DD143245B1

DD143245B1 - Verfahren zur herstellung elektrisch heizbarer glasscheiben

Info

Publication number: DD143245B1
Application number: DD21247979A
Authority: DD
Inventors: Guenther Goermar; Gerhard Essenburger; Gerhard Horn
Original assignee: Guenther Goermar; Gerhard Essenburger; Gerhard Horn
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1982-12-15
Also published as: DD143245A1

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Verbesserung der Lot bar keil; von Sanmelschienen heizbarer Glasscheiben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit galvanisch verstärkter Leitersysteme heizbarer Glasscheiben, die zur Eis- und Beschlagfreihaltung in Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Schiffen und dgl. Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, heizbare Glasscheiben durch Siebdruckauftrag eines aus parallelen Heizleitern und seitlich begrenzenden Sa ar.iel schienen bestehenden Leiter sy stem's auf der Basis eines Leitsilberpräparates, Einbrennen und galvanische Verstärkung des Leitersystems sowie abschließende Kontaktierung durch Auflöten von Strotnansсhlußelementen auf die Samtnelschienen herzustellen.

Durch die galvanische Verstärkung wird der elektrische Widerstand R des eingebrannten Leitersystems soweit herabgesetzt, bis unter Berücksichtigung der vorgegebenen Anschlußspannung U die gewünschte elektrische Heizleistung N gemäß N = U /S erreicht ist.

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Aufgrund der Abhängigkeit der elektrischen Heizleistung vom elektrischen Widerstand werden höchste Anforderungen an dessen Einhaltung gestellt. So ist z. B. bei heizbaren Heckscheiben für Personenkraftwagen mit einer Heizleistung von 100 V/ und einer zulässigen Toleranzbreite von - 10 V/ sowie einer Anschlußspannung von 12 V der elektrische Widerstand von 1,44- Ω mit einer Genauigkeit von - 0,14 fi einzustellen.

Da der elektrische Widerstand R des Le lter sys te ins bei konstanter Hei'sleiterlänge 1 und konstantem spezifischen Y/iderstand ? nach R=?. 1/F ausschließlich von der Querschnittsfläche P der Heizleiter abhängt, muß die Dicke der galvanisch aufgebrachten Schicht; oder des galvanisch aufgebrachten Schichtsysteais mit entsprechender Genauigkeit eingestellt werden. Die Dicke der galvanisch aufgebrachten Schicht oder des galvanisch aufgebrachten Schicht systems ergibt sich somit zwangsläufig aus den elektrischen Parametern des gewünschten Leitersystetns, wobei aufgrund der vorgegebenen Heizleistung ein bestimmter Schichtdickengrenzwert nicht überschritten vierdeη darf.

Beim Auflöten der Stromanschlußelemente auf die Sanme!schienen kommt es häufig zu Ablegierungserscheinungen der eingebrannten Leitsilberschicht durch das heiße, flüssige Lot. Diesem bekannten Effekt der Ablegierung sehr dünner Schichten beim Löten begegnet man in der Galvanotechnik dadurch, daß bestimmte Mindestschichtdieken aufgebracht werden. Wie Versuche zeigten, sind z. B. im Falle der Verkupferung mit nachfolgender Vernickelung eines eingebrannten Leitsilberpräparates eine Kupferauflage von ca. 10 /am und eine Wickelauflage von ca. 1 bis 5 /ли als Mindestschichtdiсken unbedingt erforderlich, um überhaupt eine Lötbarkeit zu erreichen.

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Bei der galvanischen Verstärkung der Leitersysteme heizbarer Glasacheiben bewegen sich die zur Einstellung des elektrischen Endwiderstandes und somit der Heizleistung und/oder des Korrosionsschutzes erforderlichen galvanisch aufgebrachten Schichten bezüglich ihrer Dicke unterhalb oder im Grenzbereich o. g. Mindest schichtdicken. Die Folge der beim Auflöten dor Str'omanschlußelemente auftretenden Ablegiorungseffekte ist eine erheblich verminderte Haftfestigkeit zwischen den Sammelschienen und den Stromanschlußelementen. Damit verbunden ist eine hohe Ausschußquote.

Eine Erhöhung der Schichtdicke über die den elektrischen Endwiderstand bestimmende Schichtdicke hinaus ist nicht möglich, da die elektrische Heizleistung dem vorgegebenen Wert entsprechen muß.

Die galvanische Aufbringung dickerer Schichten ohne Unterschreitung des vorgegebenen Endwiderstandes durch die Realisierung höherer Ausgangswiderstände des eingebrannten Leitersystenis, z. B. durch einen geringeren Silbergehalt des Leitsilberpräparates oder durch Heizleiter geringeren Querschnittes, hat den Nachteil, daß die Expositionszeiten im Galvanisierbad und somit die Takt zeiten der Galvanisierung sehr lang sind. Ein weiterer Nachteil ist, daß Le itersysteme erhöhten Ausgangswiderstandes bei einem üblichen Galvanisierstrom von 10...20 A/ heizbarer Glasscheibe infolge der verlängerten Expositionszeit einem starken Einfluß des Elektrolyten ausgesetzt sind, und es zur Auslaugung der säurelöslichen Bestandteile des eingebrannten Leitsilberpräparates kommt, insbesondere im Bereich der H_eizloiter. ^Die Haftfestigkeit der Heizleiter und Sammelschienen auf der Glasoberfläche wird dadurch so stark herabgesetzt, daß sie sich in vielen Fällen leicht ablösen lassen.

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Eine Verkürzung der Expositionszeib bei heizbaren Glasscheiben höheren Ausgangswiderstandes durch Erhöhung dos Galvanisierstromes ist andererseits wegen der Grenzstromdichte nicht möglich·

Die in der DE-PS 1 300 039 beschriebene Verbesserung der Haltbarkeit von Lötverbindungen durch Kröpfung.des die Anschlußfahne tragenden Mittelteiles des Stromanschlußelementes dient dem Abbau thermischer Spannungen. Ablegierungseffekte im Bereich der Lötstelle, insbesondere bei geringen Dicken der eingebrannten Leitailberschicht und der galvanisch aufgebrachten Schichten, werden dadurch nicht verhindert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch ein Verfahren die Lötbarkeit und Haftfestigkeit der zum Auflöten der Stromanschlußelernente vorgesehenen SamrneIschienenbereiche heizbarer Glasscheiben zu verbessern und die aufgezeigten Mängel zu beseitigen.

Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit und Haftfestigkeit der zum Auflöten der Stromanschiußeledentс vorgesehenen Bereiche der Sammelschienen heizbarer Glasscheiben zu schaffen, ohne den galvanisch einzustellenden Endwiderstand zu unterschreiten und damit die vorgegebene elektrische Heizleistung der heizbaren Glasscheiben zu überschreiten.

Erfindungsge maß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß außer den zur galvanischen Einstellung des 'Widerstandes und/oder zum Korrosionsschutz des Leitersystems erforderlichen üblichen

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Anoden in einer oder mehreren Galvanisierstufen Zusatzanoden im Abstand von 5»»ИОО юга gegenüberliegend zu den zug Auflöten der Stromanachlußelemente vorgesehenen Bereichen der Sammelschienen angebracht werden, diese Bereiche während der zum Zwecke der V/iderstandserniedrigung und/oder des Korrosionsschutzes erforderlichen Expositionszeit einer lokal begrenzten 2,5...5fsch höheren Stromdichte ausgesetzt werden und in diesen Bereichen eine lokal begrenzte höhere Dicke der galvanisch aufgebrachten Schicht oder des Schichtsystems eingestellt wird.

Überraschenderweise zeigte sich, daß die durch die höhere Stromdichte bedingte 2,5...5fach höhere Metallauflage in den zum Auflöten der Stromanschlußelemente vorgesehenen Bereichen der Samnelschienen keine Unterschreitung des gewünschten Endwiderstandes und damit keine Überschreitung der vorgegebenen elektrischen Heizleistung bewirkt. Die anderen Bereiche des Leitersyste ms weisen nur die zur Einstellung des Endwiderstandes und/oder Korrosionsschutzes unbedingt erforderlichen Schichtdicken.auf»

Zwecks lokaler Begrenzung der höheren Dicke der galvanisch aufgebrachten Schicht oder des Schichtsystems auf den zum Auflöten der Stromanschiußele mente vorgesehenen Bereichen der Sammelschienen entsprechen, die Zusatzanoden in Größe und Form diesen Bereichen erhöhter Stromdichte und damit erhöhter Schichtdicke. Während der Abstand zwischen den der Einstellung des Endwiderstandes und/oder des Korrosionsschutzes dienenden Anoden und dem katodisch geschalteten Leitersystem durch die Abmessungen des Galvanisierbehälters festgelegt ist, kann die höhere Stromdichte und damit die höhere 1','e tallauf lage sowohl über das an den Zusatzanoden anliegende Potential ala auch über den Abstand zwischen den Zusatzanoden und dem Leitersystea oder durch Kombination beider Möglichkeiten gesteuert werden.

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Analog den der Einstellung des Endwiderstsndea und/oder Korrosionsschutzes dienenden Anoden können die Zusatzanoden aus dem abzuscheidenden Metall bestehen« Die Reproduzierbarkeit ist bei diesen Zusatzanoden begrenzt, da sie allmählich im Elektrolyten in Lösung gehen. Derartige Zusatzanoden eignen sich insbesondere bei der Fertigung von* heizbaren Glasscheiben geringerer Stückzahlen zur Erzielung sehr axcker Schichten oder Schichtsystene auf den zum Auflöten der Stromanschlußelemente vorgesehenen Bereichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Zusatzanoden aus einem unlöslichen Anodenmaterial, z. B. aus Titan oder platiniertern Titan. Insbesondere bei der Fertigung von heizbaren Glasscheiben größerer Stückzahlen werden derartige Zusatzanoden bevorzugt, die sich bei anodischer Schaltung in dem betreffenden Elektrolyten nicht auflösen und auch bei einer längeren Betriebsdauer eine hinreichend reproduzierbare Metallauflage gewährleisten.

Zur Vermeidung etwaiger Streueffekt der Zusatzanoden, die sich insbesondere auf die benachbarten Bereiche der Heizleiter auswirken können, wird in einer weiteren vor beilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, von den Zusatzanoden ausgehende und bis auf 1...10 ша an das katodisch geschaltete Leitersystem heranreichende Abscnirmungen aus einen: nichtleitenden, elektrolytbeständigen Material anzubringen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zusatzanoden zwecks Vermeidung zusätzlicher Montage- und Justierarbeiten mit den zur katodiachen Schaltung des Leitersyste ms verwendeten Schraub-, Klemm- oder Federkontakten kombiniert, wobei die Anoden- und Katodenzuführung durch ein nichtleitendes, elektrolytbeständiges I.''aterial voneinander isoliert sein müssen. Die an den Schraub-, KIean- oder Federkontakben isoliert befestigten Zusatzanoden werden in ihrer Größe und Form dann so ausgelegt, daß sich bei

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Kontaktgebung nahe den auf den Sammelschienen vorgesehenen Bereichen zum Auflöten der Stromanschlußelemente diese Bereiche im Einflußbereich der parallel zu den Sammelschienen angeordneten Zusatzanoden befinden und somit einen höheren Metaliauftrag erhalten.

Die gegenüber herkömmlichen Verfahren etwa 2,5...5fach höhere Dicke der galvanisch aufgebrachten· Schicht oder des Schichtsystems in den zum. Auflöten der Stromanschlußelemente vorgesehenen Bereichen verhindert Ablegierungseffekte während des Lötens und erhöht die Stabilität der Lötverbindung wesentlich.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Erreichung lokal begrenzter Bereiche höherer Dicke der galvanisch aufgebrachten Schicht oder des Schichtsystems mittels Zusatzanoden beschränkt sich dabei nicht auf den Anwendungsfall zur Verhinderung von Ablegierungseffekten beim Auflöten von Stromanschiußelementen bei heizbaren Glasscheiben und zur Erhöhung der Haltbarkeit der Lötverbindung, sondern kann überall dort angewendet werden, wo ein lokal begrenzter höherer Metallauftrag eines Leitersystems erwünscht ist.

Ausführungsbeisp,iel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel der Herstellung heizbarer Glasscheiben näher erläutert werden. So sollen bei einer Anschlußspannung U von 12 V die heizbaren Glasscheiben eine elektrische Heizleistung N von 100 V/ ί 10 V/ aufv/eisen, nach N = tr/H ist somit ein elektrischer Widerstand R von 1,44Q ί 0,14 Q einzustellen.

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Auf der Basis eines Leitsilberpräparates und unter Verwendung einer Schablone mit maschenüberquerender Kopierschicht werden im Siebdruckverfahren in bekannter Weise aus parallelen Heizleitern und seitlich begrenzenden Sammelschie- nen bestehende Leitersysteme auf die planen Glasscheiben auf~ gebracht und nach den: Trocknen während des Fertigungsprozesses von gebogenem Einscheibensicherheitsglas eingebrannt.

Die bei einer Stromstärke von 10 A/heizbarer Glasscheibe sich anschließende Galvanisierung besteht in einer Vorverkupferungsstufe einheitlicher Expositionszeit von 2 иіп für alle heizbaren Glasscheiben zwecks Überbrückung von auf den Siebdruck zurückzuführenden Haarrissen, einer Maßverkupferungsstufe zur Einstellung des Endwiderstandes auf 1,44-.Q £ 0,14· Ω bei einer Expositionszeit von 3»5 min, die anhand einer Widerstandsmessung nach der Vorverkupferung festgelegt wurde, sowie einer abschließenden Vernickelungsstufe einheitlicher Expositionszeit von 3 Eiin für alle heizbaren Glasscheiben zum Auftragen einer Korrosionsschutzschicht.

Die nach der Vorverkupferungsstufe ermittelten elektrischen Widerstandswerte von durchschnittlich 3j5Ω/heizbarer Glasscheibe sind so gering, daß innerhalb der zur Erreichung des Endwiderstandes von 1,Wß- 0,14 Ω erforderlichen Expositionszeit der einzelnen Galvanisierstufen eine ca. 10 /jm dicke Kupferschicht und eine ca. Зя^ш dicke Kickelschicht abgeschieden werden. Einschließlich der eingebrannten ca. 15>um dicken Leitsilberschicht beträgt somit die Gesamtschichtdicke nur ca. 28 μιη und bewegt sich damit im. Grenzbereich der zur Vermeiduxig unervunseliger AOle^levcn^soi^reXi^c егГог-сгііс/.юіі I,^T:ndestschichtdickcn beim Löten. Beim Auflöten der Stroaanschlußelemente auf die Samnelschienen konmt es daher zu einer hohen Ausschußquote infolge des durch das Schichtsystem durchschlagenden heißen, flüssigen Lots und zu einer instabilen Lötverbindung der Stromanschlußelemente.

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Zwecks Beseitigung dieses Mangels werden erfindungsgemäß während der beschriebenen Galvanisierstufen Zusatzanoden von Größe und Form der vorgesehenen Lobbereiche im Abstand von 5 mm bis 100 aim zu diesen Lötboreichen der Satnme!schienen angebracht, um einen in Abhängigkeit vom Abstand zum katodisch geschalteten Leitersystem sowie dea angelegten Potential gegenüber den übrigen Bereichen dickeren Metallauftrag innerhalb der zur Endeinstellung des Widerstandes und galvanischen Aufbringung der Korrosionsschutzschicht erforderlichen Expositionszeiten zu ermöglichen.

Wie Fig. 1 zeigt, wird die heizbare Glasscheibe 1 mit den aus parallelen Heizleitern 2 und seitlich begrenzenden Sammelschienen 3 bestehendem Leitersystem gegenüber den der Vorverkupferung, Maßverkupferung und der abschließenden Vernickelung dienenden Anoden 4 positioniert. Der Abstand zwischen den der Einstellung des Endwiderstandes und des Korrosionsschutzes dienenden Anoden 4 und dem über die Katodenschiene 5 und den Klemmstellen б katodisch geschalteten Leitersystem ist im wesentlichen durch die Abmessungen des Galvanisierbehälters 7 festgelegt. Im geringen Abstand gegenüberliegend zu den vorgesehenen Lötbereichen 8 der Sammelschienen 3 befinden sich die über die Anodenschiene .9 gespeisten Zusatzanoden 10, die auch von einer seperaten Spannungsquelle gespeist werden können, zur Erzeugung einer lokal begrenzten Stromdichteerhöhung in den vorgesehenen Lötbereichen 8.

Fig. 2 zeigt die von der katodi sehen KIe ήπια te He 6 räumlich getrennte Zusatzanode 10 gegenüber dem vorgesehenen Lötbereich 8, wobei eine von der Zusatzanode 10 ausgehende und bis fast an den Lötbereich 8 heranreichende Abschirmung 11 aus einem nichtleitenden, elektrolytbeständigen Material etwaige Streueffekte der Zusatzanode 10 auf die angrenzenden Bereiche der Heizleiter 2 verhindert , Vorrangig bei Abständen der Zusatzanoden

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von größer als 50 mm. von der Sammelschiene 3 empfiehlt en sich, eine Abschirmung 11, z. B. aus 1...2 min dicken Polyvinylchloridplatten, so an der Zusatzanode 10 zu befestigen, daß sie, senkrecht zur Oberfläche der heizbaren Glasscheibe 1 zeigend und den vorgesehenen Lötbereich 8 begrenzend, bis auf 1...10 mm an die Sammelschiene 8 des katodisch geschalteten Leitersystems heranreicht.

Als bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 3 die Kombination der Zusatzanode 10 mit.dem zur katodischen Schaltung des Le itersysteras verwendeten Schraubkontakt 12 gezeigt. Eei dem als Spannungsteilerschaltung ausgelegten Leitersystem befinden sich beide Lötbereiche 8 in unmittelbarer Nahe zueinander auf der unterbrochenen Sammelschiene 3· Unter katodischer Überbrückung dieser Satnmelschienenunterbrechimg während der Galvanisierung durch die Klemmstellen 6 können durch die Zusatzanoden 10 auf die Lötboreiche 8 lokal begrenzte höhere Schichtdicken abgeschieden werden. Die katodischen Klemmstellen 6 und die .Anodenzuführungen 13 sind dabei voneinander elektrisch isoliert.

Unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Zusatzanoden 10 aus Titanblech der Abmessungen 30 mm χ 10 mm χ 3 ^m, welche elektrisch isoliert an dem zur katodischen Kontaktgcbung de3 Leitersystems verwendeten Schraubkontakt 12 im Abstand von 5 mm gegenüber den vorgesehenen Lötbereichen 8 ohne Abschirmung befestigt sind, wird bei einer Stromstärke von 10 A/Zusatzanode im EaIi mc η der normalen Expositionszeiten der Galvanisier stufen eine gegenüber den anderen Bereichen des Leitersystems eine ca. 2,5fach höhere galvanische Schichtdicke in den vorgesehenen Lötbereichen 8 der unterbrochenen Sammelschiene 3 erzielt. Im einzelnen wurden auf die ca. 15 Mⁿ dicke Leitsilberschicht im Lötbereich eine ca. 23 /im dicke Kupferschicht gegenüber einer ca.-10yum dicken Kupferschicht in den

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übrigen Bereichen der SänneIschienen und eine ca» 7 /im dicke Nickelschicht gegenüber einer ca. 3 yum dicken Nickelschicht in den übrigen Bereichen der Sarane!schienen abgeschieden.

Untei Verwendung von Zusatzanoden aus platiniertem Titanblech konnte die Dicke des galvanisch aufgebrachben Schichtsystems im Lötbereich unter vergleichbaren Bedingungen um ca. das 3.t.3>5fache gegenüber den übrigen Bereichen erhöht werden,

Bestehen die Zusatzanoden, die ebenfalls mit den zur katodischen Kontaktgebung des Leitersystems vorgesehenen Schraubverbindung kombiniert sind, aus den in den einzelnen Galvanisierstufen abzuscheidendem tie tall, werden unter vergleichbaren Bedingungen ca. 5f&ch dickere Schichten auf den Lötbereichen erzeugt. Im einzelnen wurden auf die Ga. 15 /jn dicke Leitsilberschicht im Lötbereich eine ca. 55 /-im dicke Kupferschicht gegenüber einer ca. 10 jun dicken Kupferschicht in den übrigen Bereichen der Samnelschienen und eine ca. 18 jlaxi dicke Nickelschicht gegenüber einer ca. 3 jU®. dicken Nickelschicht in den übrigen Bereichen der Samnelschienen abgeschie den.

Eine Erhöhung der galvanischen Schichtdicke auf über 100 empfiehlt sich nicht, da es dann teilweise zu Abplatzerscheinungen kommen kann.

Durch die lokal auf die Lötbereiche der Sammelschiene]! begrenzte höhere Dicke der galvanisch aufgebrachten Schichten in einer Größenordung von 30...100 /лп lassen sich die Stromanschlußelenente problemlos auflöten, und die Haltbarkeit der Lötverbindung wird um das ca. 2...3fache erhöht.

Claims

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Erfiridunffsanspruch

1. Verfahren zur Verbesserung der Lösbarkeit von Sanmelsc.hieiien heizbarer Glasscheiben, gekennzeichnet dadurch, daß außer den zur galvanischen Einstellung des Widerstandes und/oder zum Korrosionsschutz de3 Leitersystens erforderlichen Anoden in einer oder mehreren Galvanisierstufen Zusatzanoden im Abstand von 5...100 игл gegenüberliegend zu den zum Auflöten der Stroraanschlußelemente vorgesehenen Bereichen der Sammelschieneη angebracht und diese Bereiche während der zum Zwecke der Widerstandserniedrigung und/oder des Korrosionsschutzes erforderlichen Expositionszeit einer lokal begrenzten höheren Stromdichte ausgesetzt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit den Zusatzanoden eine 2,5...5fach höhere Stromdichte eingestellt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzanoden in Größe und Form den lokal begrenzten Bereichen der höheren Stromdichte entsprechen.

A-. Verfahren nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzanoden aus dem abzuscheidenden I¹Aetall bestehen.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis ц._у gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzanoden aus einem im Galvanisierbad unlöslichen Material, z. B. aus Titan oder platiniertem Titan, bestehen.
6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzanoden durch eine gemeinsame oder getrennte Spannungsquelle gespeist werden.

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7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die höhere Stromdichte sowohl über das an den Zusatzanoden anliegende Potential als auch über den Abstand zwischen den Zusatzanoden und dem Loitcrsysten oder durch Kombination beider IJöqlichkeiten gesteuert wird.
8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7_} gekennzeichnet dadurch,

daß von den Zusatzanoden ausgehende und bis auf 1...10 nm an das katodisch geschaltete Leitersystem heranreichende Abschirmungen aus einen nichtleitenden, elektrolytbeständigen Material angebracht werden.

9« Verfahren nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet·dadurch, daß die Zusatzanoden bei voneinander isolierter Anoden- und Katodenzuführung kombiniert v/erden mit den zur katodischen Schaltung des Le it er sys te ins verwendeten Kontakten,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen