CN103262646A - 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)，连接元件(3)，其中该连接元件至少含有含铬钢，以及钎焊材料(4)的层，其将该连接元件(3)电连接到该导电结构(2)的子区域。

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，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。所涉及的物质是铅、汞和镉。其中，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。
EP1142703A2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。此外，钛的可钎焊性很差。这使得连接元件在窗玻璃上具有很差的粘结性。此外，连接元件必须经由例如为铜的导电材料通过焊接而连接到板上电子元件。钛的可焊接性很差。
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，由此避免窗玻璃中产生临界机械应力。
进一步的，本发明的目标提供一种相对于现有技术有所改进的用于连接元件的材料，其具有更好的可用性和更好的可加工性，例如可钎焊性、可焊接性、和可冷成形性。
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。
根据本发明的具有至少一个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，
一个连接元件，其中该连接元件至少含有铬，优选地至少含有含铬钢，以及
钎焊材料层，其将该连接元件电连接到该导电结构的子区域。
该基底优选地含有玻璃，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，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。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小于5×10-6/℃。由此，能够得到更好的粘结性。
一个导电结构被施加在该窗玻璃上。电连接元件通过子区域上的钎焊材料而电连接到该导电结构。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，以及特别粗略地为0mm。这对于该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而言是特别有利的。
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层厚度下降到50μm以下。该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。
期望的最大流出宽度是通过对钎焊材料量和该连接元件与该导电结构之间垂直距离的合适选择而实现的，其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适当的处理工具来预先限定，例如具有集成隔离物的工具。
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区域中。
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。
优点在于窗玻璃中机械应力的减小，特别地，在大钎焊材料分界面中存在的临界区域中。
该第一热膨胀系数优选地为8×10-6/℃到9×10-6/℃。该基底优选地含有其在0℃到300℃的温度范围内优选地具有8.3×10-6/℃到9×10-6/℃热膨胀系数的玻璃。
该第二热膨胀系数在0℃到300℃的温度范围内优选地为9×10-6/℃到13×10-6/℃，特别优选地为10×10-6/℃到11.5×10-6/℃。
根据本发明的导电结构优选地具有5μm到40μm的层厚度，特别优选地为5μm到20μm，更加特别优选地为8μm到15μm，并且最优选地为10μm到12μm。根据本发明的该导电层优选地含有银，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。
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影响来说是特别有利的。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不能被很好地补偿。然而，已经验证的是，临界机械应力能够通过根据本发明的连接元件而避免。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，该连接元件可另外含有其它元素的混入物，包括钒、铝、铌和氮。
根据本发明的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。此外，该连接元件可含有其它元素的混入物，包括钒、铝和氮。
在另一个优选实施方式中，根据本发明的连接元件也可优选地含有至少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、重量％重量％0重量％到1重量％的钼、和/或0重量％到1重量％的钛。此外，该连接元件可含有其它元素的混入物，包括钒、铝、铌和氮。
根据本发明的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。此外，该连接元件可含有其它元素的混入物，包括钒、铝和氮。
在另一个特别优选的实施方式中，根据本发明的连接元件含有至少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。此外，该连接元件可含有其它元素的混入物，包括钒、铝、铌和氮。
根据本发明的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。此外，该连接元件可含有其它元素的混入物，包括钒、铝、和氮。
根据本发明的连接元件优选地涂敷有镍、锡、铜和/或银。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涂敷有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腐蚀稳定性以及该钎焊材料的浸润性。
根据本发明的连接元件优选地含有含铬钢，其具有大于或等于10.5重量％含量的铬并且热膨胀系数大于9×10-6/℃到13×10-6/℃。其它的合金成分例如钼、锰、或铌会改善抗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。这是由比钛所具有的22W/mK的热传导率更高的25W/mK到30W/mK的热传导率而引起的。该更高的热传导率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。这些位置是窗玻璃的机械应力和随后损坏的起始点。特别对使用由于与含铅钎焊材料相比延展性较低而不能很好补偿机械应力的无铅钎焊材料而言，连接元件与窗玻璃之间的粘结性得到改善。此外，含铬钢具有良好的可焊接性。由此，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。
由含铬钢制成的连接元件的进一步优点在于相对于许多传统连接元件具有很高的刚性。由此，连接元件更不容易变形，例如在受到来自于连接到该连接元件的电线的拉力负载的情况下。这样的变形会在连接元件与导电结构之间经由钎焊材料的连接上产生负载。特别地，采用无铅钎焊材料，必须要避免这样的负载。由于无铅钎焊材料相对于含铅钎焊材料延展性较低，从而不能很好地对该负载进行补偿，这会导致窗玻璃发生损坏。
含铬钢也可被焊接、压接或粘合到例如由钢、铝、钛、铜制成的连接元件上作为补偿镀层(Platte)。作为一种双金属，该连接元件可以得到与玻璃的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层，优选地为银。其防止钎焊材料向外散布超过该涂层并限制流出宽度。
该连接元件可被设计为具有至少两个接触表面的桥接件形式，但是也可形成为具有一个接触表面的连接元件。
从平面视图上来看，该连接元件优选地为1mm到50mm的长和宽，以及特别优选地为3mm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。
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。
在钎焊过程中钎焊热量的分布以及钎焊材料的分布可由连接元件的形状来限定。钎焊材料流到最热点处。例如，该桥接件可具有单或双帽状，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)将钎焊材料施加到该连接元件的接触表面上作为具有固定层厚度、体积、形状和设置的板片，
b)将一个导电结构施加到一个基底，
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)该连接元件被钎焊到该导电结构。
该钎焊材料优选地预先被施加到该连接元件，优选地形成具有固定层厚度、体积、形状和在该连接元件上的设置的板片。
例如，该连接元件可与例如由铜制成的薄片、编织线或网状物焊接或压接并连接到板上电气系统。
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、飞机或船舶上的窗玻璃。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。
本发明的一个优选实施方式是一种具有连接元件的窗玻璃，其中该连接元件的接触表面没有任何拐角。该电连接元件在其整个表面上通过一个接触表面而连接到该导电结构的一个子区域。该接触表面可具有卵形、优选地具有椭圆形、以及特别地为圆形结构。可替换地，该接触表面可具有包括圆形拐角的凸状多边形形状，优选地为矩形形状。该圆形拐角的弯曲半径r大于0.5mm，优选地为r大于1mm。
参考附图和典型实施例来详细地解释本发明。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根据本发明的窗玻璃的一可替换实施方式的透视图，
图2图1的窗玻璃的沿A-A’的剖面图，
图3根据本发明的一可替换窗玻璃的剖面图，
图4根据本发明的另一可替换窗玻璃的剖面图，
图5根据本发明的另一可替换窗玻璃的剖面图，
图6根据本发明的窗玻璃的一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图1的窗玻璃的沿C-C’的剖面图，
图9图1a的窗玻璃的沿D-D’的剖面图，
图9a根据本发明的窗玻璃的一可替换实施方式的剖面图
图9b该连接元件的一可替换实施方式的平面图
图10根据本发明的具有椭圆形连接元件的窗玻璃的一可替换实施方式的平面图，
图11图10的窗玻璃的沿E-E’的剖面图，
图12根据本发明的一可替换窗玻璃的剖面图，
图13根据本发明的另一可替换窗玻璃的剖面图，
图14该连接元件的一可替换实施方式的平面视图，
图15该连接元件的另一可替换实施方式的平面视图，
图16该连接元件的另一可替换实施方式的平面视图，
图17图16的连接元件的侧视图，以及
图18根据本发明的具有弯曲的连接元件的另一可替换窗玻璃的剖面图，
图19该连接元件的另一可替换实施方式的透视图，以及
图20根据本发明的该方法的详细流程图。
图1、图2和图8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10mm的宽度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)。在电连接元件3和导电结构2之间的接触表面8的区域中，施加钎焊材料4，其在连接元件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以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(ThyssenKrupp4509)中材料编号为1.4509的钢制成，其热膨胀系数为10.0×10-6/℃。电连接元件3被设计为桥接件的形式，且其宽度为4mm以及长度为24mm。
EN10088-2中材料编号为1.4509的钢对于除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。然而，其它含铬钢也可用于连接元件3。另一可替换的特别适合的钢材是例如EN10088-2中编号为1.4016的材料。
图1a和图9示出了每种情况下的根据本发明的位于连接元件3的区域中的可加热窗玻璃1的一可替换实施方式的细节。桥接件形式的连接元件3的区域7与该窗玻璃的表面成一定的角度。通过这种方式，由于毛细效应，可在由导电结构2与连接元件的区域7限定的体积下得到更厚的钎焊材料4的层。该钎焊材料从连接元件的外边缘的流出量得以减小，有利地使得窗玻璃中的机械应力减小。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。桥接件形式的连接元件3的高度配合区域7并不必须要被设计为平坦部分，与此相反，其可以是弯曲的。基底1的表面与区域7的面对基底1的表面的每个正切平面之间的角度优选地小于90度，特别优选地在2度和75度之间，更加特别优选地在5度和50度之间。
作为图1和2的实施例的继续，图3示出了根据本发明的连接元件3的一可替换实施方式。电连接元件3在面对钎焊材料4的表面上设置有含银涂层5。其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的表面上含有深度为250μm的凹槽部，其形成用于钎焊材料4的焊料存储部。其可以完全地防止钎焊材料4从该中间空间流出。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形成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。从而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桥接件形式的连接元件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的与导电结构2接触的接触表面8的区域中，施加采用EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734934400091
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1a和图9的典型实施例的继续，图9a示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式。在连接元件3的平坦脚部区域的远离基底1并与接触表面8相对的每个表面上设置有接触凸起12。在所示的实施方式中，接触凸起12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12的中心大约设置在连接元件3的平坦脚部区域背离基底1的表面的几何中心上。由于它们的凸圆表面，接触凸起12能够有利地改善连接元件与导电结构2的钎焊性能。对于该钎焊，采用其接触侧平坦的电极。电极表面与接触凸起12接触，使得电极表面与接触凸起12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12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。钎焊点的位置与钎焊电极在连接元件3上的位置无关。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12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12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形成凸圆地弯曲。接触凸起12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12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。
在每个接触表面上设置间隔物11。例如可在每个接触表面8上设置三个间隔物11，其中一个间隔物11在该图所示的剖面图中可以看出。间隔物11形成为半球状并且其高度为2.5×10-4m且其宽度为5×10-4m。在可替换实施方式中，间隔物11也可例如被设计为立方体、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，特别优选地为1×10-4m到3×10-4m。通过设置间隔物11，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。
在有利的实施方式中，接触凸起12和间隔物11可与连接元件3形成为一体式结构。接触凸起12和间隔物11例如可通过采用例如冲压或深冲压方式来对具有初始状态为平坦状的表面的连接元件3进行重新成形而在该表面上形成。在该过程中，对应的凹陷可在连接元件3的与接触凸起12或间隔物11相反的表面上形成。
通过采用接触凸起12和间隔物11，可得到同质的、厚度一致的、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。这对于采用由于与含铅焊料相比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
作为图1a和图9的典型实施例的继续，图9b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图。连接元件3被设计为桥接件的形式并且具有如图9所示的横截面。平坦子部分之间的边界在该平面图中如虚线所示。连接元件3的平面脚部区域的宽度为8mm并且是脚部区域之间的桥接件的宽度的两倍，其中接触表面8设置在该脚部区域的底部。出人意料，已经验证了，被设计为比桥接区域更宽的脚部区域使得窗玻璃1中的机械应力得到减小。脚部区域的宽度优选地为桥接区域宽度的150％到300％。
图10和图11示出了每种情况下的电连接元件3的区域中根据本发明的可加热窗玻璃1的另一实施方式在的细节。钎焊材料4从电连接元件3和导电结构2之间的中间空间的超出了50μm的层厚度t的流出量可观察到的最大流出宽度b＝0.5mm。电连接元件3由EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734934400111
4509)中材料编号为1.4509的钢制成。电连接元件3被设计为具有椭圆形底部表面。长轴的长度为12mm；短轴的长度为5mm。连接元件3的材料厚度为0.8mm。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。
作为图10和11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的表面上设置有含银涂层5。这防止钎焊材料扩散流出涂层5并限制流出宽度b。钎焊材料4的流出宽度小于1mm。由于钎焊材料4的设置，从而在窗玻璃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10和图11的典型实施例的继续，图13示出了根据本发明的包括具有椭圆形底部表面的连接元件3的窗玻璃1的另一可替换实施方式。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与导电结构2的接触表面8的区域中，施加采用EN10088-2(ThyssenKrupp
Figure BPA00001734934400112
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使得钎焊材料4制造过程中的热流量得到改善。加热主要地发生在接触表面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，可以进一步地减小窗玻璃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。
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平面视图。连接元件3被设计为矩形并且其宽度为5mm且长度为14mm。该矩形的拐角在每种情况下是具有例如为1mm的弯曲半径r的圆形部分的圆角。进一步的，连接线缆18经由焊接区域17被焊接到连接元件3。焊接区域17的宽度为3mm且长度为6mm。连接线缆18是由薄型镀锡铜线制成的编织线缆。成束的线缆或电线也可被用作连接线缆18。可替换地，金属套筒、连接插头、或压接连接器也可与连接元件导电地连接3。特别地，连接元件3也可被设计为一体式或多部件式夹紧套筒或压接元件。
图15示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式的平面视图。连接元件3被设计为矩形，该矩形的两个短边被设计为半圆形。该连接元件的宽度为5mm且长度为14mm。焊接区域17的宽度为3mm且长度为6mm。
图16和图17示出了根据本发明的具有连接突出部19的连接元件3的另一可替换实施方式。连接元件3的接触表面8被设计为圆形。该圆的半径为4mm。连接突出部19经由焊接区域17而连接到连接线缆18。可替换地，连接突出部19也可被设计为平坦插头以及夹紧套筒或压接连接器。在这个实施方式中，连接突出部19具有两个凹槽20、20’。这两个凹槽20、20’用于减少连接突出部19的材料用量。这会产生弹性效应并且从而缓解经由连接线缆18而传递到钎焊触头上的力。
图18示出了根据本发明的连接元件3的另一可替换实施方式的剖面图。连接元件3在其中心处具有弯曲部23。在弯曲部23的区域中，钎焊材料4被加厚。
图19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。连接元件3被设计为桥接件的形式并且具有例如其长度为7mm且宽度为5mm的第一和第二平坦脚部区域，在第一和第二平面脚部区域的底部上设置有两个接触表面8。这些平坦脚部区域通过一桥接区域彼此连接，该桥接区域包括例如长度为12mm且宽度为10mm的平坦部分。该桥接区域的平坦部分具有与制造相关的凹槽10。凹槽10一直延伸到桥接区域的平坦部分的边缘，其中第一脚部区域通过高度配合过渡区域7而连接到该边缘。凹槽10在形状和尺寸上对应于来自第一脚部区域和高度配合过渡区域7的连接元件3的那一部分。接触表面8具有矩形形状，并且两个在每种情况下远离桥接区域的拐角成斜角。通过这种成斜角方式，得以避免在沿着接触表面8周围侧部边缘出现小角度、尤其是为90度的角度。已经证明的是，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上的连接插头9。连接插头9在桥接区域的平坦部分面对第一脚部区域的侧部边缘上连接到桥接区域的平坦部分。连接插头9被设计为标准的平面插头连接(Flachsteckverbinder)，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9)提供方便的接口。脚部区域、桥接区域、和连接插头9形成为一体式结构。连接元件3被设置为平坦的初始状态，其中设置为第一脚部区域和高度配合过渡区域7的部分设置在凹槽10的内部。在该初始状态中，连接插头9设置在与桥接区域的平坦部分相同的平面中。设置为第一脚部区域和高度配合过渡区域7的区域可例如通过冲压、激光照射加工或水喷射加工方式从桥接区域的平坦部分分离开，其中高度配合过渡区域7和桥接区域的平坦部分之间通过连接边缘保持连接。连接插头9绕着连接插头9与桥接区域的平坦部分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。第一脚部区域和高度配合过渡区域7在高度配合过渡区域7与桥接区域的平坦部分之间的连接线之上弯曲到所示的位置，从而使得在初始状态中朝上的表面形成第一脚部区域和高度配合过渡区域7的底部侧。凹槽10通过第一脚部区域的弯折而形成。第二脚部区域和对应的高度配合过渡区域7也从平坦的初始状态弯折到所示的位置。
图20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被设置在电连接元件3的接触表面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
制造一个测试样品，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，根据图1的电连接元件3，位于连接元件3的接触表面8上的银层5，以及钎焊材料4。连接元件3的材料厚度为0.8mm。连接元件3的接触表面8的宽度为4mm且长度为4mm。钎焊材料4被预先施加在连接元件3的接触表面8上作为具有固定层厚度、体积以及形状的板片。连接元件3与施加上的钎焊材料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t超过50μm的流出量仅可观察到最大流出宽度b为0.5mm。电连接元件3、连接元件3的接触表面8上的银层5、以及钎焊材料4的尺寸和组成如表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。
由于毛细效应，图1a的连接元件3在连接元件3与基底1之间呈现出更好的粘结性。由于钎焊材料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，在从+80℃到-30℃的不同温度范围内，均未观察到玻璃基底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。
表1
Figure BPA00001734934400151
比较例
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。连接元件3因此具有更低的热传导率、更低的热膨胀系数、以及连接元件3与基底1之间的热膨胀系数之间的差值也更小。电连接元件3、连接元件3的接触表面8上的金属层、以及钎焊材料4的尺寸和组成如表2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。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的流出情况下平均流出宽度b为2mm到3mm。在该比较例中，该连接元件材料的更低热传导率在钎焊过程中导致该连接元件的加热均匀性较差。
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2
Figure BPA00001734934400171
从表3中可以看到上表1到2的差异以及根据本发明的连接元件3的优点。
表3
可以验证的是，具有玻璃基底1和根据本发明的电连接元件3的根据本发明的窗玻璃对于突然的温度变化具有更好的可靠性。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的区域
(8)连接元件3对于导电结构2的接触表面
(9)连接插头
(10)凹槽
(11)隔离物
(12)接触凸起
(17)焊接区域
(18)连接线缆
(19)连接突出部
(20)凹槽
(20’)凹槽
(22)2的子区域
(23)弯曲部
b 钎焊材料的最大流出宽度
t 钎焊材料的界限厚度
r 弯曲部的半径
A-A’ 剖面线
B-B’ 剖面线
C-C’ 剖面线
D-D’ 剖面线
E-E’ 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)，
连接元件(3)，其中该连接元件至少含有含铬钢，以及
钎焊材料(4)层，其将该连接元件(3)电连接到该导电结构(2)的子区域。
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)的热膨胀系数与该连接元件(3)的热膨胀系数之间的差值小于5×10-6/℃。
4.根据权利要求1-3中一项的窗玻璃，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。
5.根据权利要求4的窗玻璃，其中该连接元件(3)至少含有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、或0重量％到1重量％的钽。
6.根据权利要求1到5中一项的窗玻璃，其中该导电结构(2)含有银。
7.根据权利要求1到6中一项的窗玻璃，其中该焊料(4)的层厚度小于3.0×10-4m。
8.根据权利要求1到7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。
9.根据权利要求8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％，并且铋、铟、锌、铜、银、或者它们组合物的含量为0.5重量％到97重量％。
10.根据权利要求1到9中一项的窗玻璃，其中该连接元件(3)涂敷有镍、锡、铜和/或银。
11.根据权利要求10的窗玻璃，其中该连接元件(3)涂敷有0.1μm到0.3μm的镍和/或3μm到20μm的银。
12.根据权利要求1到11中一项的窗玻璃，其中该连接元件(3)在其整个表面上通过至少一个接触表面(8)连接到导电结构(2)的子区域(22)。
13.根据权利要求1到12中一项的窗玻璃，其中该接触表面(8)没有任何拐角。
14.一种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)施加到该连接元件(3)的至少一个接触表面(8)上作为具有固定层厚度、体积、形状以及设置的板片，
b)将导电结构(2)施加到一个基底(1)上，
c)该连接元件(3)与该钎焊材料(4)一起被设置在该导电结构(2)上，并且
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，优选地为加热导体和/或天线导体的车辆。
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