量％的钛。
根据本发明的该连接元件优选地含有含铬钢，其具有大于或等于10.5重量％含量的铬以及9×10-6/℃到13×10-6/℃的热膨胀系数。其它的合金成分例如钼、锰、或铌会改善耐腐蚀性或改变机械性能，例如拉伸强度或冷成形性。
由含铬钢制成的连接元件相对于根据现有技术的由钛制成的连接元件的优点在于具有更好的可钎焊性。这是由相对于钽所具有的22W/mK的热传导性而言更高的25W/mK到30W/mK的热传导性而引起的。该更高的热传导性在钎焊过程中使得该连接元件具有更加均匀的加热效果，通过这种方式得以避免特别热的位置(“热点”)的点状形成。这些位置是窗玻璃以后损坏的起始点。该连接元件与该窗玻璃之间的粘结性得到改善。此外，含铬钢也更加容易焊接。由此，该连接元件与板上电子元件通过焊接经由例如铜的导电材料可以实现更好的连接。由于具有更好的冷成形性，该连接元件也可被更好地与导电材料压接在一起。此外，含铬钢也更容易得到。
根据本发明的导电结构优选地具有5μm到40μm的层厚度，特别优选地厚度为5μm到20μm，更加特别优选地厚度为8μm到15μm，以及最优选地厚度为10μm到12μm。根据本发明的导电结构优选地含有银，特别优选地含有银颗粒和玻璃烧料。
根据本发明的该焊料的层厚度优选地为小于3.0×10-4m。
该钎焊材料优选地为无铅的，即不含有铅。这对于根据本发明的具有电连接元件的窗玻璃的环境相容性方面来说是特别有利的。无铅钎焊材料典型地具有比含铅钎焊材料较差的延展性，从而使得连接元件与窗玻璃之间的机械应力得到的补偿较差。然而，已经证明的是，能够通过根据本发明的连接元件而避免临界机械应力。根据本发明的钎焊材料优选地含有锡和铋、铟、锌、铜、银、或者它们的组合物。在根据本发明的焊料组合物中，锡的含量为3重量％到99.5重量％，优选地为10重量％到95.5重量％，特别优选地为15重量％到60重量％。在根据本发明的焊料组合物中，铋、铟、锌、铜、银、或者它们的组合物的含量为0.5重量％到97重量％，优选地为10重量％到67重量％，由此铋、铟、锌、铜或银的含量可以为0重量％。根据本发明的该焊料组合物可含有0重量％到5重量％的镍、锗、铝、或磷。根据本发明的该焊料组合物更加特别优选地含有Bi40Sn57Ag3、Sn40Bi57Ag3、Bi59Sn40Ag1、Bi57Sn42Ag1、In97Ag3、Sn95.5Ag3.8Cu0.7、Bi67In33、Bi33In50Sn17、Sn77.2In20Ag2.8、Sn95Ag4Cu1、Sn99Cu1、Sn96.5Ag3.5、或者它们的混合物。
根据本发明的连接元件优选地用镍、锡、铜和/或银涂敷。根据本发明的连接元件特别优选地设置有粘性增强层，优选地由镍和/或铜制成，并且另外还设置有可钎焊层，优选地由银制成。根据本发明的连接元件更加特别优选地被涂敷0.1μm到0.3μm的镍和/或3μm到20μm的银。该连接元件可镀镍、锡、铜和/或银。镍和银改善该连接元件的电流承载能力和抗腐蚀性以及被该钎焊材料的浸润性。
该基底的表面与该连接元件的过渡区域的面对该基底的表面的每个正切平面之间的角度优选地在1°到85°之间，特别优选地在2°到75°之间，更加特别优选地在3°到60°之间，特别在5°到50°之间。该基底的表面与这些正切平面之间的角度在整个过渡区域中必须不能等于0°，这是因为在这种情况下在该过渡区域与该导电结构之间不能够形成用于容纳过量的钎焊材料的中间空间。此外，根据本发明的连接元件被成形为使得这些正切平面在从背离直接紧邻的脚部区域的方向上倾斜。
在本发明的一个优选实施方式中，该连接元件的过渡区域和桥接区域被成形为逐段平坦状。“平坦”意味着该连接元件的底部形成一个平面。
特别优选地，过渡区域被成形为平坦状以及桥接区域被成形为平坦状或者逐段平坦状。在过渡区域的面对基底的表面上的每个正切平面对应于该过渡区域的平坦底部。该基底的表面与第一过渡区域的面对该基底的表面围成角度α1。该基底的表面与该第二过渡区域的面对该基底的表面围成角度α2。在本发明的一个特别优选实施方式中，角度α1等于角度α2。角度α1和角度α2不等于0°。
过渡区域也可成形为逐段平坦状。在这种情况下，角度α1和α2必须要在紧邻脚部区域的过渡区域的平坦部分中确定。角度α1和角度α2不等于0°。过渡区域的剩余平坦部分的面对该基底的表面可与基底的表面围成等于0°的角度。
在本发明的另一优选实施方式中，这两个过渡区域和/或桥接区域被弯曲。这两个过渡区域和桥接区域优选地具有相同的弯曲方向并且优选地一起形成椭卵形弧的外形，特别优选地为椭圆弧外形以及更加特别优选地为圆弧外形。该圆弧的弯曲半径在连接元件的长度为24mm时例如优选地为5mm到15mm。如果这两个过渡区域和桥接区域具有相同的弯曲方向，该接触表面与该过渡区域的面对该基底的表面之间的连接部形成边缘。过渡区域和/或桥接区域的弯曲方向也可不同。
在本发明的另一有利实施方式中，这两个过渡区域形成平坦状且该桥接区域形成一定角度。桥接区域由两个平坦子区域构成，它们一起围成角度γ。该基底的表面与第一过渡区域的面对该基底的表面围成角度β1。该基底的表面与第二过渡区域的面对该基底的表面围成角度β2。角度γ等于180°-β1-β2。在本发明的特别优选实施方式中，角度β1和β2相等。
铁镍合金、铁镍钴合金或铁铬合金也可作为补偿镀层(Platten)被焊接、压接或粘合到例如由钢、铝、态、铜制成的连接元件上。作为一种双金属，该连接元件可以得到与玻璃膨胀相比更好的膨胀性能。该补偿镀层优选地是帽状的。
该电连接元件在面对该钎焊材料的表面上具有一涂层，该涂层含有铜、锌、锡、银、金、或者它们的合金或多层，优选为银。这防止钎焊材料向外扩散超过该涂层并限制流出宽度。
从平面图上来看，该连接元件例如优选地为1mm到50mm的长和宽，以及特别优选地为2mm到30mm的长和宽，以及更加特别优选地为2mm到5mm的宽和12mm到24mm的长。
脚部区域的底部上的接触表面例如优选地为1mm到15mm的长和宽，以及特别优选地为2mm到8mm的长和宽，以及更加特别优选地为2mm到5mm的宽和2mm到5mm的长。
该电连接元件的形状可在该连接元件与该导电结构的中间空间中形成焊料存储部。该焊料存储部以及该焊料在该连接元件上的浸润特性防止该钎焊材料从该中间空间中流出。该焊料存储部可以设计为矩形、圆形或多边形。
在钎焊过程中该钎焊热量的分布以及该钎焊材料的分布可由该连接元件的形状来限定。钎焊材料流到最热点处。例如，该连接元件可具有单或双帽形状，从而在钎焊过程中有利地将热量分布在该连接元件中。
在本发明的一个有利实施例中，至少一个，优选地至少两个隔离物设置在每个接触表面上。隔离物优选地包括与连接元件相同的合金。每个隔离物例如被成形为立方体、棱锥体、旋转椭圆体的一部分、或者球截体。隔离物优选地具有0.5×10-4m到10×10-4m的宽度和0.5×10-4m到5×10-4m的高度，特别优选地为1×10-4m到3×10-4m。通过采用隔离物，可以更好地形成均匀的钎焊材料层。这对于连接元件的粘结性来说是特别有利的。在一个优选实施方式中，隔离物可与连接元件一体地形成。
在电连接元件与导电结构电连接的过程中引入的热量优选地通过冲压机、热电极、活塞焊接来实现，优选地采用激光焊接、热风焊接、感应焊接、电阻焊接、和/或采用超声波。
本发明的目的进一步通过一种用于制造具有至少一个连接元件的窗玻璃的方法来实现，其中
a)钎焊材料被设置并施加到该连接元件的接触表面上以成为具有固定的层厚度、体积和形状的板片，
b)将一个导电结构施加到基底的一个区域，
c)具有该钎焊材料的该连接元件被设置在该导电结构上，以及
d)该连接元件钎焊到该导电结构上。
该钎焊材料优选地预先被施加到该连接元件，且优选地作为具有固定的层厚度、体积、形状的板片，设置在该连接元件上。
例如，该连接元件可与例如由铜制成的薄片、编织线或网状物钎焊或压接并连接到板上电气系统。
根据本发明的连接元件优选地成形为一体式结构，但是也可由两个或更多个彼此连接，例如通过钎焊彼此连接的子元件构成。
该连接元件优选地被用于建筑物的加热窗玻璃或者具有天线的窗玻璃中，特别是汽车、铁路、飞机或船舶中的窗玻璃。该连接元件用于将该窗玻璃的导电结构连接到设置在该窗玻璃外部的电气系统。该电气系统是放大器、控制单元、或电压源。
参考附图和典型实施例来详细地解释本发明。这些附图是示意性的，并且不是按真实比例的。这些附图并不是对本发明的任何限定。它们描绘了：
图1根据本发明的窗玻璃的第一实施方式的透视图，
图1a图1的窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图2图1的窗玻璃的沿A-A’的剖面图，
图3根据本发明的可替换窗玻璃的沿A-A’的剖面图，
图4根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿A-A’的剖面图，
图5根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿A-A’的剖面图，
图6根据本发明的窗玻璃的可替换实施方式的透视图，
图7图6的窗玻璃的沿B-B’的剖面图，
图8根据本发明的可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图9根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图10根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图11根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图12根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图12a根据本发明的另一可替换窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图13该连接元件的另一可替换实施方式的平面视图，
图14该连接元件的另一可替换实施方式的透视图，以及
图15根据本发明的方法的详细流程图。
图1、图1a、图2示出了每种情况下根据本发明的位于电连接元件3的区域中的可加热窗玻璃1的细节。窗玻璃1是由碱石灰玻璃制成的3mm厚的热预应力单窗安全玻璃。窗玻璃1的宽度为150cm且高度为80cm。加热导体结构2形式的导电结构2被印刷在窗玻璃1上。导电结构2含有银颗粒和玻璃烧料。在窗玻璃1的边缘区域，导电结构2被加宽到宽度10mm并且形成与电连接元件3接触的接触表面。在窗玻璃1的边缘区域，还覆盖有丝网印制画(未示出)。在接触表面8和8’以及过渡区域9和11的面对基底1的表面9’和11’的区域中，钎焊材料4在连接元件3和导电结构2之间形成坚固的电气和机械连接。钎焊材料4含有57重量％的铋、40重量％的锡、以及3重量％的银。钎焊材料4通过预定的体积和形状完全地设置在电连接元件3和导电结构2之间。钎焊材料4的厚度为250μm。电连接元件3由EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734935200111
4509)中材料编号为1.4509的钢制成，该钢的热膨胀系数为10.0×10-6/℃。电连接元件3的宽度为4mm且长度为24mm。过渡区域9和11以及桥接区域10形成平坦状。基底1的表面和过渡区域9的面对基底1的表面9’围成的角度α1＝40°。该基底的表面和过渡区域11的面对基底1的表面11’围成的角度α2＝40°。桥接区域10平行于基底1的表面设置。
EN10088-2中材料编号为1.4509的钢对于除了气焊之外的所有焊接方法均具有良好的冷成形特性和良好的焊接特性。该钢用于构造消声器系统和废气处理系统，并且由于其超过950℃的抗氧化性以及抵抗废气系统中产生的应力的抗腐蚀性，从而特别适用于此。
作为图1和2的典型实施例的继续，图3示出了根据本发明的连接元件3的一个可替换实施方式。电连接元件3在面对钎焊材料4的表面上设置有含银涂层5。这防止钎焊材料扩散到涂层5之外并限制流出宽度b。在另一实施方式中，例如由镍和/或铜制成的粘性增强层可设置在连接元件3和含银层5之间。钎焊材料4的流出宽度b小于1mm。由于钎焊材料4的设置，在窗玻璃1中观察不到临界机械应力。窗玻璃1与电连接元件3通过导电结构2的连接是稳固可靠的。
作为图1和2的典型实施例的继续，图4示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。电连接元件3在面对钎焊材料4的表面上含有其深度为250μm的凹槽部，凹槽部形成用于钎焊材料4的焊料存储部。其可以完全地防止钎焊材料4从中间空间中流出。窗玻璃1中的热应力是非临界的并且连接元件3与窗玻璃1之间通过导电结构2提供坚固的电气和机械连接。
作为图1和2的典型实施例的继续，图5示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。电连接元件3在边缘区域向上弯曲。窗玻璃1的边缘区域向上弯曲的高度的最大值为400μm。这为钎焊材料4形成了一空间。预定的钎焊材料4在电连接元件3和导电结构2之间形成凹液面(concave meniscus)。这可以完全地防止钎焊材料4从中间空间中流出。流出宽度b大约为零，主要是因为形成的凹液面而小于零。窗玻璃1中的热应力是非临界的，并且连接元件3和窗玻璃1之间通过导电结构2形成牢固的电气和机械连接。
图6和图7示出了每种情况下根据本发明的具有连接元件3的窗玻璃1的另一可替换实施方式的细节。连接元件3含有热膨胀系数为8×10-6/℃的含铁合金。该材料的厚度为2mm。在连接元件3的接触表面8和8’的区域中，施加采用EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734935200121
4509)中材料编号为1.4509的含铬钢的帽状补偿元件6。帽状补偿元件6的最大层厚度为4mm。通过该补偿元件，可以使连接元件3的热膨胀系数适应窗玻璃1和钎焊材料4的要求。帽状补偿元件6使得钎焊连接4在制造过程中的热流动性得到改善。加热主要地发生在接触表面8和8’的中心处。可以进一步减小钎焊材料4的流出宽度b。由于小于1mm的低流出宽度b和合适的膨胀系数，可以进一步减小窗玻璃1中的热应力。窗玻璃1中的热应力是非临界的，并且连接元件3和窗玻璃1之间通过导电结构2可形成稳固的电气和机械连接。
作为图1和1a的典型实施例的继续，图8示出了根据本发明的连接元件3的一可替换实施方式。两个过渡区域9和11以及桥接区域10被弯曲并具有相同的弯曲方向。它们一起形成了弯曲半径为12mm的圆弧外形。接触表面8和8’与弯曲的过渡区域9和11的面对基底的表面9’和11’之间的连接部16和16’形成为边缘。窗玻璃1中的热应力是非临界的，并且连接元件3和窗玻璃1之间通过导电结构2形成稳固的电气和机械连接。
作为图1和1a的典型实施例的继续，图9示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。两个过渡区域形成为平坦状；桥接区域形成一定角度。基底1的表面和过渡区域9的面对该基底1的表面9’围成的角度β1＝20度。基底1的表面和过渡区域11的面对该基底1的表面11’围成的角度β2＝20度。桥接区域的角度γ为140度。窗玻璃1中的热应力是非临界的，并且连接元件3和窗玻璃1之间通过导电结构2形成稳固的电气和机械连接。
作为图1和1a的典型实施例的继续，图10示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。两个过渡区域9和11以及桥接区域10是弯曲的。由过渡区域9和11以及桥接区域10构成的结构改变其弯曲方向两次。紧邻脚部区域7和7’，过渡区域9和11的弯曲方向远离基底1。从而，在接触表面8和8’与弯曲的过渡区域9和11的面对基底的表面9’和11’之间的连接部16和16’上没有任何的边缘。该连接元件的底部具有连续的前进。窗玻璃1中的热应力是非临界的，并且连接元件3和窗玻璃1之间通过导电结构2形成稳固的电气和机械连接。
图11示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。两个过渡区域9和11是弯曲的，其中弯曲方向远离基底1。桥接区域10由两个子元件构成。这些子元件在每种情况下具有弯曲的子区域17和17’以及平坦的子区域18和18’。桥接区域10通过子区域17连接到过渡区域9并通过子区域7’连接到过渡区域11。弯曲的子区域17和17’具有与邻近的过渡区域相同的弯曲方向。平坦子区域18和18’垂直于基底表面设置并且它们两者之间直接接触。
作为图1和1a的典型实施例的继续，图12示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。脚部区域7和7’、过渡区域9和11、以及桥接区域10形成为如图1a所示。接触表面8和8’的宽度为4mm且长度为4mm。间隔物19施加在接触表面8和8’上。间隔物形成为半球状并且其高度h为2.5×10-4m且其宽度l为5×10-4m。
在可替换实施方式中，间隔物19也可被设计为例如立方体、锥棱体、或者旋转椭圆体的一部分，并且优选地宽度为0.5×10-4m到10×10-4m且高度为0.5×10-4m到5×10-4m，特别优选1×10-4m到3×10-4m。通过间隔物19，可以更好地形成均匀的钎焊材料4的层。这对于连接元件3的粘结性来说是特别有利的。
作为图12的典型实施例的继续，图12a示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。在脚部区域7和7’的远离基底1的每个表面上设置接触凸起22。在示出的实施例中，接触凸起22形成为半球形并且其高度为2.5×10-4m且其宽度为5×10-4m。接触凸起22的中心大约设置在脚部区域7和7’的远离面对基底1的表面的几何中心上。由于它们具有凸圆表面，接触凸起22能够有利地改善连接元件与导电结构2的钎焊性。对于该钎焊，采用其接触侧为平坦状的电极。电极表面与接触凸起22接触，使得电极表面与接触凸起22之间的接触区域形成钎焊点。钎焊点的位置因此优选地由接触凸起22的凸圆表面上距离基底1的表面具有最大垂直距离的点来确定。钎焊点的位置与连接元件3上钎焊电极的位置无关。这对于在钎焊过程中可重复产生的、均匀的热量分布来说是特别有利的。
钎焊过程中的热量分布由接触凸起22的位置、尺寸、布置以及几何形状来决定。在可替换实施方式中，接触凸起22可例如被成形为旋转椭圆体的一部分或者为立方体，并使得该立方体远离该基底的表面成形为凸圆地弯曲。接触凸起22优选地具有0.1mm到2mm的高度，特别优选地为0.2mm到1mm。接触凸起22的长度和宽度优选地在0.1到5mm之间，更加特别优选地在0.4mm到3mm之间。
在有利的实施方式中，接触凸起22和间隔物19可与连接元件3形成为一体式结构。接触凸起22和间隔物19例如可采用冲压或深冲压方式来对具有初始状态为平坦的表面的连接元件3进行重新成形而在该表面上形成。在该过程中，对应的凹槽可在连接元件3的与接触凸起22或间隔物19相反的表面上形成。
通过采用接触凸起22和间隔物19，可得到同质的、厚度均匀的、以及均匀熔融的钎焊材料4的层。从而，连接元件3与基底1之间的机械应力可减小。这对于采用由于相对于含铅焊料延展性较低而不能很好地补偿机械应力的无铅钎焊材料来说是特别有利的
图13示出了根据本发明的连接元件3的一可替换实施方式的平面视图。过渡区域9和11以及桥接区域10形成为如图1a所示。每个脚部区域7和7’的宽度为8mm并且是过渡区域9和11以及桥接区域10的宽度的两倍。出人意料，已经表明，被设计为比过渡区域9和11以及桥接区域10更宽的脚部区域7和7’使得窗玻璃1中的机械应力得到减小。脚部区域7和7’的宽度优选地为桥接区域10的宽度的150％到300％。
图14示出了根据本发明的连接元件3的一可替换实施方式的透视图。例如，脚部区域7和7’的长度为7mm且宽度为5mm。桥接区域10被设计为平坦状并且例如长度为12mm以及宽度为10mm。桥接区域10比脚部区域7和7’更宽并具有制造相关的凹槽21。凹槽21一直延伸到桥接区域10的边缘，其中脚部区域7通过过渡区域9连接到该边缘。凹槽21在形状和尺寸上对应于来自脚部区域7和过渡区域9的连接元件3的那一部分。脚部区域7和7’的底部上的接触表面8和8’具有矩形形状，并且两个在每种情况下远离桥接区域10的拐角成斜角。通过这种斜角方式，得以避免沿着接触表面8和8’的周围边缘出现很小角度特别地为90°的角度。已经验证的是，窗玻璃中的机械应力因此得以减小。
连接元件3包括设置在桥接区域10上的连接插头20。连接插头20在桥接区域10的邻近过渡区域9的侧部边缘上连接到桥接区域10。连接插头20被设计为标准的片连接器，在其上接合的连接线缆(未示出)可例如连接到板上电子设备。
本发明的实施方式的特别优点在于连接元件3制造简单，同时还为电气接触(连接插头20)提供方便的接口。脚部区域7和7’、过渡区域9、桥接区域10、和连接插头20形成为一体式结构。连接元件3被设置为平坦初始状态，其中设置为过渡区域9以及设置为脚部区域7的一些部分设置在凹槽21的内部。在该初始状态中，过渡区域11和脚部区域7设置在与桥接区域10相同的平面中。在初始状态中，连接插头20也设置在与桥接区域10相同的平面中。设置为脚部区域7和过渡区域9的区域可例如通过冲切、激光照射加工、或水喷射加工方式从桥接区域10分离开，使得过渡区域9和桥接区域10之间通过连接边缘保持连接。连接插头20绕着连接插头20与桥接区域10之间的连接线弯曲到所示的位置，从而使得在初始状态中朝上的该表面面对桥接区域10。过渡区域9和脚部区域7经过在过渡区域8和桥接区域7之间的连接线弯曲到所示的位置，从而使得在初始状态中朝上的表面接着形成脚部区域7和过渡区域9的底部。凹槽21通过过渡区域9和脚部区域的弯折而形成。过渡区域11和脚部区域7’也从平面初始状态弯折到所示的位置。
图15示出了根据本发明的用于制造具有电连接元件3的窗玻璃1的方法的细节。根据本发明的用于制造具有电连接元件3的窗玻璃的方法的一个实施例在这里给出。第一步，需要根据形状和体积来分配钎焊材料4。分配好的钎焊材料4设置在电连接元件3的接触表面8和8’上。电连接元件3与钎焊材料4一起设置在导电结构2上。通过能量的输入，电连接元件3与导电结构2之间并且因此与窗玻璃1之间形成稳固的连接。
实施例
根据图1制造了一个测试样品，其具有窗玻璃1(厚度为3mm，宽度为150cm，并且高度为80cm)，加热导体结构形式的导电结构2，电连接元件3，位于连接元件3的接触表面8’和8”的银层5，以及钎焊材料4。基底1的表面与过渡区域9的面对基底1的表面9’之间或者基底1的表面与过渡区域1的面对基底1的表面11’之间的角度为α＝40度。连接元件3的材料厚度为0.8mm。连接元件3含有EN10088-2(ThyssenKrupp4509)中材料编号为1.4509的钢。连接元件3的接触表面8和8’的宽度为4mm且长度为4mm。钎焊材料4预先施加在连接元件3的接触表面8和8’上以形成具有固定层厚度、体积、以及形状的板片。连接元件3与钎焊材料4一起施加在导电结构2上。连接元件3在200℃温度下和2秒钟处理时间下被钎焊到导电结构2上。钎焊材料4从电连接元件3和导电结构2之间的中间空间中的层厚度超过50μm的流出量仅可观察到最大流出宽度b＝0.4mm。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的银层5、以及钎焊材料4的尺寸和成分如表1中所示。由于由连接元件3和导电结构2预先限定的钎焊材料4的设置，从而在窗玻璃1中观察不到任何的临界机械应力。窗玻璃1与电连接元件3通过导电结构2的连接是稳固可靠的。
对于所有样品，在经历从+80℃到-30℃的温差时，没有观察到玻璃基底1发生破裂或者损坏。可以验证，在钎焊后的很短时间内，这些具有钎焊好的连接元件3的窗玻璃1对于突然的温度下降是稳固的。
此外，对具有第二种组分的电连接元件3的这些测试样品进行了测试。这里，连接元件3含有铁镍钴合金。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的银层5、以及钎焊材料4的尺寸和成分如表2中所示。观察到的钎焊材料4从电连接元件3和导电结构2之间的中间空间的层厚度超过50μm的流出情况为平均流出宽度b＝0.4mm。同样地，在经历从+80℃到-30℃的温差时，没有观察到玻璃基底1发生破裂或者损坏。可以验证，在钎焊后的很短时间内，这些具有钎焊好连接元件3的窗玻璃1对于突然的温度下降是稳固的。
此外，对具有第三种组分的电连接元件3的这些测试样品进行了测试。这里，连接元件3含有铁镍合金。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的银层5、以及钎焊材料4的尺寸和成分如表3中所示。得到的钎焊材料4从电连接元件3和导电结构2之间的中间空间的层厚度超过50μm的流出情况为平均流出宽度b＝0.4mm。同样地，在经历从+80℃到-30℃的温差时，没有观察到玻璃基底1发生破裂或者损坏。可以验证，在钎焊后的很短时间内，这些具有钎焊好连接元件3的窗玻璃1对于突然的温度下降是稳固的。
表1
Figure BPA00001734935200181
表2
Figure BPA00001734935200191
表3
Figure BPA00001734935200201
比较例1
该比较例同样如同实施例那样执行。该连接元件含有EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734935200211
4509)中材料编号为1.4509的钢。差异在于连接元件的形状。根据现有技术，角度α为90度。采用这样的角度，在接触表面8和8’的边缘上不可能形成毛细力。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的金属层、以及钎焊材料4的尺寸和组分如表4所示。连接元件3如实施例中那样通过钎焊材料4钎焊到导电结构2。当钎焊材料4从电连接元件3与导电结构2之间的中间空间的层厚度t超过50μm的流出时，平均流出宽度b＝0.5mm。
对于所有样品，在经历从+80℃到-30℃的温差时没有观察到玻璃基底1发生破裂或损坏。可以证明，在钎焊后的很短时间，具有钎焊好的连接元件3的这些窗玻璃1对于突然的温度下降是可靠的。然而，与该实施例相比，它们表现出更大的平均流出宽度b。
表4
Figure BPA00001734935200221
比较例2
该比较例同样如同实施例那样执行。差异在于使用了不同材料的连接元件3。连接元件3是由100重量％的钛组成。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的金属层、以及钎焊材料4的尺寸和组分如表5所示。连接元件3通过钎焊材料4以传统方法钎焊到导电结构2。当钎焊材料4从电连接元件3与导电结构2之间的中间空间的层厚度t超过50μm的流出时，平均流出宽度b是2mm到3mm。大流出宽度会在窗玻璃中产生临界机械应力。
对于+80℃到-30℃的突然温度下降，可观察到在钎焊后很短时间内玻璃基底1具有很大的损坏。
表5
Figure BPA00001734935200241
比较例3
该比较例同样如同实施例那样执行。差异在于使用了不同材料的连接元件3。连接元件3是由100重量％的铜组成。电连接元件3、连接元件3的接触表面8和8’上的金属层、以及钎焊材料4的尺寸和组分如表6所示。连接元件3通过钎焊材料4采用传统方法钎焊到导电结构2。在钎焊材料4从电连接元件3与导电结构2之间的中间空间的层厚度t超过50μm的流出时，平均流出宽度b为2mm到3mm。连接元件3与基底1的热膨胀系数之间的大差值以及大流出宽度在窗玻璃中产生临界机械应力。
对于+80℃到-30℃的突然温度下降，可观察到在钎焊后很短时间内玻璃基底1具有很大的损坏。
表6
Figure BPA00001734935200261
从表7和8中可以看到表1到6的差异、根据本发明的连接元件3的优点、以及观察结果。
表7
Figure BPA00001734935200271
表8
Figure BPA00001734935200281
可以证明，根据本发明的具有玻璃基底1和根据本发明的电连接元件3的
窗玻璃具有低流出宽度并且对于突然的温度变化具有更好的稳定性。
该结果对于本领域技术人员来说是未预期到的并且是出乎预料的。
附图标记列表
(1)窗玻璃
(2)导电结构
(3)电连接元件
(4)钎焊材料
(5)浸润层
(6)补偿元件(Ausgleichskoerper)
(7)电连接元件3的脚部区域
(7’)电连接元件3的脚部区域
(8)连接元件3的接触表面
(8’)连接元件3的接触表面
(9)电连接元件3的过渡区域
(9’)过渡区域9的面对基底1的表面
(10)电连接元件3的桥接区域
(11)电连接元件3的过渡区域
(11’)过渡区域11的面对基底1的表面
(12)表面9’的正切平面
(16)接触表面8与过渡区域9的表面9’的连接部
(16’)接触表面8’与过渡区域11的表面11’的连接部
(17)桥接区域10的子区域
(17’)桥接区域10的子区域
(18)桥接区域10的子区域
(18’)桥接区域10的子区域
(19)隔离物
(20)连接连接插头
(21)凹槽
(22)接触凸起
α1 基底1的表面与表面9’之间的角度
α2 基底1的表面与表面11’之间的角度
β1 基底1的表面与表面9’之间的角度
β2 基底1的表面与表面11’之间的角度
γ 形成角度的桥接元件10的平坦部分之间的角度
b 钎焊材料的最大流出宽度
t 钎焊材料的界限厚度
h 间隔物19的高度
l 间隔物19的宽度
A-A’ 剖面线
B-B’ 剖面线
C-C’ 剖面线

Claims (15)

1.一种具有至少一个电连接元件的窗玻璃，包括：
基底(1)，
位于该基底(1)的一个区域上的导电结构(2)，
位于该导电结构(2)的一个区域上的钎焊材料(4)层，以及
位于该钎焊材料(4)上的连接元件(3)，其中
该连接元件(3)包括第一和第二脚部区域(7，7’)、第一和第二过渡区域(9，11)、以及位于该第一和第二过渡区域(9，11)之间的桥接区域(10)，
在该第一和第二脚部区域(7，7’)的底部存在第一和第二接触表面(8，8’)，
该第一和第二接触表面(8，8’)与该第一和第二过渡区域(9，11)的面对该基底(1)的表面(9’，11’)通过该钎焊材料(4)连接到该导电结构(2)，以及
该基底(1)的表面与该过渡区域(9，11)的面对该基底(1)的表面(9’，11’)的每个正切平面(12)之间的角度小于90°。
2.根据权利要求1的窗玻璃，其中该基底(1)含有玻璃，优选地为平面玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃、或聚合物，优选地为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、和/或它们的混合物。
3.根据权利要求1或2的窗玻璃，其中该基底(1)的表面与该过渡区域(9，11)的面对该基底(1)的表面(9，11’)的每个正切平面(12)之间的角度在2°到75°之间，优选地在5°到50°之间。
4.根据权利要求1到3中一项的窗玻璃，其中该第一过渡区域(9)、第二过渡区域(11)、以及桥接区域(10)成形为逐段平坦状。
5.根据权利要求1到3中一项的窗玻璃，其中该第一过渡区域(9)、第二过渡区域(11)、和/或该桥接区域(10)是弯曲的并优选地具有相同的弯曲方向。
6.根据权利要求1到3中一项的窗玻璃，其中该第一过渡区域(9)和第二过渡区域(11)成形为平坦状且该桥接区域(10)成形为具有角度。
7.根据权利要求1到6中一项的窗玻璃，其中在接触表面(8，8’)上设置间隔物(19)。
8.根据权利要求1到7中一项的窗玻璃，其中该连接元件(3)至少含有铁镍合金、铁镍钴合金、或铁铬合金。
9.根据权利要求8的窗玻璃，其中该连接元件(3)至少含有50重量％到75重量％的铁、25重量％到50重量％的镍、0重量％到20重量％的钴、0重量％到1.5重量％的镁、0重量％到1重量％的硅、0重量％到1重量％的碳、或0重量％到1重量％的锰。
10.根据权利要求8的窗玻璃，其中该连接元件(3)至少含有50重量％到89.5重量％的铁、10.5重量％到20重量％的铬、0重量％到1重量％的碳、0重量％到5重量％的镍、0重量％到2重量％的锰、0重量％到2.5重量％的钼、或0重量％到1重量％的钛。
11.根据权利要求1到10中一项的窗玻璃，其中该钎焊材料(4)含有锡和铋、铟、锌、铜、银、或者它们的组合。
12.根据权利要求11的窗玻璃，其中该焊料组合物(4)中的锡的含量为3重量％到99.5重量％，且铋、铟、锌、铜、银、或者它们的组合的含量为0.5重量％到97重量％。
13.根据权利要求1到12中一项的窗玻璃，其中该连接元件(3)涂敷有镍、锡、铜、和/或银，优选地涂敷有0.1μm到0.3μm的镍和/或3μm到20μm的银。
14.用于制造具有至少一个电连接元件(3)的窗玻璃的方法，其中
a)将钎焊材料(4)设置并施加到连接元件(3)的接触表面(8，8’)上作为具有固定层厚度、体积和形状的板片，
b)将导电结构(2)施加到一个基底(1)的一个区域，
c)具有钎焊材料(4)的该连接元件(3)被设置在导电结构(2)上，以及
d)该连接元件(3)被钎焊到该导电结构(2)。
15.具有至少一个根据权利要求1到13中一项的电连接元件的窗玻璃的应用，其用于具有导电结构的车辆，优选地具有加热导体和/或天线导体的车辆。
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