JP6965383B2 - 導電性コネクタ - Google Patents

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Description

[0001]金属をガラスにしっかりと固定することが望ましい様々な状況がある。例えば、車両のリアウィンドウは、氷または結露を除去するためまたは減少させるためにしばしばヒータを含む。このような装置に関連する1つの難題は、金属と電源またはコントローラとの間に導電性接続部を作ることである。はんだ付けした接続部を形成することは、例えば、熱を必要とする。ガラスと銅などの導電金属との熱膨張係数同士の間の差異により、はんだ付けプロセス中にガラスが割れるまたはそうでなければ傷つく可能性が高くなる。加えて、車両が曝されることがある過酷な温度および異なる熱膨張係数は、ガラスに応力を持ち込む傾向がある。
[0002]第1の材料および第2の材料を含む導電性コネクタを作る説明に役立つ例の方法は、上記第1の材料を含む層内に少なくとも部分的に上記第2の材料を含む層を設置するステップと、上記複数の層を一緒に張り合わせるステップとを含む。上記第1の材料は第1の熱膨張係数を有し、上記第2の材料は上記第1の熱膨張係数とは異なる第2の熱膨張係数を有する。
[0003]先の段落の方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態は、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層内にチャネルを形成するステップと、上記チャネル内に少なくとも部分的に上記第2の材料を含む上記層を設置するステップと、続いて、上記チャネル内に上記第2の材料をしっかりと固定するために上記複数の層を一緒に張り合わせるステップとを含む。
[0004]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態は、上記第1の材料を含むもう1つの層で上記第2の材料を含む上記層のうちの少なくとも一部を覆うステップと、上記第1の材料で上記第2の材料を完全に取り囲むステップとを含む。
[0005]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の材料が銅を含み、上記第2の材料がニッケル合金を含む。
[0006]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態は、上記張り合わせるステップの後で上記導電コネクタの少なくとも一部分にはんだを付けるステップであって、上記はんだが少なくとも40重量%のインジウムを含む、はんだを付けるステップを含む。
[0007]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態は、上記第2の材料を含む上記層の領域と少なくとも同一の広がりをもつ外面の一部分に沿って上記導電コネクタの外面上の領域に上記はんだを付けるステップを含む。
[0008]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記張り合わせるステップが、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層および上記第2の材料を含む上記層を加熱するステップと、上記加熱した層に圧力を加えるステップとを含む。
[0009]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記圧力を加えるステップが、上記加熱した層を圧延するステップを含む。
[0010]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層のうちの第1の層が第1の厚さおよび第1の幅を有し、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層のうちの第2の層が第2の厚さおよび第2の幅を有し、上記第2の材料を含む上記層が第3の厚さおよび第3の幅を有し、上記第1の厚さが上記第2の厚さよりも大きく、上記第2の幅が上記第1の幅よりも小さく、上記第3の厚さが上記第1の厚さよりも小さく、上記第3の厚さが上記第2の厚さよりも大きい。
[0011]先の段落のうちのいずれかの方法の1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第1の差異が、上記第2の熱膨張係数と上記ガラスの熱膨張係数との間の第2の差異よりも大きい。
[0012]説明に役立つ例の導電性コネクタは、第1の熱膨張係数を有する第1の材料を含む少なくとも1つの層を含む。第2の熱膨張係数を有する第2の材料を含む層が、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層内に少なくとも部分的に設置される。上記複数の層が一緒に張り合わせられる。
[0013]先の段落の導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態は、上記導電コネクタの外面の少なくとも一部分の上にはんだの層を含む。
[0014]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記はんだが、無鉛合金を含む。
[0015]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記はんだが、少なくとも40重量%のインジウムを含む。
[0016]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第1の差異が、上記第2の熱膨張係数と上記ガラスの熱膨張係数との間の第2の差異よりも大きい。
[0017]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の材料が銅を含み、上記第2の材料がニッケル合金を含む。
[0018]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層がチャネルを含み、上記第2の材料を含む上記層が上記チャネル内に少なくとも部分的に設置される。
[0019]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記チャネルが深さを有し、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つ層のうちの第1の層が第1の厚さを有し、上記第1の材料を含む上記少なくとも1つの層のうちの第2の層が第2の厚さを有し、上記第2の材料を含む上記層が第3の厚さを有し、上記深さが上記第2の厚さと上記第3の厚さとの和にほぼ等しい。
[0020]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の厚さが上記第3の厚さよりも大きく、上記第3の厚さが上記第2の厚さよりも大きい。
[0021]先の段落のうちのいずれかの導電コネクタの1つまたは複数の特徴を有する例の実施形態では、上記第1の材料を含む第2の層が、上記チャネルとは反対方向を向いた上記第2の材料を含む上記層の側に接して受けられ、上記第2の材料が、上記第1の材料内に包まれる。
[0022]少なくとも1つの開示した例の実施形態の様々な特徴および利点は、下記の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明を伴う図面は、下記のように簡単に説明されることが可能である。
[0023]本発明のある実施形態にしたがって設計された導電性コネクタの例の図である。 [0024]図1の線2−2に沿って取った層の配置を模式的に図示する断面図である。 [0025]本発明のある実施形態にしたがって設計されたもう1つの例の導電性コネクタの層の配置を模式的に図示する断面図である。 [0026]本発明のある実施形態にしたがって設計された導電性コネクタを作る方法を要約するフローチャート図である。
[0027]詳細に実施形態を参照すると、その例が添付の図面に図示されている。下記の詳細な説明では、様々な説明される実施形態の十分な理解を提供するために、数多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、様々な説明される実施形態がこれらの具体的な詳細なしに実行され得ることが、当業者には明らかであろう。他の事例では、良く知られた方法、手順、構成要素、回路、およびネットワークは、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように詳細には記述されていない。
[0028]図1は、ガラス基板24の上に支持された電気部品22と導体26との間に接続部を形成する導電性コネクタ20の例の構成を示す。例えば、電気部品22は、車両窓に支持されるヒータに電力を供給するために使用されるバスバーであってもよい。このような例では、ガラス基板24は、車両の窓であるはずである。コネクタ20は、一方の端部の近くに台座28および反対の端部の近くに結合部分30を含む。この例では、台座28は、電気部品との間の界面32のところで電気部品22にはんだ付けされる。結合部分30は、導体26に圧着される。
[0029]コネクタ20は、第1の材料および第2の材料を含む。図2は、図1の実施形態における材料の多層の配置の断面図である。少なくとも1つの層40は、導電性であり、電気部品22および導体26との導電接続を作るために選択された第1の材料を含む。図示した例では、第1の材料は銅を含む。もう1つの層42は、この例ではニッケル−鉄合金である第2の材料を含む。もう1つの層44は第1の材料を含む。第2の材料を含む層42は、層40と層44との間に設置される。複数の層40、42および44はこの実施形態では一緒に張り合わせられる。
[0030]第2の材料は、INVARおよびKOVARという商品名で販売されている市販の材料のうちの少なくとも一方を含むことができる。いくつかの実施形態は、第2の材料またはもう1つの金属としてステンレス鋼を含む。銅などの第1の材料は、優れた導電性を提供しそして第1の熱膨張係数を有する。第2の材料は、第2の異なる熱膨張係数を有する。第2の材料は、ガラスの熱膨張係数によく似た熱膨張係数を与えるように選択される。言い換えると、第1の材料の第1の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第1の差異は、第2の材料の第2の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第2の差異よりも大きい。
[0031]第2の材料の層を含むことは、ガラス24上の応力を低下させそしてガラス24上に支持された部品22との信頼性のある電気的接続を可能にするためコネクタ20の全体的な熱膨張係数を実効的に変える。コネクタ20の少なくとも台座28内に第2の材料を含むことは、台座28を電気部品22にはんだ付けする間のまたはガラスを含む車両が高温に曝されるときなどの高温に関係するガラス上の応力を低下させる。
[0032]例の実施形態では、コネクタ20の少なくとも台座28内に第2の材料を含むことおよび第2の材料としてINVARを使用することは、約10.3PPM/℃の熱膨張係数を実現し、これは約8.9PPM/℃であるソーダ石灰ガラスの熱膨張係数とさらに近似する。比較すると、銅単独では(すなわち、第2の材料の挿入物を用いないと)、約16.7PPM/℃の熱膨張係数を有する。この実施形態では、コネクタ20のはんだ付けした部分の熱膨張係数がガラス24の熱膨張係数の約2倍である代わりに、差異が25%程度であり、これにより、ガラス24がはんだ付け中に割れる可能性が著しく低下する。
[0033]図2に示したように、層40は、ポケットまたはチャネル50を含む。第2の材料を含む層42は、チャネル50内に少なくとも部分的に設置される。この例では、層42は、チャネル50の幅に対応する幅を有する。第1の材料を含む層44は、層42の上方でチャネル50内に受けられる。はんだ層52は、層44と、台座28が適所にはんだ付けされるときに電気部品22に接して設置される台座28の側に露出される層40の一部分とを覆う。
[0034]はんだ層52は、台座28を電気部品22にしっかりと固定することを容易にするためにこの例では十分に台座28を覆う。この実施形態におけるはんだ層52は、第2の材料を含む層42の面積と少なくとも同等な広さである面積を有する。言い換えると、はんだ層52は、層42と同じ広がりをもち、少なくともチャネル50と同様の長さおよび幅である。図示した例では、はんだ層42は、台座28の全面を覆う。
[0035]いくつかの実施形態の1つの特徴は、はんだ層52がガラス24の割れを減少させるまたはなくすために十分な量のインジウムを有する合金を含むことであり、上記割れは、そうでなければ台座28を電気部品22にはんだ付けするプロセスから生じるはずである。例えば、いくつかの実施形態におけるはんだ層52は、少なくとも45重量%のインジウムを含む。いくつかの実施形態では、コネクタ20がはんだ付けされる電気部品を支持するガラス基板への割れまたは他の損傷に対して十分に保護するためには、40重量%のインジウムが十分である。この発明は、はんだ層中のインジウムの量が増加するほどガラス基板の割れの発生が減少するという発見を含む。
[0036]いくつかの実施形態は、強化ガラスなどの処理ガラス材料、またはガラスの代わりにポリカーボネートを含み、はんだ層52は、上に述べた割合よりも少ない量のインジウムを含む。いくつかの実施形態は、インジウムを含まないはんだを含むことがある。
[0037]図2に示したように、層40は第1の厚さtを有し、層44は第2の厚さtを有し、そして層42は第3の厚さtを有する。この例では、第1の厚さtは、第3の厚さtよりも大きい。第2の厚さtは、第3の厚さtよりも小さい。チャネル50は、この例では、第2の厚さtと第3の厚さtとの和にほぼ等しい深さdを有する。
[0038]図2の例では、第2の材料を含む層42は、層42が第1の材料を含むコネクタ20の一部分内の挿入物と考えられてもよいように第1の材料の複数の層内に完全に包まれる。銅を含む導電性コネクタ内にニッケル−鉄合金を含む挿入物を含むことは、信頼性の高いはんだ付けした接続部を実現することを可能にし、一方でガラス基板に応力を誘起する可能性を減少させる。
[0039]図3は、図2と同様であるが、もう1つの実施形態を示す図である。この例では、第2の材料を含む層42は、図2の実施形態に含まれた層44などの第1の材料を含む別の層によって覆われるというよりはむしろ露出される。層40は、図3では第1の材料を含む唯一の層である。層40が単一の層として示されているけれども、層40と層42とが一緒に張り合わせられるときに一緒に張り合わせられる同じ材料の多数の層または積層片を含むことができる。図3の実施形態はまた、上で論じたもののようなはんだ層52を含む。
[0040]図4は、導電性コネクタ20を作る例の方法を要約したフローチャート図60を含む。この例では、チャネル50が、ステップ62において第1の材料を含む第1の層40内に形成される。第2の材料を含む層42が、ステップ64においてチャネル50内に少なくとも部分的に設置される。第1の材料を含むもう1つの層44が、ステップ66において層42に接して設置される。
[0041]ステップ68において、複数の層40、42、および44が、熱および圧力を使用して一緒に張り合わせられる。いくつかの例は、ステップ68において形成される張り合わせを実現するための既知の圧力/温度(PT)張り合わせプロセスを含む。いくつかの実施形態は、複数の層40〜44を一緒にしっかりと固定するためにクラッディング法または圧延プロセスを利用する。
[0042]ステップ70において、はんだ52の層が、一緒に張り合わせられている層の少なくとも一方の外側表面に付けられる。ステップ72において、コネクタの形状が、例えば、複数の層40〜44を一緒に張り合わせることから得られる材料を打ち抜き加工することによって形成される。
[0043]図に示されたような実施形態は、電気部品に関係するガラス基板への悪影響を減少させるまたは回避しながら、銅などの高導電材料を使用することを可能にする。
[0044]この発明は発明の好ましい実施形態に関して説明してきているが、そのように限定するものではなく、むしろ別記の特許請求の範囲に述べた範囲内であるにすぎない。例えば、上に記述した実施形態(および/またはその態様)は、相互に組み合わせて使用されてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに本発明の教示に適合するように特定の状況または材料を構成するように多くの変更を行ってもよい。寸法、材料のタイプ、様々な部品の向き、および本明細書において記述した様々な部品の数と位置は、ある種の実施形態のパラメータを規定するものであり、決して限定するものはなくそして単に原型の実施形態にすぎない。
[0045]特許請求の範囲の意図および範囲内の多くの他の実施形態および変更形態は、上の説明を再吟味すると当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、それゆえ、別記の特許請求の範囲が権利を与える等価物の全体の範囲とともに、別記の特許請求の範囲に関連して決定されるべきである。
[0046]本明細書において使用したように、「1つまたは複数」は、1つの要素により実行される機能、1つよりも多くの要素により、例えば、分散型方式で実行される機能、1つの要素により実行されるいくつかの機能、いくつかの要素により実行されるいくつかの機能、または上記の任意の組み合わせを含む。
[0047]第1の、第2の、等という用語が、いくつかの事例では、様々な要素を説明するために本明細書では使用されるとはいえ、これらの要素がこれらの用語によって限定されるべきではないこともまた理解されるであろう。これらの用語は、1つの要素を別のものと区別するために使用されるにすぎない。例えば、第1のコンタクトは、第2のコンタクトを呼ばれてもよく、そして同様に、様々な記述した実施形態の範囲から逸脱せずに、第2のコンタクトが第1のコンタクトと呼ばれてもよい。第1のコンタクトおよび第2のコンタクトは両方ともコンタクトであるが、これらは同じコンタクトではない。
[0048]本明細書においては様々な説明した実施形態の説明において使用した術語は、単に特定の実施形態を説明する目的のためであり、限定するものではない。様々な説明した実施形態の説明および別記の特許請求の範囲で使用するように、単数形「1つ(a)」、「1つ(an)」および「その(the)」は、文脈が別なように明確に指示しない限り、同様に複数形を含むものとする。本明細書において使用したように、「および/または」という用語が、関係する列挙した項目のうちの1つまたは複数のいずれかのそしてすべての可能な組み合わせを意味しそして包含することもまた理解されるであろう。「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「備える(comprises)」、および/または「備えている(comprising)」という用語は、この明細書で使用されるときに、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
[0049]本明細書において使用したように、「もし(if)」という用語は、任意選択で、文脈に応じて、「ときに(when)」もしくは「に際し(upon)」または「決定することに応じて(in response to determining)」もしくは「検出することに応じて(in response to detecting)」を意味するように解釈される。同様に、「決定される場合(if it is determined)」または「[述べた状態もしくは事象]が検出される場合(if [a stated condition or event] is detected)」という句は、任意選択で、文脈に応じて、「決定することで(upon determining)」または「決定することに応じて(in response to determining)」あるいは「[述べた状態もしくは事象]を検出することで(upon detecting [the stated condition or event]」または「[述べた状態もしくは事象]を検出することに応じて(in response to detecting [the stated condition or event])」を意味するように解釈される。
[0050]加えて、配置(ordinance)または方位という用語が、本明細書において使用されることがあるが、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではない。配置または方位という用語のすべては、別段の記載がない限り、1つの要素を別のものから区別する目的で使用され、別段の記載がない限り、いかなる特定の順序、動作の順序、方向または方位を示さない。
20 導電性コネクタ
22 電気部品
24 ガラス基板
26 導体
28 台座
30 結合部分
32 界面
40 層
42 層
44 層
50 チャネル
52 はんだ層

Claims (17)

  1. 第1の熱膨張係数を有する第1の材料および前記第1の熱膨張係数とは異なる第2の熱膨張係数を有する第2の材料を含む導電性コネクタ(20)を作る方法であって
    記第1の材料を含む少なくとも1つの層(40)内にチャネル(50)を形成するステップと、
    前記チャネル(50)内に少なくとも部分的に前記第2の材料を含む層(42)を設置するステップと、
    続いて、前記チャネル(50)内に前記第2の材料をしっかりと固定するために前記複数の層(40、42)を一緒に張り合わせるステップと、
    前記第1の材料を含むもう1つの層(44)で前記第2の材料を含む前記層(42)のうちの少なくとも一部を覆うステップと、
    前記第1の材料で前記第2の材料を完全に取り囲むステップと
    を含む、方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、
    前記第1の材料が銅を含み、前記第2の材料がニッケル合金を含む、方法。
  3. 請求項1に記載の方法であって、
    前記張り合わせるステップの後で前記導電コネクタ(20)の少なくとも一部分にはんだ(52)を付けるステップであって、前記はんだ(52)が少なくとも40重量%のインジウムを含む、はんだ(52)を付けるステップを含む、方法。
  4. 請求項に記載の方法であって、
    前記第2の材料を含む前記層(42)の領域と少なくとも同一の広がりをもつ外面の一部分に沿って前記導電コネクタ(20)の外面上の領域に前記はんだ(52)を付けるステップを含む、方法。
  5. 請求項1に記載の方法であって、
    前記張り合わせるステップが、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層(40)および前記第2の材料を含む前記層(42)を加熱するステップと、
    前記加熱した層(40、42)に圧力を加えるステップと
    を含む、方法。
  6. 請求項5に記載の方法であって、
    前記圧力を加えるステップが、前記加熱した層(40、42)を圧延するステップを含む、方法。
  7. 請求項1に記載の方法であって、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層のうちの第1の層(40)が第1の厚さ(t)および第1の幅を有し、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層のうちの第2の層(44)が第2の厚さ(t)および第2の幅を有し、
    前記第2の材料を含む前記層(42)が第3の厚さ(t)および第3の幅を有し、
    前記第1の厚さ(t)が前記第2の厚さ(t)よりも大きく、
    前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さく、
    前記第3の厚さ(t)が前記第1の厚さ(t)よりも小さく、
    前記第3の厚さ(t)が前記第2の厚さ(t)よりも大きい、
    方法。
  8. 請求項1に記載の方法であって、
    前記第1の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第1の差異が、前記第2の熱膨張係数と前記ガラスの熱膨張係数との間の第2の差異よりも大きい、方法。
  9. 導電性コネクタ(20)であって、
    第1の熱膨張係数を有する第1の材料を含む少なくとも1つの層(40)と、
    第2の熱膨張係数を有する第2の材料を含む層(42)とを含み、前記第2の材料を含む前記層(42)が前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層(40)内に少なくとも部分的に配置され、前記第2の材料を含む前記層(42)が前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層(40)と一緒に張り合わせられ、
    前記第1の材料が銅を含み、前記第2の材料がニッケル合金を含む、導電性コネクタ(20)。
  10. 請求項9に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記導電コネクタ(20)の外面の少なくとも一部分の上にはんだ(52)の層を備える、導電性コネクタ(20)。
  11. 請求項10に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記はんだ(52)が、無鉛合金を含む、導電性コネクタ(20)。
  12. 請求項10に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記はんだ(52)が、少なくとも40重量%のインジウムを含む、導電性コネクタ(20)。
  13. 前記第の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の第1の差異が、前記第2の熱膨張係数と前記ガラスの熱膨張係数との間の第2の差異よりも大きい、請求項11に記載の導電性コネクタ(20)。
  14. 請求項9に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層(40)がチャネル(50)を含み、
    前記第2の材料を含む前記層(42)が前記チャネル(50)内に少なくとも部分的に設置される、導電性コネクタ(20)。
  15. 請求項14に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記チャネル(50)が深さを有し、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つ層のうちの第1の層(40)が第1の厚さ(t)を有し、
    前記第1の材料を含む前記少なくとも1つの層のうちの第2の層(44)が第2の厚さ(t)を有し、
    前記第2の材料を含む前記層(42)が第3の厚さ(t)を有し、
    前記深さが前記第2の厚さ(t)と前記第3の厚さ(t)との和にほぼ等しい、
    導電性コネクタ(20)。
  16. 請求項15に記載の導電性コネクタ(20)であって、
    前記第1の厚さ(t)が前記第3の厚さ(t)よりも大きく、
    前記第3の厚さ(t)が前記第2の厚さ(t)よりも大きい、
    導電性コネクタ(20)。
  17. 請求項9に記載の導電性コネクタ(20)
    前記第1の材料を含む第2の層(44)が、前記少なくとも1つの層(40)内に形成されたチャネル(50)とは反対方向を向いた前記第2の材料を含む前記層(42)の側に接して受けられ、
    前記第2の材料が、前記第1の材料内に包まれる、
    導電性コネクタ(20)。
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