CN104798439A - 带有电连接元件和连接条的窗玻璃 - Google Patents

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Abstract

具有至少一个带有连接条(4)的连接元件(3)的窗玻璃，至少包含：-在基材(1)的至少一个子区域上带有导电结构(2)的基材(1)，-在所述导电结构(2)的至少一个子区域上的至少一个电连接元件(3)，-在所述连接元件(3)的至少一个子区域上的连接条(4)，和-无铅焊料(5)，其在至少一个子区域中将所述电连接元件(3)与所述导电结构(2)连接，其中所述基材(1)与所述连接元件(3)之间的热膨胀系数差小于5x10-6/℃，其中所述连接条(4)以实心成型和含有铜，和其中所述连接元件(3)和连接条(4)的材料组合物不同。

Description

带有电连接元件和连接条的窗玻璃
本发明涉及带有电连接元件的窗玻璃、用于其制备的经济且环境友好的方法及其用途。
本发明进一步涉及带有导电结构例如加热导体或天线导体的用于机动车的带有电连接元件的窗玻璃。所述导电结构通过焊接上的电连接元件与车载电气系统常规连接。由于使用的材料的不同热膨胀系数，在制备和操作过程中发生机械应力使得窗玻璃应变和可造成窗玻璃断裂。
含铅的焊剂具有高延展性，其可补偿电连接元件和窗玻璃之间由塑性变形造成的机械应力。然而，由于End of Life Vehicles Directive 2000/53/EC，在EC中含铅焊剂必须被不含铅焊剂代替。概括而言，所述导则用缩写ELV(End of Life Vehicles)表示。其目的在于禁止来自可丢弃性电子设备大量增加产生的产品的非常有问题的组件。受影响的物质是铅、汞、镉和铬。特别地，这涉及无铅焊剂在玻璃上的电子应用中的实施和引入相应的替代产品。
然而，例如EP 2 339 894 A1和WO 2000058051中公开的先前已知的无铅焊料由于其低的延展性而不能将机械应力补偿到与铅一样的程度。然而，常规的含铜连接元件具有比玻璃更大的热膨胀系数 (CTE(铜) = 16.8 x 10-6/℃)，由此在铜热膨胀时发生对玻璃的损害。为此，优选与无铅焊料结合使用具有低的热膨胀系数的，优选钠钙玻璃数量级的(对于0 ℃ - 320 ℃为8.3 x 10-6/℃)连接元件。该类连接元件在加热时很难膨胀和补偿形成的应力。
EP 1 942 703 A2公开了机动车窗玻璃上的电连接元件，其中窗玻璃与电连接元件之间的热膨胀系数差为< 5 x 10-6/℃和所述连接元件主要含有钛。为了能够具有足够的机械稳定性和可加工性，建议使用过量焊料。所述过量焊料由连接元件与导电结构之间的中间空间流出。所述过量焊料在所述玻璃窗玻璃中造成高的机械应力。这些机械应力最终导致窗玻璃断裂。而且，钛难以焊接。这导致连接元件在窗玻璃上较差的粘附性。另外，所述连接元件必须通过导电材料例如铜可能通过焊接与车载电气系统连接。钛难以焊接。
EP 2 408 260 A1描述了铁-镍合金或铁-镍-钴合金，例如Kovar 或Invar的用途，其具有低的热膨胀系数(CTE)。Kovar (CTE = 5 x 10-6/℃)与Invar (取决于组成CTE低至0.55 x 10-6/℃)都具有比钠钙玻璃更低的CTE和都可补偿机械应力。Invar具有如此低的热膨胀系数以至于发生这些机械应力的过度补偿。这在玻璃中导致压应力或在合金中导致拉伸应力，然而，其分类为非临界的（unkritisch）。
连接元件与车载电子设备的电连接一般通过连接条发生，在其上通过电缆等施加车载电压。根据现有技术，此连接条与连接元件以单块形成和平行于连接元件腿进行。如WO 2007/110610 A1中描述，带有连接条的所述单块连接元件的几何形状应当优化以使得在焊接点处产生最低可能的电压。
由于窗玻璃安装之后连接条的位置常常难以接近，所述连接条常常预弯曲以便其垂直指向上。在带有连接条以单块形成的含铜连接元件的情况下，由于所述材料的塑性，所以此连接条的再成型可以非常容易地进行。然而，由于铜高的热膨胀系数，这些连接元件几乎不适合用于与无铅焊料一起焊接在玻璃上。对于用于与无铅焊料一起使用更合适的材料，例如钢合金或钛，具有基本上比铜更高的硬度，由此致使连接条的再成型明显更加困难。
本发明的目的是提供带有电连接元件和连接条的窗玻璃以及用于其制备的经济且环境友好的方法，其中避免了所述窗玻璃中的临界机械应力和所述条位置以后用简单的工具可调节。
本发明的目的根据本发明通过带有连接元件的窗玻璃、其制备方法及根据独立权利要求1、13和15的其用途得以实现。优选的实施方案由从属权利要求可见。
本发明的目的根据本发明通过具有至少一个带有连接条的连接元件的窗玻璃得以实现，其中所述连接元件和所述连接条的材料组合物是不同的。所述设置包括在所述基材的至少一个子区域上带有导电结构的至少一个基材、在所述导电结构的至少一个子区域上的至少一个电连接元件、在所述连接元件的至少一个子区域上的连接条，和无铅焊料，其在至少一个子区域将所述电连接元件连接到所述导电结构上。选择所述连接元件的材料组合物使得所述基材与所述连接元件的热膨胀系数之间的差值小于5 x 10-6/℃。通过此方式，所述窗玻璃的热应力降低和获得更好的粘附性。然而，具有合适热膨胀系数的材料常常具有高的刚性和/或高的电阻。然而，连接条的高刚性致使再成型更加困难，由此限制了通过向上弯曲所述连接条用于随后调节条位置的可能性。连接条的高电阻同样是不利的，因为在安装状态，通过连接元件电压施加在所述导电结构上，在相同的电压下电阻越高产生电流流动越低。在根据现有技术已知的带有直接在其上形成的连接条的单块连接元件的情况下，所述连接元件和连接条必须由相同的材料制成使得所述连接元件具有合适的热膨胀系数，而连接条具有极高的刚性和/或极低的电导率，或反之亦然。相反，根据本发明以两块形成的带有连接条的连接元件能够使不同材料组合使得所述连接元件本身由具有合适的热膨胀系数(与基材的CTE之差小于5 x 10-6/℃)的材料制成, 而所述连接条由具有足够良好的再成型性的含铜材料制成。由于通过选择所述连接元件和连接条的材料组合物是不同的，所以所述两种组件的材料可以最佳地适应于相应的要求。根据本发明的连接条含有铜和以实心成型。由此，一方面，它是完全可再成型的，和同时，不是高度可挠曲的。容易再成型的连接条稍微用劲就可以弯曲到需要的位置。因此，此步骤可以手动进行。连接条的实心实施确保了在其再成型之后，也保持在相应的位置。由此避免了在窗玻璃安装过程中或在连接条接触过程中发生相对小的力改变其位置。这样甚至在窗玻璃的安装状态下也产生容易地可达到的精确确定的条位置。另外，排除了完全不适合用作连接条的非实心的高度挠曲的形式，如电缆或扁平导体。根据本发明选择连接条的电阻从而避免了连接条上大的电压降。根据本发明带有连接条的连接元件由于其两块形式由此最佳地发挥了在相应位置使用的材料的有利性能和避免了根据现有技术已知的单块连接元件的缺点。
带有连接条的连接元件通过多块，至少两块成型，其中连接元件和连接条分别形成至少一个组件。在一个优选的实施方案中，带有连接条的连接元件以两块成型使得所述连接元件和连接条各自由一个组件组成。或者，所述连接元件和连接条也可以各自由任意数量的单独块组成。
在一个优选的实施方案中，所述连接条的含铜材料组合物具有0.5 µOhm·cm-20 µOhm·cm，优选为1.0 µOhm·cm -15 µOhm·cm，特别优选为1.5 µOhm·cm-11 µOhm·cm的电阻。这产生具有适应于所述基材的CTE的连接元件与具有提高的电导率的连接条的特别有利的组合。同样具有适应于所述基材的膨胀系数的根据现有技术的相当的单块连接元件具有较高的连接条电阻以至于发生不利地增加的电压降。
所述连接元件具有至少一个接触面，通过所述表面所述连接元件在其整个表面上通过无铅焊料与所述导电结构的子区域连接。在一个优选的实施方案中，所述连接元件以桥的形式冲压，其中所述连接元件具有用于接触所述导电结构的两条腿，在所述腿之间有不与所述导电结构直接表面接触的凸起部分。所述连接条优选施加在此桥形凸起部分上。所述连接元件可包括简单的桥形和更复杂的桥形。例如，可以考虑具有圆形腿的哑铃形，其产生均匀的拉伸应力分布和能够具有均匀的焊剂分布。优选地，使用带有伸长的焊剂腿的连接元件，其中所述连接元件的腿指向与施加在所述连接元件上的连接条相同的方向。该类设计导致牵伸力有利的增加。而且在此实施方案中，在接触面区域连接元件的拐角可以弄圆使得发生焊剂均匀分布和避免拐角最大的拉伸应力值。
所述连接元件的热膨胀系数在0℃-300℃的温度范围内优选为9 x 10-6/℃-13 x 10-6/℃，特别优选为10 x 10-6/℃ -11.5 x 10-6/℃，非常特别优选为10 x 10-6/℃-11 x 10-6/℃，和特别是10 x 10-6/℃-10.5 x 10-6/℃。
与连接条相反，所述连接元件具有高刚性和难以再成型。这防止了所述连接元件在所述连接条弯曲时变形。特别在桥形连接元件的情况下，在所述连接条再成型时发生桥区域的扭曲，这也导致对所述连接元件与所述导电结构之间焊剂连接的损害。一方面，通过选择合适的几何形状，另一方面通过使用难以再成型的材料可以避免所述连接元件的该类变形。在一个优选的实施方案中，所述连接元件的材料在20℃具有的弹性模量大于或等于150 kN/mm2，特别优选大于或等于190 kN/mm2。
根据本发明的连接元件含有钛、铁、镍、钴、钼、铜、锌、锡、锰、铌和/或铬和/或其合金。
所述连接元件优选地含有含铬钢，其中铬的比例大于或等于10.5重量%。另外的合金组分如钼、锰或铌导致提高的腐蚀稳定性或改变的机械性能，如拉伸强度或可冷成型性。
根据本发明的连接元件优选地含有至少66.5重量%-89.5重量%铁、10.5重量%-20重量%铬、0重量%-1重量%碳、0重量%-5重量%镍、0重量%-2重量%锰、0重量%-2.5重量%钼、0重量%-2重量%铌和0重量%-1重量%钛。另外， 所述连接元件可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
所述连接元件特别优选地含有至少73重量%-89.5重量%铁、10.5重量%-20重量%铬、0重量%-0.5重量%碳、0重量%-2.5重量%镍、0重量%-1重量%锰、0重量%-1.5重量%钼、0重量%-1重量%铌和0重量%-1重量%钛。另外， 所述连接元件可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
所述连接元件非常特别优选地含有至少77重量%-84重量%铁、16重量%-18.5重量%铬、0重量%-0.1重量%碳、0重量%-1重量%锰、0重量%-1重量%铌、0重量%-1.5重量%钼和0重量%-1重量%钛。另外， 所述连接元件可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
含铬钢，特别是所谓的“不锈钢”或“耐腐蚀钢”是经济地可得的。由含铬钢制成的连接元件与例如由铜制成的许多常规连接元件相比还具有高的刚性，这导致所述连接元件有利的稳定性。特别地，通过优选的桥形连接元件，由此可以避免在所述连接条再成型时所述连接元件的扭曲。另外，与许多常规连接元件例如由钛制成的那些相比，由于更高的导热率，所以含铬钢具有提高的可焊性。
特别合适的含铬钢是根据EN 10 088-2材料号1.4016、1.4113、1.4509和1.4510的钢。
所述连接元件的材料厚度优选为0.1 mm-2 mm，特别优选为0.2 mm-1 mm，非常特别优选为0.3 mm-0.5 mm。在一个优选的实施方案中，所述连接元件的材料厚度在其整个区域中恒定不变。这在所述连接元件的简单制备方面是特别有利的。
所述连接条含有铜或含铜合金。另外，可以含有钛、铁、镍、钴、钼、锌、锡、锰、铌、硅和/或铬和/或其合金。根据其电阻选择合适的材料组合物。
在一个优选的实施方案中，所述连接条含有45.0 重量%-99.9重量%铜、0重量%-45重量%锌、0重量%-15重量%锡、0重量%-30重量%镍和0重量%-5重量%硅。除了电解铜之外，各种不同的黄铜或青铜合金作为材料也是适合的，例如镍银或康铜。
特别优选地，所述连接条含有58重量%-99.9重量%铜和0重量%-37.0重量%锌，特别是60重量%-80重量%铜和20重量%-40重量%锌。
作为用于所述连接条材料的特定实例，必须提及的是具有材料号CW004A(以前为2.0065)的电解铜和具有材料号CW505L(以前为2.0265)的CuZn30。
所述连接条优选以连接元件的桥形冲压部件应用，其与所述导电结构没有直接表面接触。连接条的目的是使得所述连接元件能够与车辆的车载电子设备连接。电流通过连接元件腿流到连接条设置在其上的连接元件的中心部分，和接着流到连接条。中心施加的连接条由此构成结点，各种分电流在其上合并。因此，为了在此结点得到最高可能的电导率和由此最小可能的电压降，连接条的低电阻特别重要。
所述连接条可以以广泛的几何形状成型和优选具有伸长的形状。圆形和扁平的具体实施方案都是可以考虑的。优选伸长的长方形连接条，其使得用于所述连接条在连接元件上最佳应用的扁平表面成为可能。该类长方形连接条的宽度为2 mm-8 mm，优选为4 mm-7 mm，特别优选为4.5 mm-6.5 mm，而其高度测量为0.2 mm-2 mm，优选为0.5 mm-1.5 mm，特别优选为0.7 mm-0.9 mm。所述连接条的长度是基本上可变的。所述连接条的最小长度取决于所选择以将所述连接条导电连接到电源的接触。在连接条的自由端上滑动的插头连接器相应地比例如直接焊接在连接条上的电缆具有更大的位置要求。优选使所述连接条再成型使得其自由端不再平行于基材和指向背离它的方向。相应地，所述连接条必须足够长使得可以实现此再成型。典型地，使用具有长度10mm-150mm，优选20mm-80mm的连接条。
在一个优选的实施方案中，选定所述连接条的尺寸使得高度0.8 mm和宽度4.8 mm、6.3 mm或9.5 mm的标准扁平机动车插头可以插在所述连接条的自由端上。特别优选使用具有宽度6.3mm的连接条的具体实施方案，因为这相应于在此领域中常规使用的根据DIN 46244的扁平机动车插头。标准化适用于常规扁平机动车插头尺寸的连接条产生用于连接基材的导电结构与车载电压的简单可逆的容量。在断裂连接电缆的情况下，不必重做焊接的连接以交换缺陷部分；而是仅仅将替代电缆插到连接条上。然而，或者，连接条的电接触也可以通过焊接连接或压接连接发生。
用于连接条接触的可用的连接电缆原则上是本领域技术人员已知用于导电结构的电接触的所有电缆。除了导电芯部(内导体)之外，所述连接电缆还可以包括绝缘的，优选聚合物外罩，其中所述绝缘外罩优选在连接电缆的端部区域除去以使得能够在所述连接元件与所述内导体之间的导电连接。
所述连接电缆的导电芯可以，例如包括铜、铝和/或银或其合金或混合物。所述导电芯可以，例如作为多股绞合导线或作为实心导线使用。所述连接电缆的导电芯的横截面取决于用于根据本发明的窗玻璃应用要求的载流容量和可以由本领域技术人员适当地选择。所述横截面为，例如0.3 mm2-6 mm2。
所述连接条与所述连接元件导电连接，其中可能使用各种焊接(verschweissen)或焊接(verloeten)技术连接所述元件。优选地，所述连接条和连接元件使用电极电阻焊接、超声焊接或摩擦焊接进行连接。
在所述窗玻璃的至少一个子区域中，安装优选含有银，特别优选含银颗粒和玻璃料的导电结构。根据本发明的所述导电结构优选地具有3 µm-40 µm，特别优选5 µm-20 µm，非常特别优选地7 µm-15 µm和特别是8 µm-12 µm的层厚度。所述连接元件通过接触面在其整个表面上与所述导电结构的子区域连接。所述电接触通过无铅焊料发生。所述导电结构可以，例如用作接触窗玻璃上施加的电线或涂层。所述导电结构例如以汇流导体的形式施加在所述窗玻璃的相反边缘上。电压可以通过施加到汇流导体上的连接元件施加，由此电流流过导线或涂层或从一个汇流导体流到另一个汇流导体和加热所述窗玻璃。除了该类加热功能，根据本发明的窗玻璃也可以考虑与天线导体组合使用或甚至以要求窗玻璃与其稳定接触的任何其它设置使用。
所述基材优选地含有玻璃，特别优选地平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或钠钙玻璃。然而，所述基材也可以含有聚合物，优选地聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或其共聚物或混合物。所述基材优选是透明的。所述基材优选地具有0.5 mm-25 mm，特别优选1 mm-10 mm和非常特别优选1.5 mm-5 mm的厚度。
所述基材的热膨胀系数优选为8 x 10-6/℃ - 9 x 10-6/℃。所述基材优选含有玻璃，所述玻璃在0℃-300℃的温度范围内优选具有8.3 x 10-6/℃ - 9 x 10-6/℃的热膨胀系数。
所述导电结构通过无铅焊料与所述连接元件导电地连接。所述无铅焊料设置在位于连接元件底部上的接触面上。
所述无铅焊料的层厚度优选小于或等于600 µm，特别优选为150 µm-600 µm，特别是小于300 µm。
所述无铅焊料优选不含铅。鉴于根据本发明带有电连接元件的所述窗玻璃的环境影响，这是特别有利的。在本发明的上下文中，“无铅焊料”是指根据EC导则“2002/95/EC on the Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment”，包括小于或等于0.1重量%铅比例，优选无铅的焊料。
无铅焊料一般具有比含铅焊料更小的延展性，使得连接元件与窗玻璃之间的机械应力不能很好地补偿。然而，已经证明通过根据本发明的连接元件可以预防临界机械应力。优选地，所述焊料含有锡和铋、铟、锌、铜、银或其组合物。根据本发明的焊剂组合物中锡的比例为3重量%-99.5重量%，优选10重量%-95.5重量%，特别优选15重量%-60重量%。根据本发明的焊剂组合物中铋、铟、锌、铜、银或其组合物的比例为0.5重量%-97重量%，优选10重量%-67重量%，其中铋、铟、锌、铜或银的比例可以为0重量%。所述焊剂组合物可以含有0重量%-5重量%比例的镍、锗、铝或磷。根据本发明的焊剂组合物非常优选地含有Bi40Sn57Ag3、Sn40Bi57Ag3、Bi59Sn40Ag1、Bi57Sn42Ag1、In97Ag3、In60Sn36.5Ag2Cu1.5、Sn95.5Ag3.8Cu0.7、Bi67In33、Bi33In50Sn17、Sn77.2In20Ag2.8、Sn95Ag4Cu1、Sn99Cu1、Sn96.5Ag3.5、Sn96.5Ag3Cu0.5、Sn97Ag3或其混合物。
在一个有利的实施方案中，所述焊料含有铋。已经证明含铋的焊料导致根据本发明的所述连接元件对窗玻璃特别良好的粘附性，由其可以避免对窗玻璃的损害。所述焊料组合物中铋的比例优选为0.5重量%-97重量%，特别优选为10重量%-67重量%，和非常特别优选33重量%-67重量%，特别是50重量%-60重量%。除了铋之外，所述焊料优选还含有锡和银或锡、银和铜。在一个特别优选的实施方案中，所述焊料包括至少35重量%-69重量%铋、30重量%-50重量%锡、1重量%-10重量%银和0重量%-5重量%铜。在一个非常特别优选的实施方案中，所述焊料含有至少49重量%-60重量%铋、39重量%-42重量%锡、1重量%-4重量%银和0重量%-3重量%铜。
在另一个有利的实施方案中，所述焊料含有90重量%-99.5重量%锡，优选95重量%-99重量%，特别优选93重量%-98重量%。除了锡之外，所述焊料优选地含有0.5重量%-5重量%银和0重量%-5重量%铜。
所述焊料以优选小于1mm的流出宽度从连接元件的焊剂区域与所述导电结构之间的中间空间流出。在一个优选的实施方案中，最大流出宽度小于0.5mm，和特别地大约0mm。在窗玻璃中的机械应力减小、连接元件的粘附性和焊剂量节约方面这是特别有利的。最大流出宽度定义为焊剂区域外部边缘与焊料交叉点之间的距离，在所述距离焊料降至50µm的层厚度以下。最大流出宽度在焊接法之后在凝固的焊料上测量。需要的最大流出宽度通过合适选择焊料体积和连接元件与导电结构之间的垂直距离获得，其可通过简单实验进行测定。连接元件与导电结构之间的垂直距离可以通过合适的加工工具，例如带有集成间隔物的工具预定。最大流出宽度可以甚至是负的，即：缩进到通过电连接元件的焊剂区域和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的实施方案中，最大流出宽度以弯月面缩进到通过电连接元件的焊剂区域与导电结构形成的中间空间中。弯月面例如在焊接法过程中在焊剂依然是流体时通过增加间隔物与导电结构之间的垂直距离生成。优点在于窗玻璃中特别地，在大量焊料交叉的情况下存在的临界区域中机械应力减小。
在本发明一个有利的实施方案中，连接元件的接触面具有间隔物，优选至少两个间隔物，特别优选至少三个间隔物。所述间隔物优选例如通过冲压或深拉与连接元件一起以单块形成。所述间隔物优选具有0.5 x 10-4 m-10 x 10-4 m的宽度和0.5 x 10-4 m-5 x 10-4 m，特别优选1 x 10-4 m-3 x 10-4 m的高度。通过所述间隔物，得到均匀均一厚度的和均一融合的焊料层。由此，可以减小连接元件与窗玻璃之间的机械应力和可以提高连接元件的粘附性。在使用无铅焊料的情况下这是特别有利的，由于其与含铅焊料相比较低的延展性所以不能良好地补偿机械应力。
在本发明一个有利的实施方案中，至少一个接触隆起，其用于在焊接法过程中使连接元件与焊接工具接触，设置在连接元件背离基材的相反接触面的表面上。接触隆起优选至少在与焊接工具接触的区域是凸形弯曲的。所述接触隆起优选具有0.1 mm-2 mm，特别优选0.2 mm-1 mm的高度。所述接触隆起的长度和宽度优选为0.1-5 mm，非常特别优选为0.4 mm-3 mm。所述接触隆起例如通过冲压或深拉优选与连接元件一起以单块形成。可以使用其接触侧为扁平的电极用于焊接。使所述电极表面与接触隆起接触。为此，所述电极表面与基材表面平行设置。电极表面与接触隆起之间的接触区域形成焊接点。焊接点的位置通过对基材表面具有最大垂直距离的接触隆起的凸面上的点进行测定。焊接点的位置独立于连接元件上焊剂电极的位置。在焊接法过程中在可再现的均一热分布方面这是特别有利的。焊接法过程中的热分布由接触隆起的位置、大小、设置和几何形状决定。
所述电连接元件优选地至少在朝向焊料的接触面上具有含有镍、铜、锌、锡、银、金或其合金或层（优选银）的涂层(润湿层)。通过此方式，实现所述连接元件与焊料提高的润湿性和所述连接元件提高的粘附性。
根据本发明的连接元件优选用镍、锡、铜和/或银涂敷。根据本发明的连接元件特别优选带有优选由镍和/或铜制成的助粘层和另外带有优选由银制成的可焊接的层。根据本发明的连接元件非常特别优选用0.1 µm-0.3 µm镍和/或3 µm-20 µm银涂敷。所述连接元件可以镀有镍、锡、铜和/或银。镍和银提高了所述连接元件的载流容量和腐蚀稳定性和与焊料的润湿性。
所述连接条也可以任选地具有涂层。然而，所述连接条的涂层不是必要的，因为连接条与焊料之间不存在直接接触。由此，不要求连接条的润湿性能最佳。这降低了带有连接元件和连接条的根据本发明的窗玻璃的生产成本，因为可以省去连接条的涂层和仅仅涂敷连接元件。
在一个可选的实施方案中，所述连接条具有含有镍、铜、锌、锡、银、金或其合金或层（优选银）的涂层。优选所述连接条可以用镍、锡、铜和/或银涂敷。非常特别优选地，所述连接条用0.1 µm-0.3 µm镍和/或3 µm-20 µm银涂敷。所述连接条可以镀有镍、锡、铜和/或银。
所述电连接元件的形状可以在所述连接元件与所述导电结构的中间空间中形成一个或多个焊剂点。所述焊剂点和所述焊剂在连接元件上的润湿性能防止了焊料由中间空间流出。焊剂点设计上可以是长方形、圆形或多边形的。
本发明进一步包括用于制备带有两块的带有连接条的连接元件的窗玻璃的方法，包括下面的步骤：
a)连接条导电地固定在所述连接元件的顶部，
b)在所述连接元件的底部，无铅焊料施加在至少一个接触面上，
c)带有无铅焊料的所述连接元件设置在导电结构上，和
d)连接元件焊接在所述导电结构上。
所述导电结构可以通过本身已知的方法，例如通过丝网印刷法施加在基材上。施加所述导电结构可以时间上在方法步骤(a)和(b)之前、期间或之后进行。
所述焊料优选作为具有固定的层厚度、体积、形状和设置的小板或扁平的滴施加到连接元件上。焊料小板的层厚度优选小于或等于0.6mm。焊料小板的形状优选相应于接触面的形状。如果所述接触面例如作为长方形形成，则所述焊料小板优选具有长方形形状。
电连接元件与导电结构的电连接过程中能量的导入优选通过穿孔、热电极、活塞焊接、微火焰焊接，优选激光焊接、热风焊接、感应焊接、电阻焊接和/或用超声进行。
优选地，所述连接条焊接或焊接在所述连接元件的顶部。特别优选地，所述连接条通过电极电阻焊接、超声焊接或摩擦焊接固定在所述连接元件上。
方法步骤(d)之后，任选地进行所述连接条的再成型。由于在车体中窗玻璃安装之后所述连接条的自由端到达困难，所述连接条的再成型能够基本地提高条位置的可及性。另外，通过此弯曲，可获得精确规定的条位置。再成型后，连接条的自由端背离基材指向。连接条的自由端相对于基材表面所呈的角度取决于要求可自由地选择。由于根据本发明的连接条容易再成型，仅仅必须施加轻微的力用于所述连接条的弯曲。由于所述连接条由实心材料制成和不是高度挠曲的，所以发生塑性再成型和连接条的位置可精确地规定。根据本发明的连接条的再成型无需任何工具纯手工地进行。在发生轻微的力的情况下，避免了与连接条相比基本上更坚硬的连接元件的扭曲。以此方式，同样防止了伴随的焊接点损害。
车辆中窗玻璃安装和可能的再成型之后，所述连接条通过例如由铜制成的插板连接器、金属板、多股绞合导线或编织导线与车载电子系统连接。优选地，选择插板连接器使得一方面确保持续的稳定性和防止位置滑移接触，而且另一方面也是可逆的。因此，连接条与车载电子系统之间的连接电缆如果损坏可以以简单的方式替换。相反，提及的其它接触可能性要求所述接触的焊接或焊接。
本发明进一步包括根据本发明带有导电结构的窗玻璃在车辆、建筑玻璃窗或建筑物玻璃窗中，特别是在机动车、轨道车辆、航空器或水上运输工具中的用途。所述连接元件用于窗玻璃的导电结构例如加热导体或天线导体，与外部电子系统如放大器、控制单元或电压源的连接。本发明特别地包括根据本发明的窗玻璃在轨道车辆或机动车中的用途，优选作为挡风玻璃、后窗、侧窗和/或天窗，特别是作为可加热的窗玻璃或作为具有天线功能的窗玻璃。
本发明参考附图和示例性实施方案更详细地进行说明。所述附图是示意性表示，不是按照真正比例。所述附图无论如何并不限制本发明。它们描绘了：
图1是根据本发明带有连接元件与连接条的窗玻璃的示意性透视图。
图2是沿着剖面线AA'根据图1的窗玻璃的横截面。
图3是根据图1的窗玻璃的俯视图。
图4是根据图1和2根据本发明的带有连接元件和再成型的连接条的窗玻璃。
图5a是根据本发明带有连接元件和连接条以及另外的接触隆起和间隔物的窗玻璃的另一个实施方案的俯视图。
图5b是沿着剖面线BB'根据图5a的窗玻璃的横截面。
图6是用于制备带有连接元件和连接条的窗玻璃的根据本发明的方法的流程图。
图1描绘了根据本发明带有连接元件(3)与连接条(4)的窗玻璃。掩模丝网印刷(6)施加到由钠钙玻璃制成的3-mm厚的热预应力的单窗格安全玻璃的基材(1)上。基材(1)具有150cm宽度和80cm高度，其中带有连接条(4)的连接元件(3)安装在所述掩模丝网印刷(6)区域中的较短侧边上。加热导体结构形式的导电结构(2)施加在基材(1)的表面上。所述导电结构含有银颗粒和玻璃料，其中银的比例大于90%。在窗玻璃(I)的边缘区域中，导电结构(2)加宽到宽度10 mm。在此区域中，施加连接导电结构(2)与连接元件(3)的接触面(7)的无铅焊料(5)。在车体中安装之后，所述接触被掩模丝网印刷(6)隐藏。所述无铅焊料(5)确保了导电结构(2)与连接元件(3)持久的电连接与机械连接。所述无铅焊料(5)含有57重量%铋、42重量%锡和1重量%银。所述无铅焊料(5)具有250µm的厚度。所述连接元件(3)具有桥形。所述连接元件包括两条腿，各自在其底部具有接触面(7.1、7.2)和桥形截面，其在两腿之间延伸。在桥形截面中，连接条(4)焊接在连接元件(3)的表面上。连接条(4)与连接元件(3)的外部边缘设置齐平和指向背离与连接元件(3)腿的方向上相反外部边缘，其中连接元件(3)和连接条(4)一起生成E-形设置。所述电连接元件(3)具有4 mm宽度和24 mm长度和由根据EN 10 088-2材料号1.4509的钢(ThyssenKrupp Nirosta® 4509)制成， 其中在20℃-300℃的温度范围内热膨胀系数为10.5 x 10-6/℃。连接元件(3)的材料厚度为0.8 mm。连接条(4)具有0.8 mm的高度、6.3 mm的宽度和27 mm的长度。连接条(4)由具有1.8 µOhm·cm电阻的材料号CW004A的铜(Cu-ETP)制成。
图2描绘了沿着剖面线AA'根据图1的窗玻璃的横截面。掩模丝网印刷(6)施加到导电结构(2)位于其上的基材(1)上。被剖面线AA'切断的连接元件(3)的桥形截面用阴影线描绘，而连接元件(3)的腿用点描绘。连接条(4)位于连接元件(3)的桥形截面上和焊接在那里。连接元件(3)的腿在其上接触导电结构(2)的第二接触面(7.2)位于连接元件(3)的底部。所述无铅焊料(5)施加到第二接触面(7.2)上用于所述连接元件与所述导电结构导电的和机械稳定的连接。所述无铅焊料(5)以弯月面从所述连接元件(3)和所述导电结构(2)之间的间隙流出。带有第一接触面(7.1)的连接元件(3)的部分(未示出)构造成与这里描述的连接元件(3)的部分类似。
图3描绘了根据图1的窗玻璃的俯视图。连接元件(3)和连接条(4)一起形成E-形设置，其中连接条(4)在连接元件(3)的腿之间与其平行穿行，和指向相同的方向。
图4描绘了沿着剖面线AA'根据图1和2根据本发明的带有连接元件(3)和再成型的连接条(4)的窗玻璃。所描绘的根据本发明的窗玻璃的通用结构相应于图1和2中所描绘，其中连接条(4)背离基材(1)向上弯曲。不直接与连接元件(3)连接的连接条(4)的自由端相对于基材(1)表面呈90°角和背离基材指向。 以此方式，甚至在安装状态，条位置也基本上较好地可及和精确地规定。
图5a和5b描绘了根据本发明带有连接元件(3)和连接条(4)以及另外的间隔物(8)和接触隆起(9)的窗玻璃的另一个实施方案。 在图5a中描绘的俯视图中，间隔物(8)被连接元件(3)隐藏。图5b描绘了沿着剖面线BB’通过连接元件(3)的一条腿的横截面。连接元件的切割表面用阴影线描绘。图5b中描绘的视图使得可以分辨连接元件(3)的第一接触面(7.1)上的两个间隔物(8)。所述第二接触面(7.2)具有两个类似地设置的间隔物(8)(这里未示出)。间隔物(8)冲压在连接元件(3)的腿中的接触面(7)上和由此与其以单块形成。间隔物(8)作为球形片段成型和具有2.5 x 10-4 m的高度和5 x 10-4 m的宽度。通过间隔物(8)促进了均匀的无铅焊料(5)层的形成。这在所述连接元件(3)的粘附性方面是特别有利的。接触隆起(9)设置在连接元件(3)与接触面(7)相对的背离基材(1)的表面上。接触隆起(9)冲压在连接元件(3)的腿中和由此与其以单块形成。所述接触隆起(9)作为球形片段成型和具有2.5 x 10-4 m的高度和5 x 10-4 m的宽度。所述接触隆起(9)在焊接过程中用于连接元件(3)与焊接工具的接触。通过接触隆起(9)，确保了可再现和规定的热分布，与焊接工具的确切定位无关。
图6描绘了用于制备带有连接元件(3)和连接条(4)的窗玻璃的根据本发明的方法的流程图。首先，连接条(4)导电地施加在所述连接元件(3)的顶部。然后，无铅焊料(5)施加到连接元件(3)底部上至少一个接触面(7)上，和连接元件(3)与无铅焊料(5)一起设置在导电结构(2)上。之后，连接元件(3)焊接在导电结构(2)上。优选地，接着通过在连接条外部的自由端上一侧负载使连接条(4)再成型以确保连接条(4)更好的可及性。连接条(4)的再成型可以直接跟在前面的步骤之后进行或仅仅在车体中安装了窗玻璃之后进行，优选在安装了窗玻璃之后进行。
下面，本发明在每种情况下与无铅焊料结合使用根据现有技术的具有单块连接元件的窗玻璃和根据本发明具有两块的连接元件和连接条的窗玻璃的系列试验进行比较。
表1显示了可在根据现有技术已知的连接元件和/或根据本发明的连接元件中使用的不同材料的少量选择。最后一栏列出的是指所示物理性能的来源。
表1
材料 材料号 E-模量(kN/mm2) 电阻 (µOhm·cm) CTE (·10-6/℃) 来源
铜 CW004A 130 1.8 16.8 1
CuZn30 CW505L 115 6.2 19.0 1
ThyssenKrupp Nirosta® 4016 1.4016 220 60 10.0 2
ThyssenKrupp Nirosta® 4113 1.4113 220 60 10.0 2
ThyssenKrupp Nirosta® 4509 1.4509 220 60 10.0 2
ThyssenKrupp Nirosta® 4510 1.4510 220 60 10.0 2
钛 3.7024 / 3.7025 105 4.7 8.9 2
来源1：德国铜研究所材料数据表
来源2：ThyssenKrupp 材料数据表。
在系列试验中，根据本发明带有连接条(4)的连接元件(3)与根据现有技术的三个不同连接元件比较。为了确保可比性，根据本发明具有连接条的两块的连接元件和根据现有技术已知具有连接条的以单块成型的连接元件以相同的几何形状使用。连接元件的几何结构相应于图1中描绘的设置。使用由钠钙玻璃制成的带有掩模丝网印刷(6)的3-mm厚的热预应力单窗格安全玻璃作为基材(1)。基材(1)具有150cm宽度和80cm高度，其中带有连接条(4)的连接元件安装在所述掩模丝网印刷(6) 区域中的较短侧边上。使用的连接元件在每种情况下包括两条腿，在其底部各自具有一个接触面(7.1、7.2)。加热导体结构形式的导电结构(2)施加在基材(1)的表面上。所述导电结构含有银颗粒和玻璃料，其中选择的银的比例大于90%。在窗玻璃(I)的边缘区域中，导电结构(2)加宽至10mm。不同的连接元件分别安装在此区域上。为此，使用无铅焊料(5)，其由57重量%铋、42重量%锡和1重量%银制成，其以250 µm的厚度施加到连接元件的接触面(7)与导电结构(2)之间。实施例和对比例中使用的连接元件具有相同的桥形状。在每种情况下，连接元件表面上的连接条位于连接元件的桥形截面中。连接条与连接元件的外部边缘设置齐平和指向背离与连接元件腿的方向上相反外部边缘，其中连接元件和连接条一起生成E-形设置。使用的连接元件具有4 mm的宽度和24 mm的长度。连接元件的材料厚度为0.8 mm和连接条具有0.8 mm的高度、6.3 mm的宽度和27 mm的长度。在对比例中，连接条与连接元件一起以单块成型和由此，由相同的材料制成。在根据本发明的实施例中，连接条(4)焊接在根据本发明的连接元件(3)的表面上。连接条(4)和连接元件(3)在该情况下以两块成型和由不同的材料制成。
表2显示了在根据本发明的实施例和在对比例中使用的连接元件和连接条的材料以及单块或两块实施的连接元件和连接条。
表2
实施例1和对比例2-4的样品随后经历各种不同的试验。在第一系列的试验中，样品在温度变化中在其稳定性方面进行研究，其中它们经历从+80 ℃到-30 ℃的温度变化。在第二系列的试验中，如图4中所示，连接条以90°的角度背离基材(1)向上弯曲。之后，在对焊接点损害和连接元件扭曲方面检验样品。而且，对各连接条的电阻进行比较。这些构成了连接条电导性的量度，其应当尽可能地高。表3示出了对于实施例1以及对比例2-4的系列试验的结果。
表3
温度变化试验 再成型连接条 电阻连接条
实施例1 无损害 无损害 1.8 µOhm·cm
对比例2 来自玻璃脱落的损害 对焊接点的损害 1.8 µOhm·cm
对比例3 无损害 无损害 60 µOhm·cm
对比例4 无损害 对焊接点的损害 4.7 µOhm·cm
如由表3中可知，只有实施例1和对比例3在温度变化试验中以及连接条的再成型时无论如何没有发生样品损害。在对比例2中，在温度变化试验中对样品有损害。由于基材和连接元件不同的膨胀系数，在连接元件的接触面区域中发生玻璃脱落。另外，在对比例2中，焊接点在连接条再成型时受到损害。由于对比例2中的连接元件由容易再成型的铜制成，在连接条弯曲时，发生桥形连接元件扭曲，导致此损害。在对比例4中，在温度变化试验中没有发生对样品的损害；然而，由于连接元件刚性不足，在再成型方法过程中存在对焊接点的损害。还必须提及的是对比例4中使用的钛材料昂贵和焊接困难。对样品的该类损害在常规生产中是不能容忍的，从而仅仅实施例1和对比例3具有足够的稳定性。在对比例3中，连接元件和连接条由较差导电性的钢制成，因此，与根据本发明的实施例1相比，在连接条上发生明显更大的电压降。然而，这应当保持尽可能低以便确保电流的最佳流动。由此，仅仅实施例1中的本发明技术方案提供了具有足够温度稳定性的连接元件和其上仅有轻微电压降发生的随意可再成型的连接条。此结果对于本领域技术人员来说是出乎意料的和令人惊讶的。
附图标记列表：
1 透明基材
2 导电结构
3 连接元件
4 连接条
5 无铅焊料
6 丝网印刷
7 接触面
7.1 第一接触面
7.2 第二接触面
8 间隔物
9 接触隆起
AA’剖面线
BB’剖面线

Claims (15)

1.具有至少一个带有连接条(4)的连接元件(3)的窗玻璃，至少包含
- 在基材(1)的至少一个子区域上带有导电结构(2)的基材(1)，
- 在所述导电结构(2)的至少一个子区域上的至少一个电连接元件(3)，
- 在所述连接元件(3)的至少一个子区域上的连接条(4)，和
- 无铅焊料(5)，其在至少一个子区域中将所述电连接元件(3)与所述导电结构(2)连接，
其中所述基材(1)与所述连接元件(3)之间的热膨胀系数差小于5 x 10-6/℃，
其中所述连接条(4)以实心成型和含有铜，和
其中所述连接元件(3)和连接条(4)的材料组合物不同。
2.根据权利要求1所述的窗玻璃，其中所述连接条(4)的电阻为0.5 µOhm·cm-20 µOhm·cm，优选为1.0 µOhm·cm -15 µOhm·cm，特别优选为1.5 µOhm·cm-11 µOhm·cm。
3.根据权利要求1或2所述的窗玻璃，其中所述连接元件(3)含有钛、铁、镍、钴、钼、铜、锌、锡、锰、铌和/或铬和/或其合金，优选铁合金。
4.根据权利要求3所述的窗玻璃，其中所述连接元件(3)含有至少66.5重量%-89.5重量%铁、10.5重量%-20重量%铬、0重量%-1重量%碳、0重量%-5重量%镍、0重量%-2重量%锰、0重量%-2.5重量%钼、0重量%-2重量%铌和0重量%-1重量%钛。
5.根据权利要求4所述的窗玻璃，其中所述连接元件(3)含有至少77重量%-84重量%铁、16重量%-18.5重量%铬、0重量%-0.1重量%碳、0重量%-1重量%锰、0重量%-1重量%铌、0重量%-1.5重量%钼和0重量%-1重量%钛。
6.根据权利要求1-5任一项所述的窗玻璃，其中所述连接条(4)含有钛、铁、镍、钴、钼、锌、锡、锰、铌、硅、铬和/或其合金。
7.根据权利要求6所述的窗玻璃，其中所述连接条(4)含有45.0 重量%-99.9重量%铜、0重量%-45重量%锌、0重量%-15重量%锡、0重量%-30重量%镍和0重量%-5重量%硅。
8.根据权利要求7所述的窗玻璃，其中所述连接条(4)含有58重量%-99.9重量%铜和0重量%-37.0重量%锌，优选60重量%-80重量%铜和20重量%-40重量%锌。
9.根据权利要求1-8任一项所述的窗玻璃，其中所述导电结构(2)含有至少银，优选银颗粒和玻璃料，和具有5µm-40µm的层厚度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的窗玻璃，其中所述基材(1)含有玻璃，优选平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或钠钙玻璃。
11.根据权利要求1-10任一项所述的窗玻璃，其中所述无铅焊料(5)含有锡、铋、铟、锌、铜、银和/或其混合物和/或合金。
12.根据权利要求11所述的窗玻璃，其中所述无铅焊料(5)含有35重量%-69重量%铋、30重量%-50重量%锡、1重量%-10重量%银和0重量%-5重量%铜。
13.用于制备根据权利要求1-12任一项所述的窗玻璃的方法，其中
a)连接条(4)导电地固定在所述连接元件(3)的顶部，
b)在连接元件(3)的底部，无铅焊料(5)施加在至少一个接触面(7)上，
c)带有无铅焊料(5)的连接元件(3)设置在基材(1)上的导电结构(2)上，和
d)将连接元件(3)焊接在导电结构(2)上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中连接条(4)随后通过在连接条(4)端部上一侧负载塑性再成型。
15.根据权利要求1-12任一项所述的窗玻璃作为用于机动车、航空器、轮船、建筑玻璃窗和建筑物玻璃窗的带有导电结构，优选带有加热导体和/或天线导体的窗玻璃的用途。
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