CN111886108A - 车辆玻璃组件的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种车辆玻璃组件的生产方法，包括(A)提供线束，该线束包括金属线、连接器以及无铅焊料块，连接器在金属线的端子处，包括由金属板制成的平坦部分，无铅焊料块包含锡作为主要成分，焊接在连接器的平坦部分上；(B)提供玻璃基板层，在该玻璃基板层上方形成包括导电线图案和连接端子的导电层；(C)将该块夹在连接器的平坦部分和导电层的连接端子之间，然后将该块熔化以在连接器和连接端子之间形成焊料连接；其中无铅焊料的量在4mg至13mg之间。

Description

车辆玻璃组件的生产方法
技术领域
本发明涉及一种车辆玻璃组件，该车辆玻璃组件包括玻璃基板层、在玻璃基板层上方的导电层以及经由无铅焊料连接到导电层的线束。
背景技术
包括玻璃基板层、施加在窗户玻璃上方的导电层以及连接到导电层的线束的车辆玻璃组件已被用作车辆玻璃窗。尽管已通过利用含铅焊料来焊接导电层和线束的电连接器将线束连接到导电层，但是汽车报废指令2000/53/EC建议使用无铅焊料代替。
无铅焊料的使用已导致难以补偿玻璃基板层与电连接器之间的机械应力，从而导致车辆玻璃组件中出现裂纹。机械应力可能会受到由焊料、导电层和电连接器组成的结合结构的影响。为了解决该问题，美国专利申请出版物2015/0236431和2015/0264800公开了具有玻璃基板层和使用由含铬钢制成的连接元件的电连接的玻璃组件。该连接元件具有使用无铅焊料围绕电线电缆进行压接并连接到玻璃基板层上的导电层的区域。
发明内容
技术问题
美国专利申请出版物2015/0236431和2015/0264800假设连接元件的形状和材料对于避免由于热经历(thermal history)引起的机械应力具有至关重要的意义。根据那些现有技术文件，由含铬钢制成的连接器似乎比铜基连接器更好地匹配玻璃基板层和连接器之间的热膨胀，从而导致机械应力的减小。尽管由含铬钢制成的连接器可以比铜基连接器带来的机械应力更小，但是减少窗户玻璃中出现裂纹的因素仍然不清楚。
解决方法
本文的目的在于提供一种用于生产车辆玻璃组件的新的且有用的方法，该车辆玻璃组件包括在玻璃基板层上方的导电层，并且在该车辆玻璃组件中电连接器通过无铅焊料焊接到导电层上。
根据本发明的一个方面，提供了一种车辆玻璃组件的生产方法，包括以下步骤：
步骤(A)：提供线束，该线束包括：
金属线，
连接器，包括由金属板制成的平坦部分，并且设置在金属线的端子处，以及
无铅焊料块，包含锡作为主要成分并焊接在该平坦部分上；
步骤(B)：提供玻璃基板层，在该玻璃基板层上方形成包括导电线图案(electrically conductive wire pattern)和连接端子的导电层；
步骤(C)：将该块夹在平坦部分和连接端子之间，然后将该块熔化以在连接器和连接端子之间形成焊料连接；
其中无铅焊料的量在4mg至13mg之间，
其中平坦部分上的块远离平坦部分的所有边缘，
本发明的有益效果
其中在焊料连接时所有无铅焊料布置在平坦部分和连接端子之间。
我们发现，当使用上述方法生产车辆玻璃组件时，可以放松或减小玻璃基板层与电连接器之间的机械应力，并减少玻璃基板层中裂纹的出现。
附图说明
[图1]图1是示出由本发明制备的车辆玻璃组件的主要部件的示意图；
[图2]图2是图1的X-Y处的截面图；
[图3]图3是示出步骤(A)之后提供的线束的示意图；并且
[图4]图4是示出步骤(C)之前的状态下的线束和玻璃基板层的截面图，并且该截面图对应于图1的X-Y截面图。
具体实施方式
在以下描述中，出于说明而非限制的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的某些实施例的理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实践本发明。在其它实例中，省略了众所周知的装置、过程、技术和方法的详细描述，以免不必要的细节模糊描述。现在，我们更具体地参照附图，在附图中，相同的附图标记在多个视图中表示相同的部件/元件。
为了更好地理解本发明，使用附图描述本发明。图1是示出由本发明制备的车辆玻璃组件的实施例的示意图。图2示出了图1的X-Y处的截面。根据本发明的典型实施例，车辆玻璃组件1包括玻璃基板层2、烧结在玻璃基板层2的外围部分上的可选的有色陶瓷带6、导电层3、导电层3上的无铅焊料层4以及线束5，导电层3包括烧结在玻璃基板层2和/或有色陶瓷带6上的连接端子3a和导电线图案3b，该线束5包括由金属板制成的连接器5a、诸如铜线的金属线5b以及覆盖金属线的包封(envelope)或护套(sheath)5c。经由无铅焊料层4在连接器5a与导电层3之间形成焊料连接。图3和图4涉及步骤(A)、(B)和(C)，详细说明如下。
车辆玻璃组件1通过以下生产方法来生产，该生产方法包括：
(A)提供线束5，线束5包括金属线5b、连接器5a以及块4p，连接器5a设置在金属线5b的端子处，包括由金属板制成的平坦部分5d，块4p由包含锡作为主要成分的无铅焊料制成并焊接在平坦部分5d上；
(B)提供玻璃基板层2，在玻璃基板层2上方形成包括导电线图案3b和连接端子3a的导电层3；以及
(C)将焊料块4p夹在平坦部分5d与连接端子3a之间，然后将块4p熔化以形成焊料连接，在连接器5a与连接端子3a之间形成无铅焊料层4；
其中无铅焊料的量在4mg至13mg之间，
其中平坦部分5d上的块4p远离平坦部分5d的所有边缘，
其中在焊料连接时所有无铅焊料布置在平坦部分5d和连接端子3a之间。
如果无铅焊料的量小于4mg，则难以在连接端子3a处实现足够的焊接面积，从而导致焊料连接较弱。另一方面，如果该量大于13mg，则玻璃基板层2与连接器5a之间的机械应力的补偿可能不足，从而导致玻璃基板层2、导电层3和/或有色陶瓷带6中出现裂纹。鉴于这些因素，该量通常可以在4mg至11mg之间，优选在4.5mg至10mg之间。
在焊料连接时，如果无铅焊料从平坦部分5d和连接端子3a之间的空间溢出，则这种结构可能会在玻璃基板层和电连接器之间提供机械应力。因此，在步骤(A)，不仅块的量重要，而且平坦部分5d上的焊接位置的也很重要。因此，在步骤(A)，使用了线束5，在线束5中，将块4p焊接到平坦部分5d上，以使块4p远离平坦部分5d的所有边缘。通过这些步骤，车辆玻璃组件1包括其中所有无铅焊料布置在平坦部分5d与连接端子3a之间的焊料连接。进一步地，车辆玻璃组件1可以包括其中所有无铅焊料从平坦部分5d的所有边缘凹入的焊料连接，以确保无铅焊料一定不会从空间溢出。
图3是示出步骤(A)之后的状态下的线束的示意图。由无铅焊料制成的块4p被焊接到连接器5a的平坦部分5d上。平坦部分5d由金属板制成；优选地，整个连接器一般可以由单个金属板制成。连接器5a设置在金属线5b的端子处，并且金属线5b至少连接到平坦部分5d。金属线5b可以压接有连接器5a，连接器5a优选为B压接(B-crimp)。金属线5b-实际上可以是一束多根电线-通常被包封或护套5c覆盖，包封或护套5c可以由例如PVC、PE、橡胶材料、氟树脂等制成。其通常连接到诸如放大器、音频设备、无线电设备、电视、导航系统等的设备。
平坦部分5d的面积通常可以在10mm2至15mm2之间。如果面积小于10mm2，则焊料连接可能会变弱。另一方面，面积越大于15mm2，机械应力越倾向于传递到玻璃基板层2(由于无铅焊料的脆性和玻璃基板层2、无铅焊料层4与连接器3a的热膨胀系数之间的差异)。鉴于这些因素，该面积期望可以在10mm2至15mm2之间，更优选在11mm2至14mm2之间。
金属板的厚度也可能影响步骤(C)中的块4p的熔化过程。金属板越厚，进行熔化过程时需要的热能就越大，这可能导致焊料连接时的机械应力更大。另一方面，金属板越薄，处理和制造连接器3a的难度就越大。鉴于这些因素，金属板的厚度可以优选在0.2mm至0.4mm之间，更优选在0.25mm至0.35mm之间，再更优选约为0.3mm。
平坦部分5d的形状可以是矩形、正方形、椭圆形或圆形等。作为金属板的材料的示例，可以有Cu或Cu合金、诸如INVAR 48(FeNi48，包含48％的镍的铁合金)的包括Ni或Cr的Fe合金。在这些材料中，Fe合金为优选的，并且INVAR 48为最优选的。
在步骤(A)中，将无铅焊料焊接到平坦连接器部分5d上以形成块4p。块4p的体积通常可以在0.6mm3至2mm3之间。如果体积小于0.6mm3，则焊料连接有时可能会变弱。另一方面，如果该体积大于2mm3，则玻璃基板层2与连接器5a之间的机械应力的补偿有时可能会不足，从而导致玻璃基板层2、导电层3和/或有色陶瓷带6中出现裂纹。鉴于这些因素，该体积期望可以在0.6mm3至1.8mm3之间，更优选在0.6mm3至1.4mm3之间。
块4p的厚度也可能影响无铅焊料层4的质量。如果无铅焊料的量有限，则不合适的块4p的厚度可能会导致具有孔隙的不均匀层4，这可能会引起玻璃基板层2中的机械应力。考虑到这些因素，该厚度通常可以在0.2mm至0.4mm之间，优选在0.2mm至0.35mm之间。
无铅焊料包含锡作为主要成分。作为无铅焊料的示例，可以有Sn-Ag基焊料、Sn-Ag-Cu基焊料等。Sn的含量可以为例如95mass％至99mass％，优选为96mass％至98mass％。Ag的含量可以为例如1mass％至5mass％，优选为2mass％至4mass％。Cu的含量可以为例如0mass％至1.5mass％，优选为0.1mass％至1mass％。
图4是示出步骤(C)之前的线束和玻璃基板层的截面图；该截面图在图1的X-Y处。通过步骤(B)的方法，提供了包括导电层3的玻璃基板层2。玻璃基板层可选地包括在玻璃基板层2和导电层3之间的有色陶瓷带6。玻璃基板层2优选具有弯曲的形状，该形状可通过例如弯曲平板玻璃片的已知工艺而获得。玻璃基板层2可以是非钢化玻璃、热钢化玻璃、化学钢化玻璃或夹层玻璃。在夹层玻璃中，两个玻璃优选为非钢化玻璃。本发明可以特别地应用于以下情况：玻璃基板层2是包括两个或更多个非钢化玻璃(即，所有玻璃为非钢化玻璃)的夹层玻璃并且导电层3是热印线(hot printed wire)。可以使用ISO16293-1所定义的钠钙硅酸盐玻璃(soda-lime silicate glass)作为玻璃基板层2的材料。钠钙硅酸盐玻璃可以包括诸如氧化铁和氧化钴的着色剂，从而呈现诸如浅绿色、深绿色、浅灰色、深灰色、浅蓝色或深蓝色的颜色。
有色陶瓷带6是一种有色陶瓷组合物，该有色陶瓷组合物优选包括无机耐热颜料和软化温度低于玻璃基板层2的软化温度的玻璃粉。这种周缘带是众所周知的，并且有时被称为玻璃粉层、陶瓷带或涂料带。有色陶瓷带6用于覆盖车辆玻璃组件1和车辆的车身凸缘之间的粘合区域。其可以提高粘合区域的耐风化性和/或通过覆盖粘合区域而使该粘合区域不可见，因此优选黑色作为有色陶瓷带层6的颜色。有色陶瓷带的厚度可以为例如5μm至25μm，优选为5μm至15μm。
有色陶瓷带6可以通过例如以下工艺而获得。也就是说，通过丝网印刷(screenprinting)法等将包括无机耐热颜料、玻璃粉和有机溶剂的陶瓷浆施加在玻璃基板层2的外围部分上，然后对该陶瓷浆进行加热，从而使有机溶剂挥发。随后，将包括无机耐热颜料和玻璃粉的组合物在玻璃基板层上进行烧结，从而形成有色陶瓷带6。
将无机耐热颜料混合在有色陶瓷中以得到期望的颜色。无机耐热颜料的粒径可以为例如0.1μm至10μm，优选为0.2μm至5μm，该粒径表示为D50值。可以使用已知的无机耐热颜料来作为无机耐热颜料。作为示例的黑色颜料可以有铜-铬复合氧化物、铁-锰复合氧化物、钴-铁-锰复合氧化物、铜-铬-锰复合氧化物、磁铁矿等。
作为示例的蓝色颜料可以有钴蓝、铬绿、钴-锌-镍-钛复合氧化物、钴-铝-铬复合氧化物等。
除了上述之外，还可以使用白色颜料(例如，钛白、氧化锌等)、红色颜料(例如，胭脂等)、黄色颜料(例如，钛黄、钛钡-镍复合氧化物、钛-锑-镍复合氧化物、钛-锑-铬复合氧化物等)和其它符合本领域技术人员认知的颜料。
通过加热过程使玻璃粉熔融以形成有色陶瓷带6。可以使用普通的玻璃粉来作为玻璃粉。作为示例的玻璃粉可以有硼硅酸盐玻璃、硼锌硅酸盐玻璃、铋基玻璃等。玻璃粉的软化温度可以是比玻璃基板层2的弯曲和形成温度低的温度，例如为300-600℃，优选为350-580℃。玻璃粉的粒径可以为0.1μm至10μm，优选为0.2μm至5μm，进一步优选为1μm至4μm(被确定为D50)。在有色陶瓷带6中，由玻璃粉制成的玻璃材料的含量可以为60mass％至80mass％。
除了上述工艺之外，还可以通过其它方法获得有色陶瓷带6。作为示例的这种其它工艺的可以有数码印刷工艺。
优选烧结在玻璃基板层2和/或有色陶瓷带6上的导电层3包括导电线图案3b和连接端子3a。导电层3优选包括银金属(银或银合金)和玻璃粉，该玻璃粉可以选自以上示例的这些。导电层3的厚度可以为例如3μm至20μm，优选为5μm至15μm，更优选为12μm至17μm。
导电层3可以通过以下工艺获得。也就是说，通过丝网印刷法等将包括银金属、玻璃粉和有机溶剂的银浆施加在玻璃基板层2上或已涂覆并干燥的陶瓷彩色浆上，然后对该银浆进行加热，从而使有机溶剂挥发。随后，将包括银金属和玻璃粉的组合物在玻璃基板层2或有色陶瓷带6上进行烧结，从而形成导电层3。众所周知，导电层3可以用作诸如除雾器和除霜器的印刷热线(printed hot-wire)，也可以用作天线。
银金属的粒径可以为例如0.1μm至10μm，优选为0.2μm至7μm(被确定为D50)。在导电层3中，银金属的含量可以为例如65mass％至99mass％，优选为75mass％至98mass％。
除了上述工艺之外，还可以通过其它方法获得导电层3。作为示例的这种其它工艺可以有数码印刷工艺。
通过步骤(C)，获得所需的车辆玻璃组件1。在步骤(C)中，将块4p夹在平坦部分5d和连接端子3a之间，然后将块4p熔化并且可以将块4p压在平坦部分5d和连接端子3a之间以在其间形成焊料连接，从而形成无铅焊料层4。通过该工艺，无铅焊料层4的厚度可以比块4p的薄。在将块4p熔化的工艺(回流焊接工艺)中，可以将块4p从无铅焊料的熔化温度加热到该熔化温度以上的50℃。可以使用烙铁或连接器5a的电加热进行回流焊接工艺。优选通过连接器5a的电加热进行回流焊接工艺。
无铅焊料层4的厚度期望在0.1mm与0.3mm之间。如果厚度大于0.3mm，则在熔化工艺期间或者在使用安装在车辆中的窗户玻璃1时，玻璃基板层2和焊料层4之间的热膨胀行为差异可能会在玻璃基板层2或导电层3的界面处引起机械应力。机械应力可能会增加玻璃基板层2中永久拉伸应力的风险，从而导致玻璃基板层2中出现裂纹。另一方面，如果该厚度小于0.1mm，则可能会增加回流焊接工艺期间在焊料层处生成热点(hot spot)的风险。该热点的生成可能会引起玻璃基板层2中的残余应力，然后导致玻璃基板层2中出现裂纹。
考虑到所有这些因素，无铅焊料层4的厚度优选在0.15mm与0.25mm之间。
实验性的示例1
提供了基础测试样品。该样品包括：非钢化玻璃基板层2，厚度为3mm并由ISO16293-1定义的钠钙硅酸盐玻璃制成；以及导电层3，包括如图1、图2和图4所示的导电线图案3b和连接端子3a。连接端子3a的形状和面积分别为矩形和15mm2。这对应于该方法的步骤(B)。
如图1至图4所示，提供了包括连接器5a、金属(铜)线5b和覆盖线5b的PVC护套5c的线束5。连接器5a由厚度为0.3mm的Invar 48(FeNi48合金)金属板制成，并且是压接金属线5b的B压接。连接器5a的平坦部分5d为矩形并且面积为11.25mm2。将由Sn(96.5mass％)-Ag(3.0mass％)-Cu(0.5mass％)制成的无铅焊料焊接到平坦部分5d上，以形成块4p。平坦部分5d上的块4p远离平坦部分5d的所有边缘。在该示例中，焊料量为7.5mg，并且块4p的体积和厚度分别为1.012mm3和0.2mm。这对应于该方法的步骤(A)。
将块4p放置在连接端子3a上，以使块4p夹在平坦部分5d和连接端子3a之间。对连接端子3a进行电加热，使得块4p熔化以在连接器和连接端子之间形成焊料连接。这对应于该方法的步骤(C)。通过步骤(C)，无铅焊料没有从平坦部分5d和连接端子3a之间的空间溢出。在该实验中，将焊接后的样品作为车辆玻璃组件1。
对根据示例1制备的10个样品进行了以下热循环测试。
(1)在12小时内从-40℃至+80℃交替循环重复20次。
(2)将每个样品在-40℃保持4小时以及在+80℃保持4小时，其中正温度下湿度控制保持为80％，负温度下湿度控制为不受控的。
在热循环测试中，对于10个样品中的任意一个，在玻璃基板层2中均未观察到裂纹。
示例2
重复示例1的步骤，不同之处在于：无铅焊料的量为8.8mg，并且块4p的体积和厚度分别为1.196mm3和0.2mm。在热循环测试中，对于样品中的任意一个，在玻璃基板层2中均未观察到裂纹。
示例3
重复示例1的步骤，不同之处在于：无铅焊料的量为4.8mg，并且块4p的体积和厚度分别为0.65mm3和0.2mm。在热循环测试中，对于样品中的任意一个，在玻璃基板层2中均未观察到裂纹。
比较例1
重复示例1的步骤，不同之处在于：无铅焊料的量为32.5mg，并且块4p的体积和厚度分别为4.4mm3和0.5mm。在热循环测试中，在该比较例中，在10个样品中观察到7个样品出现了裂纹。
比较例2
重复示例1的步骤，不同之处在于：无铅焊料的量为14mg，并且块4p的体积和厚度分别为1.9mm3和0.2mm。在该比较例中，在10个样品中观察到4个样品出现了裂纹。

Claims (9)

1.一种车辆玻璃组件的生产方法，包括：
(A)提供线束，所述线束包括：
金属线，
连接器，所述连接器在所述金属线的端子处，包括由金属板制成的平坦部分，以及
无铅焊料块，所述无铅焊料块包含锡作为主要成分，焊接在所述连接器的所述平坦部分上；
(B)提供玻璃基板层，在所述玻璃基板层上方形成包括导电线图案和连接端子的导电层；
(C)将所述块夹在所述连接器的所述平坦部分和所述导电层的所述连接端子之间，然后将所述块熔化以在所述连接器和所述连接端子之间形成焊料连接；
其中所述无铅焊料的量在4mg至13mg之间，
其中所述平坦部分上的所述块远离所述平坦部分的所有边缘，
其中在所述焊料连接时所有无铅焊料布置在所述平坦部分和所述连接端子之间。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其中所述无铅焊料的量在4.5mg至10mg之间。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其中所述平坦部分的面积在10mm2至15mm2之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的生产方法，其中所述金属板的厚度在0.2mm至0.4mm之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产方法，其中所述连接器是压接所述金属线的B压接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的生产方法，其中所述块的体积在0.6mm3至2mm3之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的生产方法，其中所述块的厚度在0.2mm至0.4mm之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的生产方法，其中所述导电层是印刷热线，并且所述玻璃基板层是非钢化玻璃。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的生产方法，其中所有无铅焊料从所述平坦部分的所有边缘凹入。
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