ES2638487T3 - Panel con un elemento de conexión eléctrica - Google Patents

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ES2638487T3 ES11703878.6T ES11703878T ES2638487T3 ES 2638487 T3 ES2638487 T3 ES 2638487T3 ES 11703878 T ES11703878 T ES 11703878T ES 2638487 T3 ES2638487 T3 ES 2638487T3
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Mitja Rateiczak
Bernhard Reul
Andreas Schlarb
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Saint Gobain Glass France SAS
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Abstract

Un panel con un elemento de conexión eléctrica, que comprende: - un sustrato de vidrio (1) con un primer coeficiente de dilatación térmica; - una estructura eléctricamente conductora (2) consistente en una capa con un espesor de 5 μm a 40 μm, sobre una región del sustrato (1); - un elemento de conexión (3) con un segundo coeficiente de dilatación térmica, siendo la diferencia entre los coeficientes de dilatación térmica primero y segundo inferior a 5 x 10-6/°C; y - una capa de una masa de soldadura (4), que vincula eléctricamente el elemento de conexión (3) con regiones parciales de la estructura eléctricamente conductora (2); caracterizado por que el elemento de conexión (3) contiene por lo menos 50% en peso al 60% en peso de hierro, 25% en peso al 35% en peso de níquel, 15% en peso al 20% en peso de cobalto, 0% en peso al 0,5% en peso de silicio, 0% en peso al 0,1% en peso de carbono o 0% en peso al 0,5 en peso de manganeso, y por que el máximo ancho de egreso, b, definido como la distancia entre los bordes exteriores del elemento de conexión (3) y el lugar de la transición de la masa de soldadura, en el que la masa de soldadura (4) tiene un espesor de capa inferior a 50 μm, en donde en el espacio intermedio formado por el elemento de conexión eléctrica (3) y la estructura eléctricamente conductora (2) se halla retraído en forma de un menisco cóncavo.

Description

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DESCRIPCION
Panel con un elemento de conexion electrica
La invencion se refiere a un panel provisto de un elemento de conexion electrica y a un procedimiento economico y compatible con el medio ambiente para su fabricacion.
La invencion se refiere, ademas, a un panel con un elemento de conexion electrica para vehnculos con estructuras electricamente conductoras como, por ejemplo, conductores de calor o conductores de antena. Las estructuras electricamente conductoras estan usualmente conectadas electricamente con la parte electrica del tablero del velmculo por medio de elementos de conexion electrica fijados mediante soldadura. Debido a los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales utilizados, se presentan tensiones mecanicas durante la fabricacion y operacion que pueden imponer solicitaciones termicas en los paneles y ocasionar la rotura de los paneles.
Las soldaduras que contienen plomo presentan una elevada ductilidad, lo que, gracias a la deformacion plastica, permite compensar las tensiones mecanicas que se presentan entre el elemento de conexion electrica y el panel. Sin embargo, en virtud de la Directiva de Autos Viejos 2000/53/CE, dentro de la CE, los materiales de soldadura que contienen plomo deben reemplazarse por soldaduras libres de plomo. La directiva lleva la designacion abreviada de ELV (End of life vehicles). Dentro de los alcances de la difusion masiva de los componentes electronicos descartables, el objetivo de ello es el de proscribir los componentes sumamente problematicos de determinados productos. Las sustancias del caso consisten en plomo, mercurio, cadmio y cromo. Esto se refiere, entre otros, a la imposicion de medios de soldadura exentos de plomo en aplicaciones electricas sobre vidrio y a la introduccion de los correspondientes productos de reemplazo.
El documento EP 1 942 703 A2 describe un elemento de conexion electrica para paneles de velmculos, en donde la diferencia entre los coeficientes de dilatacion termica entre el panel y el elemento de conexion electrica es inferior a 5 x 10-6/°C. A efectos de posibilitar una estabilidad mecanica y una procesabilidad suficientes, se propone utilizar un exceso de masa de soldadura. El exceso de soldadura sale del espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica y la estructura electricamente conductora. El exceso de masa de soldadura es causa de elevadas tensiones mecanicas en el panel de vidrio. Estas tensiones mecanicas conducen en ultima instancia a la rotura del panel.
El documento US 2007/0224842 A1 describe otro elemento de conexion electrica para paneles de velmculos, en donde la diferencia entre los coeficientes de dilatacion termica entre el panel y el elemento de conexion electrica es inferior a 5 x 10-6/°C. El elemento de conexion contiene preferiblemente titanio, pero tambien puede contener una aleacion de hierro y mquel.
Tambien el documento US 2.709.211 describe un panel de vetnculo con un elemento de conexion, pudiendo presentar el elemento de conexion y el panel comportamientos de dilatacion termica similares. Al respecto, el elemento de conexion puede fabricarse preferiblemente de una aleacion con el 52% de hierro y el 48% de mquel.
El documento WO 98/47200 revela un panel para vetnculos con estructura electricamente conductora y un elemento de conexion soldado al mismo, y ensena que una salida excesiva de la masa de soldadura del espacio intermedio entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora es desventajosa para la estabilidad de la union soldada. Tambien el documento EP 0 488 878 A1 describe como desventajosa una salida excesiva de masa de soldadura entre el elemento de conexion y el panel.
La mision de la presente invencion es la de poner a disposicion un panel con un elemento de conexion electrica y un procedimiento economico y compatible con el medio ambiente para su fabricacion, evitandose al mismo tiempo tensiones mecanicas cnticas en el panel.
La mision de la presente invencion se logra mediante un panel con un elemento de conexion, que comprende las siguientes caractensticas:
- un sustrato de vidrio con un primer coeficiente de dilatacion termica;
- una estructura electricamente conductora consistente en una capa con un espesor de 5 pm a 40 pm, preferiblemente de 5 pm a 20 pm, sobre una region del sustrato;
- un elemento de conexion con un segundo coeficiente de dilatacion termica, siendo la diferencia entre los coeficientes de dilatacion primera y segunda inferior a 5 x 10"6/°C; y
- una capa de una masa de soldadura, que vincula electricamente el elemento de conexion con regiones parciales de la estructura electricamente conductora.
Sobre el panel se halla aplicada una estructura electricamente conductora. Un elemento de conexion electrica esta vinculado electricamente con una masa de soldadura sobre regiones parciales con una estructura electricamente conductora.
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Por definicion, el maximo ancho de egreso es la distancia entre los bordes exteriores del elemento de conexion y el lugar de la transicion de la masa de soldadura, en el que la masa de soldadura se presenta como una capa con un espesor de 50 pm. El maximo ancho de egreso se define de acuerdo con el proceso de soldadura en la masa de soldadura solidificada.
Un maximo ancho de egreso deseado se define mediante una eleccion adecuada del volumen de la masa de soldadura y la separacion vertical entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora, que puede determinarse mediante ensayos sencillos. La separacion vertical entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora puede prefijarse mediante una correspondiente herramienta de proceso, por ejemplo, una herramienta con un distanciador integrado.
De acuerdo con la invencion, el maximo ancho de egreso es negativo, es decir, consiste en un menisco concavo retrafdo en el espacio formado por el elemento de conexion electrico y la estructura electricamente conductora. Un menisco concavo se origina, por ejemplo, por el aumento de la separacion vertical entre el distanciador y la estructura electricamente conductora durante el proceso de soldadura, mientras el material de soldadura esta todavfa lfquido.
La ventaja consiste en la reduccion de las tensiones mecanicas en el panel, en especial en la region cntica en la que se encuentra presente una gran transicion de la masa de soldadura.
El primer coeficiente de dilatacion termica es preferiblemente de 8 a 10"6/°C a 9 x 10"6/°C. El sustrato consiste preferiblemente en vidrio, que preferiblemente presenta un coeficiente de dilatacion termica de 8,3 x 10"6/°C a 9 x 10" 6/°C en un intervalo de temperaturas de 0 °C a 300 °C.
El segundo coeficiente de dilatacion termica es preferiblemente de 8 a 10"6/°C a 9 x 10"6/°C, mas preferiblemente, de 8,3 x 10"6/°C a 9 x 10"6/°C en un intervalo de temperaturas de 0 °C a 300 °C.
La estructura electricamente conductora de acuerdo con la invencion consiste preferiblemente en una capa con un espesor de 8 pm a 15 pm, de manera especialmente preferida de 10 pm a 12 pm. La estructura electricamente conductora de acuerdo con la invencion contiene preferiblemente plata, mas preferentemente partfculas de plata y fritas de vidrio.
El espesor de la capa de soldadura de acuerdo con la invencion es de menos de 3,0 x 10"4 m. La masa de soldadura de acuerdo con la invencion contiene preferiblemente estano y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de ellos. La proporcion de estano en la composicion de soldadura de acuerdo con la invencion es del 3% en peso al 99,5% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 95,5% en peso, de manera especialmente preferida del 15% en peso al 60% en peso. La proporcion de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o las composiciones de los mismos, en la composicion de soldadura de acuerdo con la invencion, es del 0,5% en peso al 97% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 67% en peso, pudiendo ser la proporcion de bismuto, indio, zinc, cobre o estano del 0% en peso. La composicion de soldadura de acuerdo con la invencion puede contener mquel, germanio, aluminio o fosforo en una proporcion del 0% en pesos al 5% en peso. La composicion de soldadura de acuerdo con la invencion contiene de manera especialmente preferida Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77,2In20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96,5Ag3,5 o mezclas de ellos.
El elemento de conexion de acuerdo con la invencion contiene por lo menos del 50% en peso al 60% en peso de hierro, del 25% al 35% en peso de mquel, del 15% en peso al 20% en peso de cobalto, del 0% en peso al 0,5% en peso de silicio, del 0% en peso al 0,1 % de carbono o del 0% en peso al 0,5 % en peso de manganeso.
El elemento de conexion de acuerdo con la invencion esta preferiblemente recubierto con mquel, estano, cobre y/o plata. De una manera especialmente preferible, el elemento de conexion de acuerdo con la invencion esta recubierto con 0,1 pm a 0,3 pm de mquel y/o con 3 pm a 10 pm de plata. El elemento de conexion puede estar recubierto con mquel, estano, cobre y/o plata. El Ni y la Ag mejoran la capacidad del elemento de conexion para conducir corriente y su estabilidad frente a la corrosion, y tambien mejoran su humectacion con la masa de soldadura.
El elemento de conexion de acuerdo con la invencion contiene preferiblemente Kovar (FeCoNi) con una diferencia maxima de Kovar de 5 x 10"6/°C respecto al coeficiente de dilatacion del panel
Kovar es una aleacion de hierro-mquel-cobalto, que presenta coeficientes de dilatacion termica usualmente de unos 5 x 10"6/°C que, por lo tanto, son inferiores a los coeficientes de los metales tfpicos. La composicion contiene, por ejemplo, el 54% en peso de hierro, el 29% en peso de mquel y el 17% en peso de cobalto. En el campo de la microelectronica y de la tecnica de los microsistemas, se utiliza por tanto el Kovar como material de carcasa o como submontura. De acuerdo con el principio sandwich, las submonturas se hallan entre el material portador propiamente dicho y el material por lo general con coeficientes de dilatacion manifiestamente superiores. El Kovar sirve, por lo tanto, como elemento de compensacion, que absorbe y reduce las tensiones mecanicas causadas por los coeficientes de dilatacion termica diferentes de los otros materiales. De la misma manera, el Kovar sirve para atravesar metal-vidrio de elementos constructivos electronicos, transiciones de materiales en camaras de vacfo.
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El Kovar tambien puede soldarse, festonearse o encolarse como placa de compensacion sobre un elemento de conexion de, por ejemplo, acero, aluminio, titanio, cobre. Como bimetal es posible lograr un comportamiento de dilatacion favorable del elemento de conexion referido a la dilatacion del vidrio. Es preferible que la placa de compensacion tenga forma de sombrero.
En su area orientada hacia la masa de soldadura, el elemento de conexion electrica contiene un recubrimiento que contiene cobre, zinc, estano, plata, oro o una combinacion de ellos, preferiblemente plata. De esta manera, se impide predominantemente una difusion de la masa de soldadura por sobre el recubrimiento y se delimita el ancho de egreso.
El elemento de conexion electrica puede estar configurado en forma de puente con por lo menos dos areas de contacto, pero tambien como elemento de conexion con un area de contacto.
En la vista superior, los elementos de conexion tienen una longitud y ancho de, por ejemplo, preferiblemente 1 mm a 50 mm y de manera especialmente preferida una longitud y ancho de 3 mm a 30 mm, y de manera mas preferible aun tienen un ancho de 2 mm a 4 mm y una longitud de 12 mm a 24 mm.
La forma del elemento de conexion electrica puede formar deposiciones de material de soldadura en el espacio intermedio entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora. La deposicion de material de soldadura y las propiedades de humectacion de la soldadura en el elemento de conexion impiden el egreso de la masa de soldadura desde el espacio intermedio. Las deposiciones de material de soldadura pueden tener una configuracion rectangular, redondeada o poligonal.
La distribucion del calor de soldadura y con ello la distribucion de la masa de soldadura en el proceso de soldadura puede definirse mediante la forma del elemento de conexion. La masa de soldadura fluye desde el punto mas caliente. Por ejemplo, el puente puede presentar una forma de sombrero simple o doble para durante el proceso de soldadura distribuir el calor de manera ventajosa en el elemento de conexion.
La aplicacion de la energfa durante la vinculacion electrica del elemento de conexion electrica con la estructura electricamente conductora tiene lugar preferiblemente mediante punzon, termodos, soldadura con punta de cobre, preferiblemente soldadura laser, soldadura bajo aire caliente, soldadura por induccion, soldadura de resistencia y/o mediante ultrasonido.
La mision de la invencion se logra tambien mediante un procedimiento para fabricar un panel con un elemento de conexion, en donde:
a) sobre el elemento de conexion, se dispone y se aplica masa de soldadura en forma de plaquetas de recubrimiento con un espesor, volumen, forma y disposicion predeterminados;
b) se aplica una estructura electricamente conductora sobre un sustrato;
c) se dispone el elemento de conexion con la masa de soldadura sobre la estructura electricamente conductora; y
d) se suelda el elemento de conexion a la estructura electricamente conductora.
Es preferible que la masa de soldadura sea colocada previamente sobre los elementos de conexion, preferiblemente como en forma de plaquetas con un espesor de capa, volumen, forma y disposicion predeterminados sobre el elemento de conexion.
El elemento de conexion se suelda o festonea a una chapa, liston, malla no representados, hechos por ejemplo de cobre, y se lo vincula con la instalacion electrica, tampoco representada, del tablero del vetnculo.
El elemento de conexion se utiliza preferentemente en paneles calefactores o en paneles con antenas en edificios, en especial en vehfculos automotores, ferrocarriles, aviones o embarcaciones. El elemento de conexion tiene como finalidad vincular las estructuras conductoras de los paneles con sistemas electricos dispuestos fuera del panel. Los sistemas electricos consisten en amplificadores, unidades de control y fuentes de tension electrica.
Seguidamente se explica la invencion con mayor detenimiento con ayuda de un dibujo y ejemplos de realizacion. En los dibujos:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de una primera configuracion de un panel de este tipo (no se reivindica); la Figura 2 es un corte A-A a traves del panel de acuerdo con la Figura 1; la Figura 3 es un corte a traves de un panel alternativo (no se reivindica); la Figura 4 es un corte a traves de otro panel alternativo (no se reivindica); la Figura 5 es un corte a traves de un panel de acuerdo con la invencion;
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la Figura 6 es una vista en perspectiva de una configuracion alternativa de un panel (no se reivindica);
la Figura 7 es un corte B-B a traves del panel de acuerdo con la Figura 6; y
la Figura 8 es un diagrama de flujo detallado del procedimiento de acuerdo con la invencion.
Cada una de las Figuras 1 y 2 muestra un detalle del panel calefaccionable 1 en la region del elemento de conexion electrica 3. El panel 1 era un vidrio de seguridad de un solo panel termicamente pretensado, de 3 mm de espesor, consistente en vidrio de sosa y cal. El panel 1 presentaba un ancho de 150 cm y una altura de 80 cm. Sobre el panel 1 se habfa aplicado por presion una estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura conductora de calor 2. La estructura electricamente conductora 2 contema partfculas de plata y fritas de vidrio. En la region de borde del panel 1, se habfa ensanchado la estructura electricamente conductora 2 a un ancho de 10 mm con lo que formaba un area de contacto para el elemento de conexion electrica 3. En la region de borde del panel 1, se hallaba tambien una impresion de serigraffa de recubrimiento, no representada. En la region del area de contacto entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, se habfa aplicado una masa de soldadura 4, que implementaba una vinculacion electrica y mecanica permanente entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2. La masa de soldadura 4 contema el 57% en peso de bismuto, el 40% en peso de estano y el 3% en peso de plata. La masa de soldadura 4 se habfa dispuesto por un volumen y forma prefijados por completo entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2. La masa de soldadura 4 tema un espesor de 250 pm. Se observo un egreso de la masa de soldadura 4 desde el espacio intermedio situado entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que sobrepaso un espesor de capa t de 50 pm, en un maximo ancho de salida de b = 0,5 mm. El elemento de conexion electrica 3 era una aleacion que contema un 54% de hierro, un 29% de mquel y un 17% de cobalto. El elemento de conexion electrica 3 tema una configuracion de puente y tema un ancho de 4 mm y una longitud de 24 mm. El espesor del material del elemento de conexion 3 era de 0,8 mm. El area de contacto del elemento de conexion 3 presenta un ancho de 4 mm y una longitud de 4 mm. Gracias a la disposicion de la masa de soldadura 4, prefijada por el elemento de conexion 3 y por la estructura electricamente conductora 2, no se observaron tensiones mecanicas cnticas en el panel 1. La vinculacion del panel 1 con el elemento de conexion electrica 3 se mantuvo estable de manera permanente por sobre la estructura electricamente conductora 2.
Como continuacion del ejemplo de realizacion de las Figuras 1 y 2, la Figura 3 muestra una configuracion alternativa del elemento de conexion 3. El elemento de conexion electrica 3 habfa sido provisto de un recubrimiento 5, que contema plata, sobre el area orientada hacia la masa de soldadura 4. De esta manera, se impedfa un ensanchamiento de la masa de soldadura por sobre el recubrimiento 5 y se delimitaba el ancho de egreso b. El ancho de egreso b de la masa de soldadura 4 era inferior a 1 mm. Debido a la disposicion de la masa de soldadura 4, no se observaron tensiones mecanicas cnticas en el panel 1. La vinculacion del panel 1 con el elemento de conexion electrica 3 se mantuvo estable de manera permanente a traves de la estructura electricamente conductora 2.
Como continuacion del ejemplo de realizacion de las Figuras 1 y 2, la Figura 4 muestra otra configuracion alternativa del elemento de conexion 3. El elemento de conexion electrica 3 contema sobre el area orientada hacia la masa de soldadura 4 una escotadura con un ancho de 250 pm, que conformaba una deposicion de soldadura para la masa de soldadura 4. Pudo impedirse por completo un egreso de la masa de soldadura 4 desde el espacio intermedio. Las tensiones termicas cnticas observadas en el panel 1 no eran cnticas, y se puso a disposicion una vinculacion electrica y mecanica permanente entre el elemento de conexion 3 y el panel 1 a traves de la estructura electricamente conductora 2.
Como continuacion del ejemplo de realizacion de las Figuras 1 y 2, la Figura 5 muestra otra configuracion alternativa del elemento de conexion 3 segun la invencion. El elemento de conexion electrica 3 habfa sido recurvado hacia arriba en las regiones de borde. La altura del recurvado de las regiones de borde del panel de vidrio 1 tema un valor maximo de 400 pm. De esta manera, se formo un espacio para la masa de soldadura 4. La masa de soldadura 4 formo un menisco concavo entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2. Pudo evitarse por completo un egreso de la masa de soldadura 4 del espacio intermedio. El ancho de salida b era de aproximadamente 0, principalmente debido al menisco formado por debajo de cero. Las tensiones termicas observadas en el panel 1 no eran cnticas, y se puso a disposicion una vinculacion electrica y mecanica permanente entre el elemento de conexion 3 y el panel 1 a traves de la estructura electricamente conductora 2.
Las Figuras 6 y 7 muestran otra realizacion de un panel 1 con el elemento de conexion 3 en forma de puente. El elemento de conexion 3 contema una aleacion de hierro con un coeficiente de dilatacion termica de 8 x 10"6/°C. El espesor de material era de 2 mm. En la region del area de contacto del elemento de conexion 3 con el panel 1, se habfan aplicado cuerpos de compensacion 6 en forma de sombrero con una aleacion de hierro, mquel y cobalto. El espesor maximo de capa de la capa de los cuerpos de compensacion en forma de sombrero 6 era de 4 mm. Gracias a los cuerpos de compensacion fue posible adaptar los coeficientes de dilatacion termica del elemento de conexion 3 a los requerimientos del panel 1 y de la masa de soldadura 4. Los cuerpos de compensacion de forma de sombrero 6 condujeron a un flujo calorico mejorado durante la fabricacion de la union de soldadura 4. El calentamiento tuvo lugar en especial en el centro del area de contacto. Fue posible reducir aun mas el ancho de egreso b de la masa de soldadura 4. Debido al reducido ancho de salida b de menos de 1 mm y a los coeficientes de dilatacion adaptados, pudieron reducirse mas aun las tensiones termicas en el panel 1. Las tensiones termicas en el panel 1 no eran
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cnticas, y se puso a disposicion una vinculacion electrica y mecanica permanente entre el elemento de conexion 3 y el panel 1 a traves de la estructura electricamente conductora 2.
La Figura 8 muestra con detalle un procedimiento de acuerdo con la invencion para fabricar un panel 1 con el elemento de conexion electrica 3. En este caso, se representa un ejemplo para el procedimiento de acuerdo con la invencion para fabricar un panel con un elemento de conexion electrica 3. Como primera etapa fue necesario dosificar la masa de soldadura 4 en cuanto a su forma y volumen. La masa de soldadura 4 dosificada fue dispuesta sobre el elemento de conexion electrica 3. El elemento de conexion electrica 3 fue dispuesto junto con la masa de soldadura 4 sobre la estructura electricamente conductora 2. Tuvo lugar una vinculacion permanente del elemento de conexion electrica 3 con la estructura electricamente conductora 2 y, por lo tanto, con el panel 1 bajo aporte de energfa.
Ejemplo (no de acuerdo con la invencion)
Se prepararon muestras de ensayo con el panel 1 (espesor 3 mm, ancho 150 cm y altura 80 cm) de la estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura conductora de calefaccion, del elemento de conexion electrica 3, de la capa de plata sobre las areas de contacto del elemento de conexion 3 y de la masa de soldadura 4. La masa de soldadura 4 fue previamente aplicada como plaquetas en forma de capa con un espesor, volumen y forma prefijados, sobre el area de contacto del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3, junto con la masa de soldadura aplicada, fue aplicado sobre la estructura electricamente conductora 2. El elemento de conexion fue unido por soldadura mediante un tratamiento a una temperatura de 200 °C y de 2 segundos, sobre la estructura electricamente conductora 2. Una salida de la masa de soldadura 4 desde el espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, que supero un espesor de capa t de 50 pm, se observo solamente con un maximo ancho de salida b = 0,5 mm. Las proporciones y composiciones de la estructura electricamente conductora 2, del elemento de conexion electrica 3, de la capa de plata sobre las areas de contacto del elemento de conexion 3 y de la masa de soldadura 4 pueden consultarse en la Tabla 1 y las Figuras 1 y 2 y en la descripcion precedente de las figuras.
En la totalidad de las muestras, para una diferencia de temperaturas de entre +80 °C y -30 °C, pudo observarse que no se rompio ni se dano ningun sustrato de vidrio 1. Pudo demostrarse que poco despues de la soldadura de estos paneles 1 al elemento de conexion 3 soldado, estos paneles eran estables frente a cafdas repentinas de la temperatura.
Tabla 1
Componente
Material Ejemplo
Elemento de conexion
Hierro (% en peso) 54
Nfquel (% en peso) 29
Cobalto (% en peso) 17
CTE (coeficiente de dilatacion termica) x 10"° (0 °C-100 °C 5,1
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y el sustrato x 10"°/°C (0 °C -100 °C) 3,2
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10"4
Capa soldable
Plata (% en peso) 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10"°
Capa de soldadura
Estano (% en peso) 40
Bismuto (% en peso) 57
Plata (% en peso) 3
Espesor de la capa de soldadura en (m) 250 x 10"°
Los espesores de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 255 x 10'°
Sustrato de vidrio
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10'° (0 °C -320 °C) 8,3
Ejemplo comparativo 1
El Ejemplo Comparativo 1 se llevo a cabo exactamente como el Ejemplo, con las siguientes diferencias. Las proporciones y los componentes de la estructura electricamente conductora 2, del elemento de conexion electrica 3, 5 de la capa metalica sobre las areas de contacto del elemento de conexion 3 y de la masa de soldadura 4 se desprenden de la Tabla 2. La masa de soldadura 4 fue aplicada de acuerdo con el estado de la tecnica no previamente como plaquetas sobre el area de contacto del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3 fue unido por soldadura con la estructura electricamente conductora 2 de acuerdo con el procedimiento convencional. Durante el egreso de la masa de soldadura 4 desde el espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 10 y la estructura electricamente conductora 2, que formo una capa que sobrepaso un espesor t de 50 pm, se obtuvo un ancho de salida promedio b de 2 mm a 3 mm.
Al tener lugar una subita cafda de la temperatura de +80 °C a -30 °C, se observo que, poco despues de la union por soldadura, los sustratos de vidrio 1 estaban predominantemente danados.
Tabla 2
Componente
Material Ejemplo comparativo 1
Elemento de conexion
Titanio (% en peso) 100
CTE (coeficiente de dilatacion termica) x 10'° (0 °C-100 °C 8,80
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y el sustrato x 10'°/°C (0 °C -100 °C) 0,5
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10'4
Capa soldable
Plata (% en peso) 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10'°
Capa de soldadura
Estano (% en peso) 48
Bismuto (% en peso) 4°
Plata (% en peso) 2
Cobre (% en peso) 4
Espesor de la capa de soldadura en (m) 50'200 x 10'°
Los espesores de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 55'205 x 10'°
Sustrato de vidrio
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10'° (0 °C -320 °C) 8,3
10
Ejemplo comparativo 2
El Ejemplo comparativo 2 se llevo a cabo exactamente como el Ejemplo, con las siguientes diferencias. Las proporciones y los componentes de la estructura electricamente conductora 2, del elemento de conexion electrica 3, de la capa metalica sobre las areas de contacto del elemento de conexion 3 y de la masa de soldadura 4 se desprenden de la Tabla 3. La masa de soldadura 4 fue aplicada de acuerdo con el estado de la tecnica no previamente como plaquetas sobre el area de contacto del elemento de conexion 3. El elemento de conexion 3 fue unido por soldadura con la estructura electricamente conductora 2 de acuerdo con el procedimiento convencional. Durante el egreso de la masa de soldadura 4 desde el espacio intermedio entre el elemento de conexion electrica 3 y la estructura electricamente conductora 2, en forma de una capa cuyo espesor t sobrepasaba los 50 pm, se obtuvo un ancho de salida promedio b de 1 mm a 1,5 mm.
Al tener lugar una subita cafda de la temperatura de +80 °C a -30 °C, se observo que, despues de la union por soldadura, los sustratos de vidrio 1 estaban predominantemente danados.
Tabla 3
Componente
Material Ejemplo comparativo 2
Elemento de conexion
Cobre (% en peso) 100
CTE (coeficiente de dilatacion termica) x 10'° (0 °C-100 °C 1°
Diferencia entre CTE del elemento de conexion y el sustrato x 10'°/°C (0 °C -100 °C) 7,7
Espesor del elemento de conexion (m) 8,0 x 10'1 2 3 4 5
Capa soldable
Plata (% en peso) 100
Espesor de la capa (m) 7,0 x 10'°
Capa de soldadura
Estano (% en peso) 71,5
Indio (% en peso) 24
Plata (% en peso) 2,5
Bismuto (% en peso) 1,5
Cobre (% en peso) 0,5
Espesor de la capa de soldadura en (m) 50-200 x 10'°
Los espesores de la capa soldable y de la capa de soldadura (m) 55-205 x 10'°
Sustrato de vidrio
(Vidrio de sosa y cal)
CTE x 10'° (0 °C -320 °C) 8,3
Lista de signos de referencia
(1) Panel/vidrio
(2) Estructura electricamente conductora/serigraffa Ag
(3) Elemento de conexion electrica/ aleacion Kovar de Fe-Ni
(4) Masa de soldadura (Bi40Sn57Ag3)
(5) Capa de humectacion/recubrimiento de plata
(6)
Cuerpo de compensacion
b
Maximo ancho de egreso de la masa de soldadura
t
Ancho Kmite de la masa de soldadura
A-A'
Lmea de corte
5 B-B'
Lmea de corte

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un panel con un elemento de conexion electrica, que comprende:
    - un sustrato de vidrio (1) con un primer coeficiente de dilatacion termica;
    - una estructura electricamente conductora (2) consistente en una capa con un espesor de 5 pm a 40 pm, sobre una region del sustrato (1);
    - un elemento de conexion (3) con un segundo coeficiente de dilatacion termica, siendo la diferencia entre los coeficientes de dilatacion termica primero y segundo inferior a 5 x 10'6/°C; y
    - una capa de una masa de soldadura (4), que vincula electricamente el elemento de conexion (3) con regiones parciales de la estructura electricamente conductora (2);
    caracterizado por que el elemento de conexion (3) contiene por lo menos 50% en peso al 60% en peso de hierro, 25% en peso al 35% en peso de mquel, 15% en peso al 20% en peso de cobalto, 0% en peso al 0,5% en peso de silicio, 0% en peso al 0,1% en peso de carbono o 0% en peso al 0,5 en peso de manganeso,
    y por que el maximo ancho de egreso, b, definido como la distancia entre los bordes exteriores del elemento de conexion (3) y el lugar de la transicion de la masa de soldadura, en el que la masa de soldadura (4) tiene un espesor de capa inferior a 50 pm, en donde en el espacio intermedio formado por el elemento de conexion electrica (3) y la estructura electricamente conductora (2) se halla retrafdo en forma de un menisco concavo.
  2. 2. Panel segun la reivindicacion 1, en donde la estructura electricamente conductora (2) consiste en una capa con un espesor de 8 pm a 15 pm.
  3. 3. Panel segun una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la estructura electricamente conductora (2) contiene plata.
  4. 4. Panel segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el espesor de la capa de soldadura (4) es inferior a 3,0 x 10'4 m.
  5. 5. Panel segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la masa de soldadura (4) contiene estano y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o sus composiciones.
  6. 6. Panel segun la reivindicacion 5, en donde la proporcion de estano en la composicion de soldadura (4) es del 3% en peso al 99,5 % en peso.
  7. 7. Panel segun la reivindicacion 5 o 6, en donde la proporcion de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o sus composiciones en la composicion de soldadura (4) es del 0,5% en peso al 97% en peso.
  8. 8. Panel segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el elemento de conexion (3) esta recubierto con mquel, estano, cobre y/o plata.
  9. 9. Panel segun la reivindicacion 8, en donde el elemento de conexion (3) esta recubierto con 0,1 pm a 0,3 pm de mquel y/o con 3 pm a 10 pm de plata.
  10. 10. Procedimiento para fabricar un panel con un elemento de conexion electrico (3) segun una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde:
    a) sobre el elemento de conexion (3) se dispone y se aplica masa de soldadura (4) en forma de plaquetas de recubrimiento con un espesor, volumen, forma y disposicion predeterminados;
    b) se aplica una estructura electricamente conductora (2) sobre un sustrato (1);
    c) se dispone el elemento de conexion (3) con la masa de soldadura (4) sobre la estructura electricamente conductora (2); y
    d) se suelda el elemento de conexion (3) a la estructura electricamente conductora (2).
  11. 11. Utilizacion de un panel con un elemento de conexion electrica segun una de las reivindicaciones 1 a 9, para velmculos con estructuras electricamente conductoras, preferiblemente con conductores de calefaccion y/o conductores de antena.
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