DE202017002497U1

DE202017002497U1 - Bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element

Info

Publication number: DE202017002497U1
Application number: DE202017002497.7U
Authority: DE
Original assignee: Fractal Technologies GmbH
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2017-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-11

Abstract

Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann, dadurch gekennzeichnet, ist dass es mit Lot der Variante 1 versehen ist und bei höheren Temperaturen von 100° bis 170°C eine höhere Festigkeit aufweist als z. B. SAC 305.

Description

Die Erfindung beinhaltet ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf geeignete Kontaktflächen von Scheiben, Gläsern oder einem Scheiben-Verbund gelötet oder gebondet werden kann. Das besondere an diesem bleifreien-elektrischen-Glas-Löt-Anschluß-Element ist, dass es im Gegensatz zu derzeit in Gebrauch befindlichen Anschlüssen, Vorteile bietet hinsichtlich der Einsatz-Temperaturen wenn diese höher sind als 100°C. Es weist bessere Festigkeitswerte auf und zeigt eine geringere Riß-Neigung an der Grenzfläche Basismaterial zu Lot sowie und Lot zum Glas-Silberdruck als andere typische und weit verbreitete Hoch-Zinn-Lote wie z. B. SAC 305.
Gängige bleifreie-elektrische-Glas-Löt-Anschluß-Elemente bestehen entweder aus Kupfer- oder Messing-Werkstoffen und haben eine dem Material entsprechende hohe bis sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aber auch gegenüber Glas einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der bei Verwendung von bleifreien Hoch-Zinn-Loten dann ursächlich für erhöhte mechanische Spannungen an der Grenzfläche zwischen Anschlußelement und Glas ist.
Abhilfe schaffen hier besondere Indium oder Wismut basierende Lote, die durch Ihre besonderen Materialcharakteristika die Spannungen zwischen Anschlußelement und Glas kompensieren bzw. ein inverses Ausdehnungs-Verhalten im Fall von Wismut beim Abkühlen zeigen, dabei aber Kompromisse im Temperatur-Einsatzbereich erfordern da diese in einem niedrigeren Temperatur-Bereich (ca. 110°C bis 150°C) als die gängigen bleihaltigen Legierungen (ca. 180°C bis 250°C) schmelzen. Insbesondere ist bei diesen Loten im höheren Temperaturbereich die Festigkeit stark reduziert.
Andere gängige bleifreie-elektrische-Glas-Löt-Anschluß-Elemente bestehen wiederum aus einer Kombination von Stahl- und Kupfer-Werkstoffen oder Stahl- und Messing-Werkstoffen (bei denen der Stahl-Teil; vorzugsweise meist als Brücke ausgeführt, das Glas kontaktiert. Dies wird wg. des gegenüber Kupfer oder Messing geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stahls gemacht Es kann aber auch das ganze Element aus Stahl gefertigt sein. Der Strom wird dabei oft über einen Flach-Steckkontakt üblicherweise eine Zunge entweder über ein flexibles Geflecht oder einen Draht der Brücke zugeleitet. Dabei finden insbesondere ausdehnungsarme Stähle Verwendung und werden mit einer Vielzahl von Lotlegierungen kombiniert, oftmals Hoch-Zinn-Loten. Diese haben aber den großen Nachteil einer den Stählen inhärenten, um ein vielfaches (Faktor 6 bis 40 und mehr), gegenüber Kupfer oder Messing, erhöhten spezifischen elektrischen Widerstand-Wertes und einer geringen Duktilität der verwendeten Lote wie z. B. bei SAC 305 Lot und deren Derivaten. Dies ist vor allem dann nachteilig wenn die Glasanschlüsse hohe elektrische Leistungen, wie zum Beispiel bei Heizfeldern üblich, auf die Scheibe oder den Scheiben-Verbund leiten sollen. Dabei helfen auch Beschichtungen der Stähle mit elektrisch stark leitfähigen Materialien wie z. B. Silber nicht signifikant, da die Beschichtungen zwar die elektrische Leitfähigkeit etwas erhöhen können, aber durch die geforderte Wirtschaftlichkeit nicht ausreichend große Querschnitte aufweisen und auch durch Applikation dickerer Schichten von Silber, die Vorteile des Stahls hinsichtlich des Thermischen Ausdehnungskoeffizienten konterkarieren würden. Auch die Material-Kombination von Stahl mit Hochzinn-Loten wie z. B. SAC 305 oder Derivaten ist problematisch da durch den Einsatzort (Glasscheibe) oftmals höhere Temperaturen oder große Temperaturunterschiede auf die bleifreien elektrischen Glas Anschluß Elemente einwirken – hierbei entstehen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Basismaterialien oder des Lotes zum Glas oftmals so große Spannungen dass die Kontaktierungsstellen beschädigt werden.
Für die beschriebenen bleifreien elektrischen Glas Löt Anschlußelemente ist es funktionell unerheblich, ob die Lotmaterialien als Pastendruck, als Draht oder Band gebondet werden oder im Reflow-Verfahren auf den Basis-Werkstoff aufgebracht werden.
Typischerweise können die hier beschriebenen bleifreien elektrischen Glas Löt Anschluß Elemente in drei Lot-Varianten ausgeführt werden.
Lot-Variante 1 besteht aus dem Innlot^® von Fa. Heraeus.
Die entsprechende Zusammensetzung nach Herstellerangaben lautet:
Sn mit Ag 3.8%, Cu 0.7%, Ni 0.15%, Sb 1.5%, Bi 3%
Lot-Variante 2 besteht aus dem Innlot^®-Derivat InnoRel HT1-Lot von Fa. Heraeus.
Die entsprechende Zusammensetzung nach Herstellerangaben lautet:
Sn mit Ag 2.5%, Cu 0.5%, In 2%, Nd mit ca. 1000 ppm und einem Kristall-Modifizierer
Lot-Variante 3 besteht aus Landal-Seal^® Lot von Fa. Pfarr
Bezugszeichenliste
Fig. 1.)Bleifreier-elektrischer-Glas-Löt-Anschluß mit segmentierten runden Löt-Pads schematisch

1: Brücke
2: Leiter mit optionaler Isolierung
3: Steck-Kontakt
4: Segmentierte Lötflächen mit Lot Variante 1, oder Lot-Variante 2 oder Lot-Variante 3

1: Brücke
2: Elektrische Funktionseinheit (z. B. Spule, Filter, Elektronik)
3: Steck-Kontakt
4: Segmentierte Lötflächen mit Lot Variante 1, oder Lot-Variante 2 oder Lot-Variante 3

1: Brücke
2: Leiter mit optionaler Isolierung
3: Steck-Kontakt
4: Lötfläche mit Lot Variante 1, oder Lot-Variante 2 oder Lot-Variante 3

Claims

Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann, dadurch gekennzeichnet, ist dass es mit Lot der Variante 1 versehen ist und bei höheren Temperaturen von 100° bis 170°C eine höhere Festigkeit aufweist als z. B. SAC 305.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung nach Anspruch 1 auf Glas gelötet werden kann, dadurch gekennzeichnet, ist dass es mit Lot der Variante 2 versehen ist und bei höheren Temperaturen von 100° bis 170°C eine höhere Festigkeit aufweist als z. B. SAC 305.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf Glas gelötet werden kam, dadurch gekennzeichnet, ist dass es mit Lot der Variante 3 versehen ist und bei höheren Temperaturen von 100° bis 170°C eine höhere Festigkeit aufweist als z. B. SAC 305
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es es mit Lot der Variante 1 versehen ist und eine geringere Rißneigung durch die Belastungen in Temperaturwechseltests an den Grenzflächen von Anschlußelement zu Lot sowie Lot zu Substrat zeigt als Hochzinn-Lote wie z. B. SAC 305.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es es mit Lot der Variante 2 versehen ist und eine geringere Rißneigung durch die Belastungen in Temperaturwechseltests an den Grenzflächen von Anschlußelement zu Lot sowie Lot zu Substrat zeigt als Hochzinn-Lote wie z. B. SAC 305
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es es mit Lot der Variante 3 versehen ist und eine geringere Rißneigung durch die Belastungen in Temperaturwechseltests an den Grenzflächen von Anschlußelement zu Lot sowie Lot zu Substrat zeigt als Hochzinn-Lote wie z. B. SAC 305
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kupfer oder eine Kupferlegierung mit einem Hochtemperaturlot der Variante 1 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kupfer oder eine Kupferlegierung mit einem Hochtemperaturlot der Variante 2 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kupfer oder eine Kupferlegierung mit einem Hochtemperaturlot der Variante 3 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Edelstahl mit Hochtemperaturlot der Variante 1 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Edelstahl mit Hochtemperaturlot der Variante 2 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Edelstahl mit Hochtemperaturlot der Variante 3 kombiniert.
Ein bleifreies-elektrisches-Glas-Löt-Anschluß-Element, welches auf Grund seiner besonderen Gestaltung auf Glas gelötet werden kann nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine veredelte Oberfläche mit einem Hochtemperaturlot der Variante 1, Variante 2 oder Variante 3 kombiniert.