CN111902239A - 车辆玻璃组件的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆玻璃组件的生产方法，包括(A)提供连接器，连接器由金属板制成并且包括第一平坦部分、第二平坦部分以及连接在第一平坦部分和第二平坦部分之间的桥接部分，每个平坦部分具有各自的待焊接的表面，(B)将无铅焊料焊接到表面上，以分别在第一平坦部分和第二平坦部分的表面上形成无铅焊料的第一块和第二块，(C)提供玻璃衬底层，包括导线图案和汇流排的导电层形成在该玻璃衬底层上，以及(D)将无铅焊料块夹在平坦部分各自的表面与汇流排之间，然后熔化块以在连接器和汇流排之间形成焊料连接；其中在每个块中的无铅焊料的量在15mg至50mg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的制造，该车辆玻璃组件包括玻璃衬底层、在玻璃衬底层上面的导电层以及通过无铅焊料连接到导电层的电连接器。
背景技术
已知的车辆窗户玻璃组件包括：玻璃衬底层；导电层，在窗户玻璃衬底层上面；以及电连接器，具有待焊接至导电层的两个平坦部分和连接平坦部分的桥接部分。这种类型的电连接器称为“桥接器”。尽管桥接器先前已通过利用含铅焊料将连接器焊接至导电层来与导电层连接，但是车辆报废指令2000/53/EC要求使用无铅焊料代替。
无铅焊料的使用导致难以补偿玻璃衬底层和桥接器之间的机械应力，从而导致车辆玻璃组件中出现裂纹。机械应力可能会受包含焊料、导电层和桥接器的结合结构的影响。为了解决这个问题，美国专利8816214公开了一种包括玻璃衬底和由热膨胀系数接近玻璃衬底的热膨胀系数的金属制成的桥接器的窗户玻璃。WO2007/110610表明一种较薄的桥接器，优选地厚度为0.1mm至0.5mm，可以减小机械应力。
发明内容
技术问题
美国专利8816214中公开的窗户玻璃仍然被发现在玻璃衬底层中出现裂纹方面存在不足。因此，需要进一步改进。尽管WO2007/110610表明使用厚度为0.1mm至0.5mm的电连接器可以减小机械应力，但是我们发现在使用电阻加热连接器的焊接过程中，这种非常薄的电连接器很容易在连接器中形成热点。热点的产生可能导致在玻璃衬底层中的残余应力，从而导致玻璃衬底层中产生裂纹。
解决方法
本文的目的是提出一种新的车辆玻璃组件的制造方法，该车辆玻璃组件包括在玻璃衬底层上面的导电层以及通过无铅焊料焊接在导电层上的电连接器。
根据本发明的一个方面，提供一种车辆玻璃组件的生产方法，包括以下步骤：
步骤(A)：提供连接器，该连接器由金属板制成并且包括：
第一平坦部分，具有待焊接的第一表面，
第二平坦部分，具有待焊接的第二表面，以及
桥接部分，连接在第一平坦部分和第二平坦部分之间；
步骤(B)：将无铅焊料焊接到第一表面和第二表面上，以在第一表面上形成无铅焊料的第一块并且在第二表面上形成无铅焊料的第二块；
步骤(C)：提供玻璃衬底层，包括导线图案和汇流排的导电层形成在该玻璃衬底层上，以及
步骤(D)：将所述块夹在连接器的第一表面和第二表面中的每一个与汇流排之间，然后熔化块以在连接器和汇流排之间形成焊料连接；
其中每个块的量在15mg至50mg之间，
其中在第一表面和第二表面上的每个块远离第一平坦部分和第二平坦部分的所有边缘，
其中在焊料连接时所有无铅焊料布置在第一部分和第二部分与汇流排之间。
本发明的有益效果
我们发现当使用上述方法生产车辆玻璃组件时，可以松驰或减小玻璃衬底层和电连接器之间的机械应力，并且可以减少玻璃衬底层中裂纹的出现。
附图说明
[图1]图1是示出由当前的方法制成的车辆玻璃组件的主要元件的示意图；
[图2]图2是在图1的X-Y处的截面图；
[图3]图3是示出处于步骤(A)和步骤(B)之后的状态的桥接器的示意图；并且
[图4]图4是示出处于步骤(D)之前的状态的桥接器和玻璃衬底层的截面图，该截面图是在图1所示的截面线X-Y处截取的。
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。我们现在更具体地参照附图，在附图中，相似的附图标记在多个视图中指代相似的部件/元件。
为了更好地理解本发明，使用附图来描述本发明。图1示出在整个本发明中的车辆玻璃组件的示图。图2示出图1的X-Y截面。根据本发明的典型的实施例，车辆玻璃组件1包括：玻璃衬底层2；可选的有色陶瓷带6，烧结在玻璃衬底层2的外围部分上；导电层3，包括汇流排3a和导电线图案3b，烧结在玻璃衬底2上和/或有色陶瓷带6上；无铅焊料层4，在导电层3上；以及桥接器5，包括第一和第二平坦部分5a1、5a2以及连接平坦部分5a1、5a2的桥接部分5b。这些部分中的每一个由金属板制成。平坦部分5a1、5a2具有各自的第一和第二表面5c1、5c2。在该方法的步骤(B)中焊接第一和第二表面5c1、5c2。在桥接器5和导电层3之间经由无铅焊料层4形成焊料连接。图3和图4涉及该方法的步骤(A)、(B)、(C)和(D)，详细描述如下。
车辆玻璃组件1由一种生产方法来生产，该生产方法包括：
(A)提供连接器5，该连接器5由金属板制成，并且包括设置第一表面5c1的第一平坦部分5a1、设置第二表面5c2的第二平坦部分5a2以及连接在第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2之间的桥接部分5b；
(B)将无铅焊料焊接到第一表面5c1和第二表面5c2上，以在第一表面5c1上形成无铅焊料的第一块4p1并且在第二表面5c2上形成无铅焊料的第二块4p2，
(C)提供玻璃衬底层2，在玻璃衬底层2上形成包括导线图案3b和汇流排3a的导电层3，以及
(D)将各自的块4p1、4p2夹在第一表面5c1和第二表面5c2与汇流排3a之间，然后熔化块4p1、4p2以在连接器5和汇流排3a之间形成焊料连接；
其中每个块的量在15mg至50mg之间；
其中在第一表面5c1和第二表面5c2上的每个块4p1、4p2远离第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2的所有边缘，
其中在焊接连接时所有无铅焊料布置在第一部分5a1和第二部分5a2与汇流排3a之间。
如果块量小于15mg，则焊料连接可能会变弱。另一方面，如果块量大于50mg，则在玻璃衬底层2和桥接器5之间的机械应力的补偿可能太小，导致在玻璃衬底层2、导电层3和/或有色陶瓷带6中出现裂纹。鉴于这些因素，该量可以优选地在15mg至45mg之间，更优选地在20mg至45mg之间。该量可以少于45mg，例如，44mg或以下。
在焊料连接时，如果无铅焊料从平坦部分5a1、5a2和汇流排3a之间的空间溢出，则这种结构可能在玻璃衬底层和电连接器之间提供机械应力。因此，在步骤(B)中，不仅块量重要，而且焊接位置也很重要。因此，在步骤(B)中，将每个块4p1、4p2焊接在第一表面5c1和第二表面5c2上，以远离第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2的所有边缘。通过这些步骤，车辆玻璃组件1包括所有无铅焊料设置在第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2与汇流排3a之间的焊料连接。进一步，车辆玻璃组件1可以包括所有无铅焊料从第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2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是示出在步骤(A)和(B)之后的桥接器5的主要截面的示意图。由无铅焊料制成的块4p1、4p2焊接在桥接器5的第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2上。平坦部分5a1、5a2由金属板制成，特别地桥接器5的整体可以由一块金属板制成。桥接器5可以经由金属线与诸如放大器、电源、音频设备、无线电设备、电视、导航系统等的设备连接，并且这可以是已知的方式。
第一表面5c1和第二表面5c2中的每一个的面积可以在10mm2至28mm2之间。在面积小于10mm2的情况下，焊料连接可能会变弱。另一方面，如果面积大于28mm2，由于无铅焊料的脆性和玻璃衬底层2、无铅焊料层4和连接器3a中的热膨胀系数差异，更多的机械应力倾向于转移至玻璃衬底层2。鉴于这些因素，第一表面和第二表面中的每一个的面积可以更优选地在10至26mm2之间，尤其在13至26mm2之间。
在步骤(C)中，金属板的厚度也可影响熔化块4p1、4p2的过程。当进行熔化过程时，金属板越厚，需要的热能越多，这可能导致在焊料连接中更多的机械应力。另一方面，金属板越薄，处理或制造连接器3a就越困难。鉴于这些因素，金属板的厚度可以优选地在0.5mm至0.8mm之间，更优选地在0.55mm至0.7mm之间，还更优选地在0.55mm至0.65mm之间。
第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2的形状可以为矩形、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，在铁合金中包含48％的镍)的包括Ni或Cr的Fe合金。在这些材料中，Fe合金是优选的，并且INVAR 48是最优选的。第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2之间的距离可以优选地在4mm至15mm之间。桥接部分5b和在下方的导电层3之间的空隙通常可以在0.4mm至1.5mm之间。
在步骤(B)中，无铅焊料焊接在第一表面5c1和第二表面5c2上以形成块4p1、4p2。每个块4p1、4p2的体积可以期望在2mm3至12mm3之间。在体积小于2mm3的情况下，焊料连接有时可能会变弱。另一方面，在体积大于12mm3的情况下，在玻璃衬底2和桥接器5之间的机械应力的补偿有时可能太小，导致玻璃衬底层2、导电层3和/或有色陶瓷带6中出现裂纹。鉴于这些因素，每个块的体积通常可以在2mm3至10mm3之间，优选地在2mm3至8mm3之间，更优选地在3mm3至8mm3之间。
每个块4p1、4p2的厚度还可影响无铅焊料层4的质量。如果无铅焊料的量有限，块4p1、4p2的厚度不合适可能导致具有孔隙的不均匀层4，这可能导致玻璃衬底层2中的机械应力。考虑到这些因素，厚度通常可以在0.3mm至0.5mm之间，优选地在0.35mm至0.45mm。
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％，优选地为96mass％至98mass％。Ag的含量可以为例如1mass％至5mass％，优选地为2mass％至4mass％。Cu的含量可以为例如0mass％至1.5mass％，优选地为0.1mass％至1mass％。
图4是示出在步骤(D)之前的桥接器和玻璃衬底层的截面图；截面图是在图1的线X-Y处的。通过步骤(C)提供包括导电层3的玻璃衬底层2。玻璃衬底可选地包括在玻璃衬底层2和导电层3之间的有色陶瓷带6。玻璃衬底层2优选地具有弯曲的形状，例如由使平坦的玻璃片弯曲的已知工艺可获得。玻璃衬底层2可以是例如热钢化玻璃、化学钢化玻璃或夹层玻璃。作为玻璃衬底层2的材料，可以期望使用由ISO16293-1定义的钠钙硅酸盐玻璃。钠钙硅酸盐玻璃可以包括诸如氧化铁和氧化钴的着色剂，以显示诸如浅绿色、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，优选地包括无机耐热颜料和软化温度低于玻璃衬底层2的材料的软化温度的玻璃熔块。这种周缘带是众所周知的，并且有时被称为熔块层、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来使粘合区域不可见，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从5μm至25μm，优选地为从5μm至15μm。
有色陶瓷带6可以例如通过以下工艺获得。也就是说，通过丝网印刷法等将包括无机耐热颜料、玻璃熔块和有机溶剂的陶瓷浆施加在玻璃衬底层2的外围部分上，然后对陶瓷浆进行加热以使有机溶剂挥发。随后，将包括无机耐热颜料和玻璃熔块的组合物在玻璃衬底层上进行烧结，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，优选地为0.2μm至5μm，表示为D50值。可以使用已知的无机耐热颜料可以作为无机耐热颜料。作为黑色颜料的示例，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。
作为蓝色颜料的示例，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，可以使用白色颜料(例如，钛白、氧化锌等)、红色颜料(例如，红铁粉等)、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)以及本领域技术人员知晓的其他颜料。
通过加热过程使玻璃熔块熔化以形成有色陶瓷带6。可以使用普通的玻璃熔块作为玻璃熔块。作为合适的玻璃熔块的示例，可以有硼硅盐玻璃、硼-锌-硅酸盐玻璃、铋基玻璃等。玻璃熔块的软化温度可以是低于玻璃衬底层2的弯曲或成形温度的温度，例如为300-600℃，优选地为350-580℃。玻璃熔块的粒径期望可以为0.1μm至10μm，优选地为0.2μm至5μm，进一步优选地为1μm至4μm(被确定为D50)。在有色陶瓷带6中，由玻璃熔块制成的玻璃材料的含量通常可以为60mass％至80mass％。
还可以通过除了上述工艺以外的其他方法获得有色陶瓷带6。作为这种其他工艺的示例，可以有数码打印工艺。
优选地烧结在玻璃衬底层2上和/或有色陶瓷带6上的导电层3包括导电线图案3b也就是多条隔开的导线的图案，以及用于该图案的连接端子或汇流排3a。导电层3优选地由银金属(银或银合金)和可以从上文例示的示例中选择的玻璃熔块制成。导电层3的厚度可以为例如3μm至20μm，优选地为5μm至15μm，更优选地为12μm至17μm。
导电层3可以由以下工艺获得。也就是说，通过丝网印刷法等将包括银金属、玻璃熔块和有机溶剂的银浆施加在玻璃衬底层2上，或施加到已涂覆并已干燥的陶瓷有色浆上，然后对其进行加热以使有机溶剂挥发。随后，将包括银金属和玻璃熔块的组合物在玻璃衬底层2上或在有色陶瓷带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/或除霜器的印刷热线(printed hot-wire)，或用作天线。
银金属的粒径可以为例如0.1μm至10μm，优选地为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％，优选地为75mass％至98mass％。
还可以通过除了上述工艺以外的其他方法获得导电层3。作为这种其他工艺的示例，可以有数码打印工艺。
通过步骤(D)获得最终的车辆玻璃组件1。在步骤(D)中，焊料的每个块4p1、4p2夹在各自的平坦部分5a1、5a2与汇流排3a之间，然后使每个块4p1、4p2熔化，并且可以在平坦部分5a1、5a2与汇流排3a之间挤压每个块4p1、4p2以在桥接器5和汇流排3a之间形成焊料连接，从而形成无铅焊料层4。通过这个过程，每个无铅焊料层4的厚度可以比每个块4p1、4p2的薄。在使每个块4p1、4p2熔化的过程(回流焊接过程)中，可以将每个块4p1、4p2从无铅焊料的熔化温度加热到高于熔化温度以上的50℃。通过使用烙铁或通过桥接器5的电加热可以进行回流焊接过程。优选通过桥接器5的电加热进行回流焊接过程。
每个无铅焊料层4的厚度期望在0.1mm至0.3mm之间。在厚度大于0.3mm的情况下，玻璃衬底层2和焊料层4之间的热膨胀反应差异可能导致在回流焊接过程中或在使用安装在车辆中的窗户玻璃1的期间在玻璃衬底层2或导电层3的界面处的机械应力。机械应力可增加玻璃衬底层2中的永久拉伸应力的风险，从而导致玻璃衬底层2中出现裂纹。另一方面，在厚度小于0.1mm的情况下，可能增加在回流焊接过程中在焊料层产生热点的风险。热点的产生可以导致玻璃衬底层中的残余应力，这会导致玻璃衬底层中出现裂纹。
考虑到所有这些因素，无铅焊料层4中的每一个的厚度优选地在0.15mm至0.25mm之间。
实验研究
示例1
提供基础测试样本。该样本包括：热钢化玻璃衬底层2，厚度为3mm并且由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和汇流排3a。这对应于该方法的步骤(C)。
提供如图1至图4所示的包括第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2以及连接平面部分5a1、5a2的桥接部分5b的桥接器5。连接器5由厚度为0.8mm的Invar 48(FeNi48合金)金属板制成。平坦部分5a1、5a2分别具有第一表面5c1和第二表面5c2。这些表面中的每一个都具有正方形形状并且面积为24mm2。这对应于该方法的步骤(A)。
将由Sn(96.5mass％)-Ag(3.0mass％)-Cu(0.5mass％)制成的无铅焊料分别焊接到表面5c1、5c2上以形成块4p1、4p2。在第一表面和第二表面上的每个块4p1、4p2远离第一平坦部分5a1和第二平坦部分5a2的所有边缘。在这个示例中，每个块中的焊料的量是33.44mg，并且每个块4p1、4p2的体积和厚度分别是4.5mm3和0.4mm。这对应于该方法的步骤(B)。
将每个块4p1、4p2放置在汇流排3a上，以使每个块夹在各自的平坦部分5a1、5a2与汇流排3a之间。对桥接器3进行电加热以使块4p1、4p2熔化，以在连接器5和汇流排3a之间形成焊料连接。这对应于该方法的步骤(D)。通过步骤(D)，无铅焊料不会溢出平坦部分5a1、5a2和汇流排3a之间的空间。在该实验中，把所焊接的样本当作车辆玻璃组件1。
对根据示例1制备的10个样品进行以下热循环测试。
(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℃下保持4小时并且在+80℃下保持4小时，在正温度下保持80％的受控湿度，在负温度下湿度控制为不受控的。
10个样品中的任意一个在玻璃衬底层2中均未观察到裂纹。
示例2
重复示例1的过程，不同之处在于：每个无铅焊料块的量是44.34mg，并且每个块4p1、4p2的体积和每个块4p1、4p2的厚度分别是6mm3和0.4mm。在热循环测试中，样品中的任意一个在玻璃衬底层2中均未观察到裂纹。
示例3
重复示例1的过程，不同之处在于：每个无铅焊料块的量是21mg，并且每个块4p1、4p2的体积和每个块4p1、4p2的厚度分别是2.8mm3和0.4mm。在热循环测试中，样品中的任意一个在玻璃衬底层2中均未观察到裂纹。
比较例1
重复示例1的过程，不同之处在于：每个无铅焊料块的量是62mg，并且块4p1、4p2的体积和块4p1、4p2的厚度分别是8.4mm3和0.5mm。在热循环测试中，在该比较例1中，观察到10个样品中的7个样品出现裂纹。
比较例2
重复示例1的过程，不同之处在于：每个无铅焊料块的量是14mg，并且块4p1、4p2的体积和块4p1、4p2的厚度分别是2mm3和0.1mm。在热循环测试中，观察到10个样品中的3个中的焊料连接被破坏。

Claims (7)

1.一种车辆玻璃组件的生产方法，包括：
(A)提供连接器，所述连接器由金属板制成并且包括第一平坦部分、第二平坦部分以及
桥接部分，连接在第一平坦部分和第二平坦部分之间，所述平坦部分分别具有用于焊接的第一表面和第二表面，
(B)将无铅焊料焊接到所述表面上，以分别在第一表面和第二表面上形成无铅焊料的第一块和第二块，
(C)提供玻璃衬底层，包括导线图案和汇流排的导电层形成在所述玻璃衬底层上，以及
(D)将无铅焊料块夹在所述平坦部分各自的表面与所述汇流排之间，然后熔化块以在所述连接器和所述汇流排之间形成焊料连接；
其中在所述块中的每一个中的无铅焊料的量在15mg至50mg之间，
其中在第一表面和第二表面上的每个块远离第一平坦部分和第二平坦部分的所有边缘，
其中在焊料连接时所有无铅焊料布置在第一平坦部分和第二平坦部分与所述汇流排之间。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其中在所述块中的每一个中的无铅焊料的量是从20mg至少于45mg。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其中所述第一表面和所述第二表面中的每一个的面积在10mm2至28mm2之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的生产方法，其中形成所述连接器的金属板的厚度在0.5mm至0.8mm之间。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的生产方法，其中每个块的体积在2mm3至12mm3之间。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的生产方法，其中每个块的厚度在0.3mm至0.5mm之间。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的生产方法，其中所有无铅焊料从第一平坦部分和第二平坦部分的所有边缘凹入。
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