JP2019533272A - 改善された半田付けゾーンを有する導電装置を備えたグレージング - Google Patents

Abstract

本発明は、本発明は、ガラス基材で構成されているグレージングであって、ガラス基材の少なくとも一部が、電気ネットワークを形成している導電性金属ペーストで作られている導電性トラックで構成されており、半田付けゾーンにおいて、錫、銀及び任意選択的には銅をベースとする半田合金によって、コネクターに半田付けされている、導電要素を具備しており、グレージングが、半田付けゾーンにおいて、銀ペーストの単層を具備しており、この単層が、導電要素の電気的接触を確実にし、電気ネットワークの導電性金属ペーストと、半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストとが、異なる組成の銀ペーストである、グレージングに関する。かかるグレージングの製造方法、及び自動車グレージングの分野におけるその使用も記載している。

Description

本発明は、電気的接続要素を具備しているグレージング、その製造方法、及び自動車グレージングの分野におけるその使用に関する。

本発明は、より具体的には、自動車のための、電気的機能を備えたグレージング、例えば加熱されているグレージング又は除霜グレージング、又はアンテナを備えたグレージング等に関する。加熱ネットワーク、アンテナ又は他のセンサーを具備しているグレージングにおいては、一連の狭い抵抗ストリップ(「トラック」とも称される)が、曲げ及び/又は強化作業の前にガラスの表面に堆積され、それによって、これらの成形作業の間に導電性組成物のベーキングが生じるようにされる。導電性ペーストは、有機バインダー中の金属銀及びフリット(すなわち低融点ガラス)のペースト状の懸濁液からなる。これらの抵抗ストリップは、グレージングの縁付近に配置されているより広い集電ストリップにつながっている。これらの集電ストリップは、ブスバーとも称され、概して抵抗ストリップの組成と同じ組成を有しており、同時にかつ同じ方法で堆積されている。

これらのストリップは、導電性ペーストに半田付けされているコネクターを介して、電力を供給するシステムに接続されている。種々の要素を互いに半田付けすることは、このタイプのグレージングの製造方法における重大な点である。特に、半田付けの位置において、用いる材料の間の熱膨張係数の差異のため、グレージングの製造及び取り扱いの間に張力が生じ、それによって、特にコネクターと同じレベルで、グレージングの弱化及びグレージングにおける亀裂の発生をもたらす。

現在まで用いられている半田合金は、鉛をベースとしているために特に延性があり、それによって、製造者により規定される耐性試験を行ったときに、グレージングを所望の用途のために適していないものとすることとなる亀裂が生じなかった。欧州指針は、現在、これらの鉛をベースとする合金の使用を禁じており、他の半田合金を見出す目的で、より多くの研究が行われている。錫、銀、及び任意選択的には銅を含有している合金により、良好な妥協案が見出されている。これらの合金は、それらを良好な半田とする性質を有するのみならず、自動車の製造者により現在規定されている試験に合格するために要求される堅牢性を有する。

しかしながら、コネクターに実施されるエージング試験、特に温度サイクル試験（ＴＣＴｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔｓ）の条件は、より厳格になる傾向にある。これらの試験の目的は、グレージングが連続的で急速な温度の上昇及び低下に、弱化されることなく耐えることができるか否かを評価することである。新たな試験体制は、−４０℃〜＋１０５℃で変化する温度を規定しており、この温度は、９０℃までに限定されていた以前の試験において用いられていた温度変化よりも大きい温度変化である。また、サイクルの数は、１０サイクルから少なくとも６０サイクルへと増加している。最後に、温度が上昇する試験の段階を、１４Ｖの電圧の下で行わなければならず、これは、約１２０℃にまで達する可能性がある局所的な温度により、追加の局所的な加熱をもたらす。達するより高い温度は、コネクターのみならず、半田合金のより大きな熱膨張をもたらすことがあり、それによって、全体として電気的接続要素により大きな応力がかかる。

錫及び銀をベースとする合金のより大きな剛性は、これらのより厳格な試験の後において割れ目又は亀裂が生じ、グレージングを不合格とする程度までの、基材への応力のより大きな移動をもたらす。

無鉛のコネクター及び半田合金を用いるグレージングが、これらの新しく次第に厳格になっている試験により規定されている基準に合格することを可能とするため、特定の特性、特に組成、堆積された厚さ及び抵抗率に関する特性を有する銀ペーストを用いることが提案されており、加熱ネットワークのワイヤー及び半田付けゾーンが、この銀ペーストから作られている。この半田付けゾーンにおいて、コネクター及び合金を備えたグレージングが、これらのより厳格な試験により規定されている基準に合格できることを確実にするため、銀ペーストの２つの連続する層を用いることが必要であることがわかっている:ペーストの第一の層は、電気ネットワークに接続されている層であり、第二の層は、半田付けの後におけるより良好な機械的性能を確実にする層である。それによれば、これらの２つの層は、概して、このアセンブリを隠蔽することを可能とする黒色エナメル層に積重されている。一定の性質を有する銀ペーストの選択により強いられる制約は、ペーストの特定の特異性に関する追加のコストをもたらす可能性がある。

本発明の目的は、無鉛の半田合金を用いた場合に、最も厳格なＴＣＴ試験に対する耐性に関する製造者又はＯＥＭの次第に厳格になっている要求を満足することができる、安価なグレージング設計を提供することである。

この目的のため、本発明は、ガラス基材で構成されているグレージングであって、ガラス基材の少なくとも一部が、電気ネットワークを形成している導電性金属ペーストで作られている導電性トラックで構成されており、半田付けゾーンにおいて、錫、銀及び任意選択的には銅をベースとする半田合金によって、コネクターに半田付けされている、導電要素を具備しており、グレージングが、半田付けゾーンにおいて、銀ペーストの単層を具備しており、この単層が、導電要素の電気的接触を確実にし、電気ネットワークの導電性金属ペーストと、半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストとが、異なる組成の銀ペーストである、グレージングに関する。

半田付けゾーンにおける２つの重ねられている導電性金属ペーストの層を具備している、先行技術において記載されている電気的接続システムとは対照的に、本発明によるグレージングは、導電性ペーストの単層のみを具備している。

それによれば、全体として電気ネットワークのための導電性金属ペーストと、導電要素との電気的な接触を確実にすることを可能とする半田付けゾーンのための導電性金属ペーストとを分けることが可能となる。それによれば、特定の導電性金属ペーストの使用は、排他的に半田付けゾーンに限定される。

半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストは、電気ネットワークの残部のために用いる導電性金属ペーストと異なっている。したがって、半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストの層の組成は、全体として電気ネットワークのために用いる導電性金属ペーストの層の組成と異なっている。したがって、半田付けゾーンにおける単層を作る導電性金属ペーストは、用いるコネクター及び無鉛の半田合金に適合させるように選択する。好ましくは、半田付けゾーンにおける銀ペーストは、フリッティングの前においては、６０〜８８重量％の銀を含有しており、かつフリッティングの後、したがって５５０℃〜７００℃に含まれる温度でのベーキングの後においては、９０〜９７重量％の銀を含有しており、残部がガラスフリットである。

半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストは、有利には、半田合金とコネクターとの間の良好な適合性を確実にすることを可能とし、かつそれによって亀裂のリスクを制限することを可能とする特定の特異性を有する。このペーストは、好ましくは、２５℃の温度で測定したときに、３．５μΩ．ｃｍ以下の抵抗率を有する、銀をベースとするペーストである。これらの値は、より厳格なＴＣＴ試験の要求を満足するために特に適していることがわかっている。したがって、銀ペーストの組成は、有利には、これらの抵抗率の値を得るために選択する。

半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストの層の厚さは、全体として電気ネットワークのために用いる導電性金属ペーストの層の厚さと異なっていてよい。

好ましくは、半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストの層は、５〜２０μｍに含まれる厚さを有し、この厚さは、フリッティングの後に測定したものである。更により好ましくは、この厚さは、７〜１５μｍに含まれる。

電気コネクターを銀で作られている導電性トラックに半田付けするために用いる合金は、錫、銀、及び任意選択的には銅をベースとする合金であり、特に錫、銀及び銅をベースとする合金である。これは、欧州指針により設定された標準規格を満足する「無鉛」であると考えられる合金の問題である。有利には、合金は、９０〜９９．５重量％、好ましくは９３〜９９重量％の錫、より好ましくは９５〜９８重量％の錫を含有している。また、合金は、好ましくは、錫に加え、０．５〜５重量％の銀及び０〜５重量％の銅を含有している。合金は、ビスマス、インジウム、亜鉛及び／又はマンガンを含有していてもよい。半田合金は、電気コネクターの下部に配置されている。半田合金の層の厚さは、好ましくは６００μｍ以下、より好ましくは１５０〜６００μｍに含まれる。

電気コネクターは、金属で作られており、用いる金属は、特に半田合金に応じて選択することができる。コネクターは、銅で作られていてよい。しかしながら、無鉛の半田合金のためには、コネクターは、銅よりも低い熱膨張係数を有する材料である鋼又はチタンで作られていることが好ましい。特に好ましくは、電気コネクターは、ステンレス鋼で作られており、すなわち少なくとも１０．５重量％のクロムを含有している鋼で作られている。このタイプのコネクターは、錫、銀及び銅をベースとする半田合金に適合するという利点を有する。特に、種々の材料が、過剰に高い機械的応力、すなわち脆弱なゾーン及び亀裂の伝播をもたらすこととなる応力を生み出すリスクなしに、それらを結合して用いることを可能とする熱膨張係数を有することが必要である。２５℃の温度で測定したときに、３．５μΩ．ｃｍ以下の抵抗率を有する銀ペーストと組み合わせて、ステンレス鋼のコネクターは、最も厳格なＴＣＴ試験条件の下で非常に良好な性能レベルを得ることを可能とする。

電気コネクターは、好ましくは０．１〜２ｍｍ、より好ましくは０．２〜１ｍｍ、より好ましくは０．３〜０．８ｍｍに含まれる厚さを有する。電気コネクターは、半田付けゾーンに、特に導電性金属ペーストの単層のみが存在している位置に配置されている。

コネクターは、任意選択的に、半田合金と接触する表面に、ニッケル、銅、亜鉛、錫、銀、又はこれらの合金をベースとする濡れ層又は濡れコーティングを有する。好ましくは、このコーティングは、ニッケル及び／又は銀をベースとしている。このコーティングの厚さは、好ましくは、ニッケルについては０．１μｍ〜０．３μｍであり、銀については３〜２０μｍである。

電気コネクターは、基材上に配置されることを意図しているその下面に、コネクター及び銀で作られている導電性層が半田合金により正確に接続されることを確実にすること、及びそれによって半田接合の質を向上することを可能とする、少なくとも２つのパッド又は少なくとも１つのスペーサーを有していてよい。

上記の種々の好ましい特徴を共に組み合わせることができることは言うまでもなく、それらの組合せは、最も厳格なＴＣＴ試験条件の下で、最も高い性能レベルを得ることを可能とする。これらの種々の組合せは、簡単のため、列挙していない。

電気的接続システムを配置する基材は、好ましくはガラス、より具体的には板ガラス、例えば溶融ガラスを溶融金属の浴に流し込むフロート処理を用いて製造されたガラスで作られている。基材は、例えば石英ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、及び／又はソーダ石灰ガラスで作られていてよい。基材は、ポリマー性であってもよく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリニトリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート及び／又はそれらのコポリマー若しくは混合物を含有していてもよい。基材は、好ましくは透明である。基材は、０．５ｍｍ〜２５ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍに含まれる厚さを有する。

基材は、強化されたガラスであってもよく、又は強化されていないガラスであってもよい。強化されたガラスを用いる場合、表面層が補強されており、したがってより強固であり、それによって、電気的接続システムの存在によりもたらされる弱化作用をより容易に観察することを可能とする。

本発明は、上記のグレージング等のグレージングを製造するための方法にも関する。この方法は、少なくとも次の工程を含む：
−導電性金属トラックを堆積させて、ガラス基材の少なくとも一部に、電気ネットワークを作ること；
−導電性トラックとコネクターとの間に、半田付けゾーンにおいて導電性金属ペーストの単層を堆積させること、ここで、電気的な接触が、この単層において作られている；
−任意選択的に、導電性金属ペーストの層を乾燥させること；
−導電性金属ペーストの層をフリッティングすること；次いで
−半田付けゾーンにおいてコネクターを半田付けすること。

導電性金属トラック堆積及び半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストの層の堆積は、当業者に公知の方法を用いて実施する。この堆積工程は、好ましくはスクリーン印刷又はデジタル印刷により実施する。堆積工程は、随意の他の公知技術により実施してもよい。堆積をスクリーン印刷により実施する場合、異なるスクリーン印刷のスクリーンを用いて、電気ネットワークを作っている導電性トラックを堆積し、かつ半田付けゾーンにおいて導電性金属ペーストの層を堆積させることができる。スクリーンは、特に、グレージングに堆積させることが望まれる層の厚さに応じ、かつ導電性金属ペーストの組成にも応じて選択される。

導電性金属ペーストの層を乾燥する工程は、層を堆積するために用いた技術に応じて任意選択的である。堆積をスクリーン印刷により実施した場合には、フリッティング工程の前に、層を乾燥する工程を、好ましくは約１５０℃で実施することが望ましい。電気ネットワークを作っている導電性金属トラックを堆積する工程の後で、かつ半田付けゾーンにおける導電性金属ペーストの層の堆積の前に、中間乾燥工程を実施してもよい。導電性層をデジタル印刷により堆積させた場合には、フリッティング工程の前に導電性層を乾燥させることは、必ずしも必要ではない。

上記の堆積工程の前に、黒色エナメルの層を、有利には、特に半田付けゾーンの位置で、グレージングに堆積させて、半田付けゾーンを隠蔽しかつ見られることを防止することができる。また、このエナメル層の存在は、任意選択的である。

フリッティング工程は、空気中で、５５０℃〜７００℃に含まれる温度で、２〜１０分で変化する時間の間ベーキングする工程である。このようにしてフリットした銀をベースとするエナメルは、固体を作る。ひとたびフリッティング工程を実施すると、接触端子又はコネクターは、次いで半田付けされて、伝導性ワイヤーに電力を供給することが可能となる。

コネクターは、スタンピング、ピストン半田付け、マイクロフレーム半田付け、レーザー半田付け、熱風半田付け、誘導半田付け、抵抗半田付けにより、及び／又は超音波的に、導電性の銀トラックに半田付けされていてよい。本発明において、「半田付け」との用語は、無関係に、蝋接、溶接又は半田付けを意味するために用いられ、「半田」との用語は、無関係に、蝋接する、溶接する又は半田付けすることを意味する。

本発明は、建物又は乗物、特に自動車、鉄道車両又は飛行機における、少なくとも１つの電気的接続システム、例えば上記の電気的接続システムを具備しているグレージングの使用にも関する。このグレージングは、特に加熱されるフロントガラス、サイドウィンドウ、リヤウィンドウ若しくは屋根、又はアンテナ、若しくはグレージングの上若しくは内部に配置されている随意の他の電気的機能を備えている、フロントガラス、サイドウィンドウ、リヤウィンドウ若しくは屋根として用いられる。

図１は、鉛を含有している半田の場合に、エージング試験の要求を満足するために従来用いられる電気的接続のタイプの略図である。 図２は、本発明によるグレージングのための電気的接続のタイプの略図である。 図３は、本発明によるグレージングのための電気的接続のタイプの略図である。 図４は、本発明によるグレージングのための電気的接続のタイプの略図である。

以下の図は、本発明を描写している。図１は、図２〜４は、本発明によるグレージングのための電気的接続のタイプの略図である。

図１に示したグレージングは、例えば、特に除霜のために用いられる熱伝導性ワイヤー２を備えたリヤウィンドウとして用いられるグレージング１である。黒色エナメルフレーム３が、グレージングの周囲に堆積されており、電気的に接続しているゾーンを隠蔽している。かかるグレージングの製造の間、最初に堆積された層は、フレーム３に対応する層であり、加熱ワイヤー２は、このフレームにおいて次に堆積されている。２つの半田付け及び電気的接続ゾーン４ａ及び４ｂを、この図に示し、拡大している。ゾーン４ａは、半田付けゾーンに対応しており、このゾーン４ａに、「ボタン」形状のコネクターが配置されることとなり、その一方で、ゾーン４ｂにおいては、コネクターは、長方形であることとなる。半田付けゾーン４ａにおいて、加熱ワイヤー２の組成と同じ組成の導電性金属ペーストの層５ａが、コネクターと同じ形状の円盤の形態で堆積されている。次いで、この層を、半田合金及びコネクター自体を半田付けすることを可能とするために必要な特性を有する第二の銀ペースト６ａで被覆する。したがって、半田付けゾーン４ａにおいて、２つの導電性金属ペーストの層５ａ及び６ａが重なっており、ゾーン５ａは、ブスバーゾーンであり、ゾーン６ａは、コネクターの半田付けゾーンである。半田付けゾーン４ｂについては、導電性金属ペーストの２つの連続する層５ｂ及び６ｂが積重されており、その一方で、半田付けゾーンの形状をコネクターの形状に調整しており、ゾーン５ｂは、ブスバーゾーンであり、ゾーン６ｂは、コネクターの半田付けゾーンである。

図２は、半田付けゾーン７ａ及び７ｂが、導電性金属ペーストの単層のみを具備している、本発明によるグレージングを示している。半田付けゾーンにおける単層８ａ、８ｂは、加熱ワイヤー２のために用いる組成と同じ組成の導電性金属ペーストに対応しているブスバーゾーン２ｂを介して、加熱ワイヤー２と電気的接続をすることを可能とする層である。

図３は、本発明によるグレージングの接続のタイプの別の略図を示している。この形態においては、半田付けゾーン９は、導電性金属ペーストの単層９ａからなる部分を具備しており、この部分は、電気的接続を確実にするため、加熱ワイヤー２のために用いられている導電性ペーストのストリップと直接的に接触している。コネクターは、単層のみを具備している部分９ａに配置されている。部分９ａの周囲に配置されている遷移ゾーン９ｂは、２つの導電性金属ペーストの層が積重されている唯一のゾーンである。この遷移ゾーンは、コネクターが配置されることとなる半田付けゾーンには対応していない。

図４は、本発明によるグレージングの電気的接続のタイプの更に別の略図を示しており、ここでは、半田付けゾーン１０が、フレーム３である黒色エナメル層に直接的に堆積されている導電性金属ペーストの単層１０ａのみを具備している。図３と同様に、遷移ゾーン１０ｂは、２つの導電性金属ペーストの層がこれにおいて積重されているゾーンであり、この遷移ゾーンは、半田付けゾーンではない。コネクターは、導電性金属ペーストの単層のみを具備しているゾーン１０ａに配置されている。

Claims (15)

1. ガラス基材で構成されているグレージング（１）であって、前記ガラス基材の少なくとも一部が、電気ネットワークを形成している導電性金属ペーストで作られている導電性トラック（２）で構成されており、半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）において、錫、銀、及び任意選択的には銅をベースとする半田合金によって、コネクターに半田付けされている、導電要素を具備しており、前記グレージングが、前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）において、銀ペースト(８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）の単層を具備しており、この単層が、前記導電要素の電気的接触を確実にし、前記電気ネットワーク（２）の前記導電性金属ペーストと、前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記導電性金属ペースト（８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）とが、異なる組成の銀ペーストである、グレージング。
2. 前記半田合金が、９０〜９９．５重量％の錫、０．５〜５重量％の銀、及び０〜５重量％の銅を含有している、請求項１に記載のグレージング（１）。
3. 前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記銀ペースト（８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）が、フリッティングの前においては、６０〜８８重量％の銀を含有しており、かつ５５０℃〜７００℃に含まれる温度でのフリッティングの後においては、９０〜９７重量％の銀を含有しており、残部がガラスフリットである、請求項１又は２に記載のグレージング（１）。
4. 前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記銀ペーストが、２５℃の温度で測定したときに、３．５μΩ．ｃｍ以下の抵抗率を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のグレージング（１）。
5. 前記電気ネットワーク（２）を作っている前記導電性金属ペーストの層の厚さが、前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記導電性金属ペースト（８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）の層の厚さと異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のグレージング（１）。
6. 前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記導電性金属ペースト（８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）の層が、５〜２０μｍ、好ましくは７〜１５μｍに含まれる厚さを有し、前記厚さがフリッティングの後に測定したものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のグレージング（１）。
7. 前記半田合金の層の厚さが、６００μｍ以下、特に１５０〜６００μｍに含まれる厚さである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のグレージング（１）。
8. 前記コネクターが、ステンレス鋼で作られている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のグレージング（１）。
9. 少なくとも次の工程を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のグレージング（１）を製造するための方法：
   −導電性金属トラック（２）を堆積させて、前記ガラス基材の少なくとも一部に、前記電気ネットワークを作ること；
   −前記導電性トラック（２）と前記コネクターとの間に、前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）において導電性金属ペースト（８ａ、８ｂ、９ａ、１０ａ）の単層を堆積させること、ここで、電気的な接触が、この単層において作られている；
   −任意選択的に、導電性金属ペーストの前記層を乾燥させること；
   −及び導電性金属ペーストの前記層をフリッティングすること；次いで
   −前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）において前記コネクターを半田付けすること。
10. ２つの堆積工程を、スクリーン印刷又はデジタル印刷により実施する、請求項９に記載の方法。
11. 堆積工程を、スクリーン印刷により実施し、乾燥工程を、フリッティング工程の前に行う、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 中間乾燥工程を、前記ネットワークを作っている前記導電性トラック（２）の前記堆積の後で、かつ前記半田付けゾーン（７ａ、７ｂ、９、１０）における前記導電性金属ペーストの層の前記堆積の前に実施する、請求項１１に記載の方法。
13. ２つの堆積工程を、異なるスクリーン印刷のスクリーンで実施する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 建物又は乗物、特に自動車、鉄道車両又は飛行機における、請求項１〜８のいずれか一項に記載のグレージング（１）の使用。
15. 加熱されるフロントガラス、サイドウィンドウ、リヤウィンドウ若しくは屋根、又はアンテナ、若しくは前記グレージングの上若しくは内部に配置されている随意の他の電気的機能を備えている、フロントガラス、サイドウィンドウ、リヤウィンドウ若しくは屋根としての、請求項１４に記載の使用。

Images