ES2623795T3 - Cristal con un elemento de conexión eléctrica - Google Patents

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Andreas Schlarb
Lothar Lesmeister
Mitja Rateiczak
Bernhard Reul
Lothar Schmidt
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Abstract

Un cristal con un elemento de conexión eléctrica, que comprende: - un sustrato de vidrio (1), - una estructura eléctricamente conductora (2) con un espesor de capa de 5 μm a 40 μm sobre una zona del sustrato (1), - un elemento de conexión (3) y - una capa de una masa de soldadura (4) sin plomo, que conecta eléctricamente el elemento de conexión (3) con una zona parcial (12) de la estructura eléctricamente conductora (2), en la que - el elemento de conexión (3) contiene al menos una aleación de hierro-níquel o una aleación de hierro-níquel10 cobalto, - el elemento de conexión (3) está conectado en toda la superficie con la zona parcial (12) de la estructura eléctricamente conductora (2) a través de una superficie de contacto (11), y - la superficie de contacto (11) no presenta esquinas, y en el que el elemento de conexión (3) presenta un abombamiento (13) en el centro y la masa de soldadura (4) está engrosada en la zona del abombamiento (13).

Description

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DESCRIPCION
Cristal con un elemento de conexion electrica
La invencion se refiere a un cristal con un elemento de conexion electrica y un procedimiento economico y respetuoso con el medio ambiente para su fabricacion.
La invencion se refiere ademas a un cristal con un elemento de conexion electrica para velmculos con estructuras electricamente conductoras, como por ejemplo conductores de calefaccion o conductores de antena. Las estructuras electricamente conductoras estan unidas habitualmente con la unidad electrica de a bordo a traves de elementos de conexion electrica soldados. Debido a los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales usados aparecen tensiones mecanicas en la fabricacion y durante el funcionamiento, que pueden solicitar los cristales y provocar la ruptura del cristal.
Las soldaduras que contienen plomo presentan una elevada ductilidad que pueden compensar las tensiones mecanicas que aparecen entre el elemento de conexion electrica y el cristal gracias a una deformacion plastica. Sin embargo, debido a la Directiva sobre velmculos al final de su vida util 2000/53/CE, dentro de la CE se deben sustituir las soldaduras que contienen plomo por soldaduras sin plomo. La Directiva se designa en resumen con la abreviatura ELV (End of life vehicles, velmculos al final de la vida util). En este caso, el objetivo es desterrar componentes extraordinariamente problematicos de los productos como consecuencia del aumento masivo de electronica desechable. Las sustancias referidas son plomo, mercurio, cadmio y cromo. Esto se refiere entre otros a la imposicion de medios de soldadura sin plomo en aplicaciones electricas sobre vidrio y la introduccion de productos sustitutivos correspondientes.
El documento EP 1 942 703 A2 da a conocer un elemento de conexion electrica en los cristales de velmculos, siendo la diferencia de los coeficientes de dilatacion termica del cristal y elemento de conexion electrica < 5 x 10-6/°C. Para posibilitar una estabilidad mecanica y procesabilidad suficientes se propone usar un exceso de masa de soldadura. El exceso de masa de soldadura sale del espacio intermedio entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora. El exceso de masa de soldadura provoca elevadas tensiones mecanicas en la luna. Estas tensiones mecanicas conducen finalmente a la rotura del cristal.
El documento FR 1 104 595 A da a conocer un elemento de conexion electrica, que esta fabricado de una aleacion de hierro-mquel y esta soldado sobre una estructura calefactora sobre una luna.
El documento US 6.406.337 B1 da a conocer otra luna con estructura electricamente conductora y elemento de conexion soldado sobre ella. La masa de soldadura puede ser sin plomo. La superficie de contacto del elemento de conexion, a traves del que esta conectado el elemento de conexion en toda la superficie con la zona parcial de la estructura electricamente conductora, no tiene esquinas y esta configurada preferiblemente de forma circular para reducir las tensiones mecanicas.
El objetivo de la presente invencion es proporcionar un cristal con un elemento de conexion electrica y un procedimiento economico y respetuoso con el medio ambiente para su fabricacion, evitandose las tensiones mecanicas cnticas en el cristal.
El objetivo de la presente invencion se resuelve mediante un cristal con un elemento de conexion, que comprende las siguientes caractensticas:
- un sustrato de vidrio,
- una estructura electricamente conductora con un espesor de capa de 5 pm a 40 pm sobre una zona del sustrato,
- un elemento de conexion y
- una capa de una masa de soldadura sin plomo, que conecta electricamente el elemento de conexion con una zona parcial de la estructura electricamente conductora, en el que
- el elemento de conexion contiene al menos una aleacion de hierro-mquel o una aleacion de hierro-mquel-cobalto,
- el elemento de conexion esta conectado en toda la superficie con la zona parcial de la estructura electricamente conductora a traves de una superficie de contacto, y
- la superficie de contacto no presenta esquinas,
El elemento de conexion presenta un abombamiento en el centro y la masa de soldadura esta engrosada en la zona del abombamiento.
Sobre el cristal se aplica una estructura electricamente conductora. Un elemento de conexion electrica esta conectado electricamente con la estructura electricamente conductora gracias a una masa de soldadura sobre zonas parciales. La masa de soldadura sale del espacio intermedio entre el elemento de conexion y la estructura
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electricamente conductora preferiblemente con una anchura de salida < 1 mm.
En una configuracion preferida, la anchura de salida maxima es menor de 0,5 mm y en particular aproximadamente 0 mm. La anchura de salida maxima tambien puede ser negativa, es decir, retraerse en el espacio intermedio formado por el elemento de conexion electrica y la estructura electricamente conductora, preferiblemente en un menisco concavo.
La anchura de salida maxima esta definida como la distancia entre los cantos exteriores del elemento de conexion y el punto de la incorporacion de masa de soldadura, en el que la masa de soldadura queda por debajo de un espesor de capa de 50 pm.
La ventaja consiste en la reduccion de las tensiones mecanicas en el cristal, en particular en la zona cntica que esta presente en el caso de una gran incorporacion de masa de soldadura.
El primer coeficiente de dilatacion termica es preferiblemente de 8 x 10-6/°C a 9x10-6/°C. El sustrato es preferiblemente vidrio, que presenta un coeficiente de dilatacion termica de 8,3 x 10-6/°C a 9 x 10-6/°C en un rango de temperatura de 0°C a 30o°C.
El segundo coeficiente de dilatacion termica es preferiblemente de 8 x 10-6/°C a 9x10-6/°C, de forma especialmente preferida de 8,3 x 10-6/°C a 9 x 10-6/°C en un rango de temperatura de 0°C a 300°C.
El coeficiente de dilatacion termica del elemento de conexion puede ser < 4 x 10-6/°C.
La estructura electricamente conductora segun la invencion presenta preferiblemente un espesor de capa de 8 pm a 15 pm, de forma especialmente preferida de 10 pm a 12 pm. La estructura electricamente conductora segun la invencion contiene preferiblemente plata, de forma especialmente preferida partfculas de plata y fritas de vidrio.
El espesor de capa segun la invencion de la soldadura es preferiblemente < 7,0 x 10-4 m, de forma especialmente preferible < 3,0 x 10-4 m y en particular < 0,5 x 10-4 m. La masa de soldadura segun la invencion contiene preferiblemente estano y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de ellos. La fraccion de estano en la composicion de soldadura segun la invencion es del 3% en peso al 99,5% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 95,5% en peso, de forma especialmente preferida del 15% en peso al 60% en peso. La fraccion de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de ellos es en la composicion de soldadura segun la invencion del 0,5% en peso al 97% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 67% en peso, pudiendo ser la fraccion de estano, bismuto, indio, zinc, cobre o plata del 0% en peso. La composicion de soldadura segun la invencion puede contener mquel, germanio, aluminio o fosforo con una fraccion del 0% en peso al 5% en peso. La composicion de soldadura segun la invencion contiene de forma muy especialmente preferible Bi57Sn42Ag1, Bi59Sn40Ag1, ln97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67ln33, Bi33ln50Sn17, Sn77,2ln20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96,5Ag3,5 o mezclas de ellos. La masa de soldadura segun la invencion es sin plomo y no contiene plomo o solo mezclas de plomo relacionadas con la fabricacion.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente al menos 50% en peso a 75% en peso de hierro, 25% en peso a 50% en peso de mquel, 0% en peso a 20% en peso de cobalto, 0% en peso a 1,5 % en peso de magnesio, 0% en peso a 1% en peso de silicio, 0% en peso a 1% en peso de carbono o 0% en peso a 1% en peso de manganeso.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente cromo, niobio, aluminio, vanadio, wolframio y titanio con una fraccion del 0% en peso al 1% en peso, molibdeno con una fraccion del 0% en peso al 5% en peso, asf como mezclas relacionadas con la fabricacion.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente al menos 55% en peso a 70% en peso de hierro, 30% en peso a 45% en peso de mquel, 0% en peso a 5% en peso de cobalto, 0% en peso a 1% en peso de magnesio, 0% en peso a 1% en peso de silicio, o 0% en peso a 1% en peso de carbono.
El elemento de conexion segun la invencion contiene ademas preferiblemente al menos 50% en peso a 60% en peso de hierro, 25% en peso a 35% en peso de mquel, 15% en peso a 20% en peso de cobalto, 0% en peso a 0,5% en peso de silicio, 0% en peso a 0,1% en peso de carbono o 0% en peso a 0,5% en peso de manganeso.
El elemento de conexion segun la invencion esta revestido de forma especialmente preferida parcialmente con mquel, estano, cobre y/o plata. El elemento de conexion segun la invencion esta revestido de forma muy especialmente preferida con 0,1 pm a 0,3 pm de mquel y/o 3 pm a 10 pm de plata. El elemento de conexion se niquela, estana, encobra y/o platea. El Ni y Ag mejoran la capacidad de conduccion de corriente y la estabilidad a la corrosion del elemento de conexion y la humectacion con la masa de soldadura.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente Kovar (FeCoNi) y/o Invar (FeNi) con un coeficiente de dilatacion termica del Invar de 0,1 x 10-6/°C a 4 x 10-6/°C o una diferencia maxima de Kovar de 5 x 10- 6/°C respecto al coeficiente de dilatacion del cristal.
El Kovar es una aleacion de hierro-mquel-cobalto que presenta un coeficiente de dilatacion termica de habitualmente
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aproximadamente 5 x 10-6/°C, que es por consiguiente menor que el coeficiente tfpico de los metales. La composicion contiene, por ejemplo, un 54% en peso de hierro, 29% en peso de mquel y 17% en peso de cobalto. En el sector de la microelectronica y la tecnica de microsistemas se usa por ello el Kovar como material de carcasa o como submontura. Las submonturas se situan segun el principio de sandwich entre el material portante real y el material con la mayona de las veces coeficientes de dilatacion claramente mayores. El Kovar sirve por consiguiente como elemento de compensacion, que absorbe y reduce las tensiones termo-mecanicas provocadas por los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los distintos materiales. De la misma manera el Kovar sirve para las realizaciones de metal-vidrio de componentes electronicos y transiciones de materiales en camaras de vado.
El Invar es una aleacion de hierro-mquel con un contenido de, por ejemplo, el 36% en peso de mquel (FeNi36). Se trata de un grupo de aleaciones y compuestos que presentan la propiedad de tener de forma anormal pequenos coeficientes de dilatacion o en parte negativos en determinados rangos de temperaturas. El Invar Fe65Ni35 contiene el 65% en peso de hierro y 35% en peso de mquel. Habitualmente se alean hasta el 1% en peso de magnesio, silicio y carbono para modificar las propiedades mecanicas. Mediante aleacion del 5% en peso de cobalto se puede reducir aun mas el coeficiente de dilatacion termica a. Una designacion para la aleacion es Inovco, FeNi33Co4.5 con un coeficiente de dilatacion a (20°C a 100°C) de 0,55 x 10"6/oC.
Si se usa una aleacion como Invar con un coeficiente de dilatacion termica absoluto muy bajo de < 4 x 10"6/°C, tiene lugar una sobrecompensacion de las tensiones mecanicas mediante tensiones de presion no cnticas en el vidrio o mediante tensiones de traccion no cnticas en la aleacion.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente aleaciones de hierro-mquel y/o hierro-mquel- cobalto con tratamiento termico posterior mediante recocido.
El Kovar y/o Invar tambien se pueden soldar, crimpar o pegar como placa de compensacion sobre un elemento de conexion de, por ejemplo, acero, aluminio, titanio o cobre. Como bimetal se puede obtener un comportamiento de dilatacion favorable del elemento de conexion con respecto a la dilatacion del vidrio. La placa de compensacion es preferiblemente en forma de sombrero.
El elemento de conexion electrica contiene sobre la superficie orientada hacia la masa de soldadura un revestimiento que contiene cobre, zinc, estano, plata, oro o combinacion de ellos, preferiblemente plata. De este modo se impide una propagacion de la masa de soldadura por encima del revestimiento y se limita la anchura de salida.
El elemento de conexion electrica esta conectado en toda la superficie con una zona parcial de la estructura electricamente conductora a traves de una superficie de contacto. Ademas, la superficie de contacto no presenta esquinas. La superficie de contacto puede presentar una estructura oval, preferiblemente una elfptica y en particular una circular. Alternativamente la superficie de contacto puede presentar una forma poligonal convexa, preferiblemente forma rectangular, con esquinas redondeadas. Las esquinas redondeadas presentan un radio de curvatura de r > 0,5 mm, preferiblemente de r > 1 mm.
En la vista en planta, las dimensiones maximas de los elementos de conexion tienen una longitud y anchura, por ejemplo, preferiblemente de 1 mm a 50 mm y de forma especialmente preferida una longitud y anchura de 3 mm a 30 mm y de forma especialmente preferida una anchura de 2 mm a 4 mm y una longitud de 12 mm a 24 mm.
La forma del elemento de conexion electrica puede configurar depositos de soldadura en el espacio intermedio de elemento de conexion y estructura electricamente conductora. Los depositos de soldadura y propiedades de humectacion de la soldadura en el elemento de conexion impiden la salida de la masa de soldadura del espacio intermedio. Los depositos de soldadura pueden estar configurados en angulo recto, de forma redondeada o poligonal.
La distribucion del calor de soldadura y por consiguiente la distribucion de la masa de soldadura en el proceso de soldadura se puede definir por la forma del elemento de conexion. La masa de soldadura fluye respecto al punto mas caliente. La introduccion de la energfa durante la union electrica del elemento de conexion electrica y estructura electricamente conductora se realiza preferiblemente con soldadura por punzon, soldadura por termodos, soldadura por piston, preferiblemente soldadura por laser, soldadura por aire caliente, soldadura por induccion, soldadura por resistencia y/o con ultrasonidos.
El objetivo de la invencion se resuelve mediante un procedimiento para la fabricacion de un cristal segun la invencion con un elemento de conexion, en el que
a) una masa de soldadura se dispone y aplica sobre el elemento de conexion como plaquitas con espesor de capa, volumen, forma y disposicion fijados,
b) una estructura electricamente conductora se aplica sobre un sustrato,
c) el elemento de conexion con la masa de soldadura se dispone sobre la estructura electricamente conductora y
d) el elemento de conexion se suelda con la estructura electricamente conductora.
La masa de soldadura se aplica preferiblemente anteriormente sobre los elementos de conexion, preferiblemente como plaquitas con espesor de capa, volumen, forma y disposicion fijados sobre el elemento de conexion.
El elemento de conexion se suelda o crimpa con una chapa, flexible, trenzado parcialmente no representado de por 5 ejemplo cobre y se une con la unidad electrica de a bordo igualmente no representada.
El elemento de conexion se usa preferiblemente en cristales calefactores o en cristales con antenas en edificios, en particular en automoviles, vfas ferroviarias, aviones o embarcaciones. El elemento de conexion sirve para conectar las estructuras conductoras del cristal con sistemas electricos que estan dispuestos fuera del cristal. Los sistemas electricos son amplificadores, unidades de control o fuentes de tension.
10 La invencion se explica mas en detalle mediante un dibujo y ejemplos de realizacion. Muestran:
Fig. 1 una vista en planta de un cristal con elemento de conexion elfptico (no reivindicado),
Fig. 2 una seccion A-A' a traves del cristal segun la figura 1,
Fig. 3 una seccion a traves de un cristal alternativo (no reivindicado),
Fig. 4 una seccion a traves de otro cristal alternativo (no reivindicado),
15 Fig. 5 una vista en planta de una realizacion alternativa del elemento de conexion (no reivindicado),
Fig. 6 una vista en planta de otra realizacion alternativa del elemento de conexion (no reivindicado),
Fig. 7 una vista en planta de otra realizacion alternativa del elemento de conexion (no reivindicado),
Fig. 8 una vista lateral del elemento de conexion de la figura 7,
Fig. 9 una seccion a traves de un cristal segun la invencion con elemento de conexion abombado,
20 Fig. 10 un diagrama de flujo detallado del procedimiento segun la invencion, y
Fig. 11 una representacion espacial de un elemento de conexion en forma de puente (no reivindicado).
La fig. 1 y fig. 2 muestran cada vez un detalle de un cristal 1 calentable no reivindicado en la zona del elemento de conexion electrica 3. El cristal 1 es un vidrio de seguridad de una lamina pretensado termicamente con espesor de 3 mm de vidrio de sosa y cal. El cristal 1 presenta una anchura de 150 cm y una altura de 80 cm. Sobre el cristal 1 25 esta impresa una estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura de conductor de calefaccion 2. La estructura electricamente conductora 2 contiene partfculas de plata y fritas de vidrio. En la zona de borde del cristal 1, la estructura electricamente conductora 2 esta ensanchada en una anchura de 10 mm y forma una superficie de contacto para el elemento de conexion electrica 3. En la zona de borde del cristal 1 se situa ademas una serigraffa de cobertura no representada. En la zona de la superficie de contacto entre el elemento de conexion 30 electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2 se aplica una masa de soldadura 4, que provoca una union electrica y mecanica duradera entre el elemento de conexion electrico 3 y la estructura electricamente conductora 2. La masa de soldadura 4 contiene el 57% en peso de bismuto, 42% en peso de estano y 1% en peso de plata. La masa de soldadura 4 esta dispuesta en toda la superficie entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2 gracias a un volumen y forma predeterminado. La masa de soldadura 4 tiene un 35 espesor de 250 pm. Se observa una salida de la masa de soldadura 4 del espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que sobrepasa un espesor de capa t de 50 pm, sobre una anchura de salida maxima de b = 0,5 mm. El elemento de conexion electrica 3 es una aleacion que contiene el 54% en peso de hierro, 29% en peso de mquel y 17% en peso de cobalto. El elemento de conexion electrica 3 esta configurado con una superficie base elfptica. La longitud del eje principal es de 12 mm, la longitud 40 del eje secundario de 5 mm. El espesor de material del elemento de conexion 3 es de 0,8 mm. Mediante la disposicion de la masa de soldadura 4, predeterminada por el elemento de conexion 3 y la estructura electricamente conductora 2, no se observan tensiones mecanicas cnticas en el cristal 1. La union del cristal con el elemento de conexion electrica 3 es estable de forma duradera a traves de la estructura electricamente conductora 2.
La fig. 3 muestra una configuracion alternativa de un elemento de conexion 3 (igualmente no reivindicado). El 45 elemento de conexion electrica 3 esta provisto de un revestimiento 5 que contiene plata sobre la superficie dirigida hacia la masa de soldadura 4. De este modo se impide una propagacion de la masa de soldadura por encima del revestimiento 5 y se limita la anchura de salida b. La anchura de salida b de la masa de soldadura 4 esta por debajo de 1 mm. Debido a la disposicion de la masa de soldadura 4 no se observan tensiones mecanicas cnticas en el cristal 1. La union del cristal con el elemento de conexion electrica 3 es estable de forma duradera a traves de la 50 estructura electricamente conductora 2.
La fig. 4 muestra otra configuracion de un cristal 1 con un elemento de conexion 3 con superficie base elfptica
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
(igualmente no reivindicado). El elemento de conexion 3 contiene una aleacion que contiene hierro con un coeficiente de dilatacion termica de 8 x 10-6/°C. El espesor de material es de 2 mm. En la zona de la superficie de contacto del elemento de conexion 3 con el cristal esta aplicado un cuerpo de compensacion 6 en forma de sombrero con una aleacion de hierro-mquel-cobalto. El espesor de capa maximo del cuerpo de compensacion 6 en forma de sombrero es de 4 mm. Gracias al cuerpo de compensacion se pueden adaptar los coeficientes de dilatacion termica del elemento de conexion 3 a los requerimientos del cristal 1 y la masa de soldadura 4. El cuerpo de compensacion 6 en forma de sombrero conduce a un flujo de calor mejorado durante la elaboracion de la union por soldadura 4. El calentamiento se realiza ante todo en el centro de la superficie de contacto. La anchura de salida b de la masa de soldadura 4 se puede reducir aun mas. Debido a la pequena anchura de salida b de < 1 mm y del coeficiente de dilatacion adaptado se pueden reducir aun mas las tensiones termicas en el cristal 1. Las tensiones termicas en el cristal 1 no son cnticas y se proporciona una union electrica y mecanica permanente entre el elemento de conexion 3 y el cristal 1 a traves de la estructura electricamente conductora 2.
La fig. 5 muestra una vista en planta de una realizacion alternativa de un elemento de conexion (igualmente no reivindicado). El elemento de conexion 3 esta configurado de forma rectangular y tiene una anchura de 5 m y una longitud de 14 mm. Las esquinas del rectangulo estan redondeadas respectivamente con un segmento circular con radio de curvatura r de, por ejemplo, 1 mm. Ademas, un cable de conexion 8 esta soldado con el elemento de conexion 3 a traves de una zona de soldadura 7. La zona de soldadura 7 tiene una anchura de 3 mm y una longitud de 6 mm. El cable de conexion 8 es un cable de tejido de alambres de cobre delgados estanados. Pero tambien se pueden usar cables de flexible o alambres como cable de conexion 8. Alternativamente los manguitos metalicos, conectores enchufables o conexiones crimpadas se pueden unir de forma electricamente conductora con el elemento de conexion 3. En particular el elemento de conexion 3 tambien puede estar configurado como un manguito de retencion o elemento de crimpado en una o varias partes.
La fig. 6 muestra una vista en planta de otra forma de realizacion de un elemento de conexion 3 (igualmente no reivindicado). El elemento de conexion 3 esta disenado de forma rectangular, estando configurados de forma semicircular los dos lados cortos del rectangulo. El elemento de conexion tiene una anchura de 5 mm y una longitud de 14 mm. La zona de soldadura 7 tiene una anchura de 3 mm y una longitud de 6 mm.
La fig. 7 y fig. 9 muestra otra configuracion de un elemento de conexion 3 con una cola de conexion 9 (igualmente no reivindicado). La superficie de contacto 11 del elemento de conexion 3 esta configurada en forma circular. El radio del cfrculo es de 4 mm. La cola de conexion 9 esta conectada con el cable de conexion 8 a traves de una zona de soldadura 7. Alternativamente la cola de conexion 9 tambien puede estar configurada como un conector plano y como manguito de retencion o conexion de crimpado. La cola de conexion 9 presenta en esta realizacion dos muescas 10, 10'. Estas muescas 10, 10' sirven para la reduccion del material de la cola de conexion 9. Esto conduce a un efecto de resorte y por consiguiente a la amortiguacion de las fuerzas que se transmiten al contacto de soldadura a traves del cable de conexion 8.
La fig. 9 muestra una seccion a traves de una configuracion de un elemento de conexion (3) segun la invencion. El elemento de conexion (3) presenta un abombamiento (13) en el centro. En la zona del abombamiento (13) esta engrosada la masa de soldadura (4).
La fig. 10 muestra de forma detallada un ejemplo para el procedimiento segun la invencion para la fabricacion de un cristal con un elemento de conexion electrica 3. Como primera etapa es necesario porcionar la masa de soldadura 4 segun la forma y el volumen. La masa de soldadura 4 porcionada se dispone sobre el elemento de conexion electrica 3. El elemento de conexion electrica 3 con la masa de soldadura 4 se dispone sobre la estructura electricamente conductora 2. Se realiza una union duradera del elemento de conexion electrica 3 con la estructura electricamente conductora 2 y de este modo con el cristal 1 bajo aportacion de energfa.
Ejemplo:
Se han realizado pruebas de test de cristales no reivindicados como tales con el cristal 1 (espesor 3 mm, anchura 150 cm y altura 80 cm), con la estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura de conductor de calefaccion, el elemento de conexion electrica 3, la capa de plata sobre las superficies de contacto del elemento de conexion 3 y de la masa de soldadura 4. La masa de soldadura 4 se ha aplicado anteriormente como plaquitas con espesor de capa, volumen y forma fijados sobre la superficie de contacto 11 del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3 se ha colocado con la masa de soldadura 4 aplicada sobre la estructura electricamente conductora 2. El elemento de conexion se ha soldado con una temperatura de 200°C y una duracion del tratamiento de 2 segundos sobre la estructura electricamente conductora 2. Se ha observado una salida de la masa de soldadura 4 del espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que sobrepaso un espesor de capa t de 50 pm, solo sobre una anchura de salida maxima de b = 0,5 mm. De la tabla 1 y las figuras 1 y 2 y la descripcion de las figuras se desprenden las dimensiones y composiciones de la estructura electricamente conductora 2, el elemento de conexion electrica 3, la capa de plata sobre las superficies de contacto del elemento de conexion 3 y la masa de soldadura 4.
En todas las pruebas se pudo observar en el caso de una diferencia de temperatura de +80°C a -30°C que no se quebro ni presentaba danosningun sustrato de vidrio 1. Se pudo mostrar que poco despues de la soldadura estos
cristales 1 fueron estables frente a la cafda de temperatura repentina con elemento de conexion 3 soldado.
Ademas, se han realizado pruebas de test de cristales no reivindicados como tales con una segunda composicion del elemento de conexion electrica 3. De la tabla 2 se desprenden los valores detallados de las dimensiones y composiciones de la estructura electricamente conductora 2, el elemento de conexion electrica 3, la capa de plata 5 sobre las superficies de contacto del elemento de conexion 3 y la masa de soldadura 4. Aqu tambien se pudo observar que en el caso de una diferencia de temperatura de +80°C a -30°C no se quebro ni presentaba danos ningun sustrato de vidrio 1 . Se pudo mostrar que poco despues de la soldadura estos cristales 1 fueron estables frente a la cafda de temperatura repentina con elemento de conexion 3 soldado.
Tabla 1
Componentes
Material Ejemplo
Elemento de conexion
Hierro 54
Nfquel 29
Cobalto 17
CTE (coeficiente de expansion termica) x 10"° (0 °C-100 °C) 5,1
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y sustrato x 10" °/°C (0 °C -100 °C) 3,2
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10"4
Capa soldable
Plata 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10"°
Capa de soldadura
Estano 42
Bismuto 57
Plata 1
Espesor de la capa de soldadura en (m) 250 x 10"°
El espesor de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 255x10°
Vidrio sustrato
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10"° (0 °C-320 °C) 8,3
10
Tabla 2
Componentes
Material Ejemplo
Elemento de conexion
Hierro °5
Nfquel 35
CTE (coeficiente de expansion termica) x 10"° (0 °C-100 °C) 1,7
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y sustrato x 10" °/°C (0 °C "100 °C) °,°
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10'4
Capa soldable
Plata 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10'°
Capa de soldadura
Estano 42
Bismuto 57
Plata 1
Espesor de la capa de soldadura en (m) 250x10°
El espesor de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 255x10°
Vidrio sustrato
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10'° (0°C - 320°C) 8,3
Ejemplo de comparacion 1:
El ejemplo de comparacion 1 se ha realizado exactamente, como el ejemplo, con las siguientes diferencias: De la tabla 3 se desprenden las dimensiones y componentes de la estructura electricamente conductora 2, el elemento de 5 conexion electrica 3, la capa de metal sobre las superficies de contacto del elemento de conexion 3 y la masa de soldadura 4. Segun el estado de la tecnica, la masa de soldadura 4 no se ha colocado anteriormente como plaquitas sobre la superficie de contacto del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3 se ha soldado con la estructura electricamente conductora 2 segun el procedimiento convencional. Al salir la masa de soldadura 4 del espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que 10 sobrepaso un espesor de capa t de 50 pm, se ha obtenido una anchura de salida promedio b = 2 mm a 3 mm.
Con una diferencia de temperatura repentina de +80°C a -30°C se ha observado que los sustratos de vidrio 1 presentan predominantemente danos poco despues de la soldadura.
Tabla 3
Componentes
Material Ejemplo de comparacion 1
Elemento de conexion
Titanio 100
CTE (coeficiente de expansion termica) x 10'° (0 °C-100 °C) 8,80
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y sustrato x 10' 6/°C (0 °C -100 °C) 0,5
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10'4
Capa soldable
Plata 100
Espesor de la capa (m) 70x10°
Capa de soldadura
Estano 48
Bismuto 4°
Plata 2
Cobre 4
Espesor de la capa de soldadura en (m) 50-200 x 10'°
El espesor de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 55-205 x 10'°
Vidrio sustrato
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10'° (0 °C -320 °C) 8,3
Ejemplo de comparacion 2:
El ejemplo de comparacion 2 se ha realizado exactamente, como el ejemplo, con las siguientes diferencias. De la tabla 3 se desprenden las dimensiones y componentes de la estructura electricamente conductora 2, el elemento de 5 conexion electrica 3, la capa de metal sobre las superficies de contacto del elemento de conexion 4 y la masa de soldadura 4. Segun el estado de la tecnica, la masa de soldadura 4 no se ha colocado anteriormente como plaquitas sobre la superficie de contacto del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3 se ha soldado con la estructura electricamente conductora 2 segun el procedimiento convencional. Al salir la masa de soldadura 4 del espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que 10 sobrepaso un espesor de capa t de 50 pm, se ha obtenido una anchura de salida promedio b = 1 mm a 1,5 mm.
Con una diferencia de temperatura repentina de +80°C a -30°C se ha observado que los sustratos de vidrio 1 presentan predominantemente danos poco despues de la soldadura.
Tabla 4
Componentes
Material Ejemplo de comparacion 2
Elemento de conexion
Cobre 100
CTE (coeficiente de expansion termica) x 10'° (0 °C-100 °C) 1°
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y sustrato x 10- °/°C (0 °C -100 °C) 7,7
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10‘4
Capa soldable
Plata 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10"°
Capa de soldadura
Estano 71,5
Indio 24
Plata 2,5
Bismuto 1,5
Cobre 0,5
Espesor de la capa de soldadura en (m) 50-200 x 10‘°
5
10
15
20
25
30
El espesor de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 55-205 x 10-6
Vidrio sustrato
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10-6 (0 °C -320 °C) 8,3
En general las tensiones de traccion mas elevadas en el vidrio conducen a un elevado riesgo de desprendimiento o fragmentacion en el vidrio. Por ello la influencia de la superficie de contacto 11 entre el elemento de conexion 3 y la zona parcial 12 de la estructura electricamente conductora 2 se ha examinado mediante simulaciones por ordenador. A este respecto las tensiones de traccion se han calculado durante el enfriamiento de los cristales con elementos de conexion de diferentes geometnas. Los distintos elementos de conexion eran en forma de puente (B) y circular (K).
La fig. 11 muestra una representacion en perspectiva del elemento de conexion 3 en forma de puente (B) (no reivindicado). El elemento de conexion en forma de puente (B) tuvo una anchura de 4 mm y una longitud de 24 mm. Las superficies de contacto 11 del elemento de conexion 3 en forma de puente (B) presentaron respectivamente una anchura de 4 mm y una longitud de 6 mm. El elemento de conexion circular (K) (igualmente no reivindicado como tal) tuvo un radio de 4 mm.
Como material para los elementos de conexion se ha adoptado una aleacion de Kovar con un coeficiente de dilatacion termica a de 5,2 x 10-6/°C y una aleacion de Invar con 1,7 x 10-6/°C. El espesor de material de los elementos de conexion fue respectivamente de 0,8 mm. Como sustrato se ha adoptado una luna con un espesor de material de respectivamente 2 mm. El espesor de material de la capa de soldadura 4 fue respectivamente de 10 pm.
En la simulacion por ordenador se han calculado las tensiones de traccion en la luna durante un enfriamiento de +20°C a -40°C. Las tensiones de traccion maximas calculadas estan listadas en la tabla 4.
Tabla 4
Forma del elemento de conexion
Tension de traccion maxima con -40°C (MPa)
Kovar Invar
(con a = 5,2 x 10'6/°C) (con a = 1,7 x 10'6/°C)
en forma de puente (B)
23,8 44,9
en forma circular (K)
12,8 24,3
Las tensiones de traccion maximas dependen fuertemente de la forma del elemento de conexion. Asf las tensiones de traccion maximas en la luna en el caso de elementos de conexion circulares (K) de Kovar o Invar senan respectivamente un 46% mas pequenas que en el caso de elementos de conexion en forma de puente (B) de Kovar o Invar, vease la tabla 4.
Lista de referencias
(1) Cristal / vidrio
(2) Estructura electricamente conductora / serigraffa de Ag
(3) Elemento de conexion electrica / aleacion de Fe-Ni Kovar
(4) Masa de soldadura (Bi57Sn42Ag1)
(5) Capa de humectacion / revestimiento de Ag
(6) Cuerpo de compensacion
(7) Zona de soldadura
(8) Cable de conexion
(9) Cola de conexion
(10)
Muesca
(11)
Superficie de contacto de (2) y (3)
(12)
Zona parcial de (2)
(13)
Abombamiento
5 b
Anchura de salida maxima de la masa de soldadura
r
Radio de curvatura
t
Espesor Umite de la masa de soldadura
A-A'
Lmea de corte

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un cristal con un elemento de conexion electrica, que comprende:
    - un sustrato de vidrio (1),
    - una estructura electricamente conductora (2) con un espesor de capa de 5 pm a 40 pm sobre una zona del sustrato
    (1),
    - un elemento de conexion (3) y
    - una capa de una masa de soldadura (4) sin plomo, que conecta electricamente el elemento de conexion (3) con una zona parcial (12) de la estructura electricamente conductora (2), en la que
    - el elemento de conexion (3) contiene al menos una aleacion de hierro-mquel o una aleacion de hierro-mquel- cobalto,
    - el elemento de conexion (3) esta conectado en toda la superficie con la zona parcial (12) de la estructura electricamente conductora (2) a traves de una superficie de contacto (11), y
    - la superficie de contacto (11) no presenta esquinas,
    y en el que el elemento de conexion (3) presenta un abombamiento (13) en el centro y la masa de soldadura (4) esta engrosada en la zona del abombamiento (13).
  2. 2. Cristal segun la reivindicacion 1, en el que el elemento de conexion (3) contiene al menos 50% en peso a 75% en peso de hierro, 25% en peso a 50% en peso de mquel, 0% en peso a 20% en peso de cobalto, 0% en peso a 1,5% en peso de magnesio, 0% en peso a 1% en peso de silicio, 0% en peso a 1% en peso de carbono o 0% en peso a 1% en peso de manganeso.
  3. 3. Cristal segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la superficie de contacto (11) presenta una estructura oval, preferiblemente una elfptica y en particular una circular.
  4. 4. Cristal segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la superficie de contacto (11) presenta una forma poligonal convexa, preferiblemente una forma rectangular, con esquinas redondeadas y las esquinas redondeadas presentan un radio de curvatura de r > 0,5 mm.
  5. 5. Cristal segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de conexion (3) contiene al menos 55% en peso a 70% en peso de hierro, 30% en peso a 45% en peso de mquel, 0% en peso a 5% en peso de cobalto, 0% en peso a 1% en peso de magnesio, 0% en peso a 1% en peso de silicio o 0% en peso a 1% en peso de carbono.
  6. 6. Cristal segun la reivindicacion 5, en el que el sustrato de vidrio (1) presenta un primer coeficiente de dilatacion termica, el elemento de conexion (3) presenta un segundo coeficiente de dilatacion termica, en el que la diferencia entre el primer y el segundo coeficiente de dilatacion termica es > 5 x 10'6/°C.
  7. 7. Cristal segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de conexion (3) contiene al menos 50% en peso a 60% en peso de hierro, 25% en peso a 35% en peso de mquel, 15% en peso a 20% en peso de cobalto, 0% en peso a 0,5% en peso de silicio, 0% en peso a 0,1% en peso de carbono o 0% en peso a 0,5% en peso de manganeso.
  8. 8. Cristal segun la reivindicacion 7, en el que el sustrato de vidrio (1) presenta un primer coeficiente de dilatacion termica, el elemento de conexion (3) presenta un segundo coeficiente de dilatacion termica y la diferencia entre el primer y el segundo coeficiente de dilatacion termica es < 5 x 10'6/°C.
  9. 9. Cristal segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la masa de soldadura (4) sale del espacio intermedio entre el elemento de conexion (3) y la estructura electricamente conductora (2) con una anchura de salida b de < 1 mm, preferiblemente < 0,5 mm y en particular aproximadamente 0 mm.
  10. 10. Cristal segun una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la masa de soldadura (4) contiene estano y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de ellos.
  11. 11. Cristal segun la reivindicacion 10, en el que la fraccion de estano en la composicion de soldadura (4) es del 3% en peso al 99,5% en peso y la fraccion de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de ellos del 0,5% en peso al 97% en peso.
  12. 12. Cristal segun una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el elemento de conexion (3) esta revestido con mquel, estano, cobre y/o plata.
  13. 13. Cristal segun la reivindicacion 12, en el que el elemento de conexion (3) esta revestido con 0,1 pm a 0,3 pm de mquel y/o 3 pm a 10 pm de plata.
  14. 14. Procedimiento para la fabricacion de un cristal con un elemento de conexion electrica (3) segun una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que
    a) una masa de soldadura (4) se dispone y aplica sobre el elemento de conexion (3) como plaquitas con espesor de capa, volumen, forma y disposicion fijados,
    5 b) una estructura electricamente conductora (2) se aplica sobre un sustrato (1),
    c) el elemento de conexion (3) con la masa de soldadura (4) se dispone sobre la estructura electricamente conductora (2) y
    d) el elemento de conexion (3) se suelda con la estructura electricamente conductora (2).
  15. 15. Uso de un cristal con un elemento de conexion electrica segun una de las reivindicaciones 1 a 13 como cristal de
    10 vetuculo en medios de transporte para el trafico por tierra, en el aire o en agua, en particular en automoviles, por
    ejemplo como parabrisas, cristal trasero, cristal lateral y/o techo de cristal.
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