KR20150008161A

KR20150008161A - 전기 연결 요소를 갖춘 디스크

Info

Publication number: KR20150008161A
Application number: KR1020147033980A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 슈말부흐; 베른하르드 레울; 로다르 레스마이스터; 미트자 라테이크자크
Original assignee: 쌩-고벵 글래스 프랑스
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2015-01-21
Also published as: MA37597B1; CA2874689A1; TWI558039B; AR091244A1; MX2014014792A; MA20150154A1; US9496632B2; IN2014KN02828A; AU2013270846A1; DK2859620T3; PT2859620T; EP2859620A1; US20150162677A1; KR101660624B1; MX360103B; CN104335422B; CN104335422A; BR112014029731A2; ES2600482T3; EP2859620B1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전기 연결 요소를 갖춘 디스크로서, 기판(1), 기판(1)의 영역 상의 전기 도전성 구조물(2), 누름 버튼으로서 형성되고 적어도 하나의 크롬 함유 강을 함유하는 연결 요소(3) 및 전기 도전성 구조물(2)의 일부 영역에 연결 요소(3)를 전기적으로 연결하는 솔더 재료(4)층을 포함하는 디스크에 관한 것이다.

Description

전기 연결 요소를 갖춘 디스크{DISK HAVING AN ELECTRICAL CONNECTION ELEMENT}

본 발명은 전기 연결 요소를 갖춘 판유리와 그의 경제적, 친환경적 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 예컨대 가열 도체 또는 안테나 도체와 같은 전기 도전성 구조물을 구비한 자동차를 위한 전기 연결 요소를 갖춘 판유리에 관한 것이다. 전기 도전성 구조물은 통상적으로 솔더드온(soldered-on) 전기 연결 요소를 통해 차내 전기 시스템에 연결된다. 사용되는 재료의 상이한 열팽창계수로 인해, 판유리를 변형시키고 제조 및 작동 중에 판유리의 파손을 초래할 수 있는 기계적 응력이 발생한다.

납 함유 솔더는 소성 변형에 의해 전기 연결 요소와 판유리 사이에 발생하는 기계적 응력을 상쇄할 수 있는 높은 연성을 가진다. 그러나, 폐차처리지침 2000/53/EC 때문에 유럽 공동체 내에서는 납 함유 솔더를 무연 솔더로 대체하여야 한다. 본 지침은 간단히 줄여 약자 ELV(End of Life Vehicles)로 지칭된다. 그 목적은 일회용 전자기기가 대량으로 증가함에 따라 극히 문제가 많은 성분을 제품에 사용하는 것을 금지하는 것이다. 규제 대상 물질은 납, 수은 및 카드뮴이다. 이는 무엇보다도, 유리 관련 전기적 용례에서 무연 솔더링 재료를 구현하는 것과, 대응하는 대체 제품을 도입하는 것과 관련이 있다.

스냅 형태로 구성된 전기 연결 요소가 예컨대 US 6249966 B1과 US 20070224842 A1을 통해 공지되어 있다. 이런 연결 요소는 차내 전기 시스템에 대한 편리한 연결을 가능하게 한다. US 20070224842 A1은 티타늄으로 연결 요소를 제조하는 것을 제시한다. 그러나, 티타늄은 솔더링이 어렵다. 이로 인해 판유리에 대한 연결 요소의 점착력이 불량하다. 티타늄은 또한 매우 값비싸기 때문에 연결 요소의 가격 상승을 초래한다.

본 발명의 목적은 판유리의 임계 기계적 응력이 방지되도록 하는 전기 연결 요소를 갖춘 판유리와, 그의 경제적, 친환경적 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 종래 기술에 비해 가용성이 우수하고 솔더링성 및 냉간 성형성과 같은 공정성이 우수한, 개량된 연결 요소용 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 독립항 제1항에 따른 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시형태는 종속항에서 제시된다.

적어도 하나의 연결 요소를 갖춘 본 발명에 따른 판유리는 하기 특성, 즉

- 기판과,

- 기판의 영역 상의 전기 도전성 구조물과,

- 스냅으로 구현되고 적어도 하나의 크롬 함유 강을 함유하는 연결 요소와,

- 전기 도전성 구조물의 부영역에 연결 요소를 전기적으로 연결하는 솔더링 화합물층을 포함한다.

기판은 바람직하게는 유리, 특히 바람직하게는 평판 유리, 플로트 유리, 석영 유리, 붕규산염 유리, 소다석회 유리를 함유한다. 대안적인 바람직한 실시형태에서, 기판은 폴리머, 특히 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및/또는 이들의 혼합물을 함유한다.

기판은 제1 열팽창계수를 가진다. 연결 요소는 제2 열팽창계수를 가진다. 본 발명의 유리한 실시형태에서, 제1 열팽창계수와 제2 열팽창계수의 차는 5×10^-6/℃ 미만이다. 이 때문에 보다 양호한 점착력을 얻게 된다.

전기 도전성 구조물이 판유리 상에 적용된다. 전기 연결 요소가 솔더링 화합물에 의해 전기 도전성 구조물의 부영역에 전기적으로 연결된다. 솔더링 화합물은 연결 요소와 전기 도전성 구조물 사이의 중간 공간으로부터 1 mm 미만의 유출폭으로 흘러나온다.

바람직한 실시형태에서, 최대 유출폭은 바람직하게는 0.5 mm 미만, 특히 대략 0 mm이다. 이는 판유리의 기계적 응력의 저감, 연결 요소의 점착력 및 솔더량의 저감과 관련하여 특히 유리하다.

최대 유출폭은 솔더링 화합물의 층 두께가 50 ㎛ 미만이 되는 솔더링 화합물의 분기점과 연결 요소의 외측 가장자리 사이의 거리로서 정의된다. 최대 유출폭은 솔더링 공정 후에 고화된 솔더링 화합물을 대상으로 측정된다.

소기의 최대 유출폭은 연결 요소와 전기 도전성 구조물 사이의 수직 거리와 솔더링 화합물의 부피를 적절히 선택함으로써 달성되는데, 이는 간단한 실험에 의해 결정될 수 있다. 연결 요소와 전기 도전성 구조물 사이의 수직 거리는 적절한 프로세스 공구, 예컨대 이격자가 일체화된 공구에 의해 사전에 정해질 수 있다.

최대 유출폭은 음의 값일 수도 있다. 즉, 전기 연결 요소와 전기 도전성 구조물에 의해 형성되는 중간 공간 내로 후퇴될 수 있다.

본 발명에 따른 판유리의 유리한 실시형태에서, 최대 유출폭은 전기 연결 요소와 전기 도전성 구조물에 의해 형성되는 중간 공간 내로 오목한 초승달 모양(meniscus)으로 후퇴된다. 오목한 초승달 모양은 예컨대, 솔더링 공정 중에 솔더가 여전히 유체인 상태에서 이격자와 전도성 구조물 사이의 수직 거리를 증가시킴으로써 형성된다.

이의 장점은 판유리, 특히 솔더링 화합물의 분기가 크게 나타나는 임계 영역에서 기계적 응력이 저감된다는 데 있다.

제1 열팽창계수는 바람직하게는 8×10^-6/℃ 내지 9×10^-6/℃이다. 바람직하게는 기판은 0℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 바람직하게는 8.3×10^-6/℃ 내지 9×10^-6/℃의 열팽창계수를 갖는 유리이다.

제2 열팽창계수는 0℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 바람직하게는 9×10^-6/℃ 내지 13×10^-6/℃, 특히 바람직하게는 10×10^-6/℃ 내지 11.5×10^-6/℃이다.

본 발명에 따른 전기 도전성 구조물은 바람직하게는 5 ㎛ 내지 40 ㎛, 특히 바람직하게는 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 8 ㎛ 내지 15 ㎛, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 내지 12 ㎛의 층 두께를 가진다. 본 발명에 따른 전기 도전성 구조물은 바람직하게는 은, 특히 바람직하게는 은 입자와 유리 프릿을 함유한다.

솔더의 층 두께는 6.0×10^-4 m 이하, 특히 바람직하게는 3.0×10^-4 m 미만이다.

솔더링 화합물은 바람직하게는 납을 함유하지 않는다. 본 발명의 맥락에서, "무연 솔더링 화합물"은 유럽 공동체 지침 "전기 및 전자 장비에 대한 특정 유해 물질의 사용 규제 2002/95/EC"에 따라, 함유하는 납의 비율이 0.1 wt% 이하이거나, 바람직하게는 납을 함유하지 않는 솔더링 화합물을 의미한다. 이는 본 발명에 따른 전기 연결 요소를 갖춘 판유리가 환경에 미치는 영향과 관련하여 특히 유리하다.

무연 솔더링 화합물은 통상적으로 납 함유 솔더링 화합물보다 낮은 연성을 가지며, 그 결과 연결 요소와 판유리 사이의 기계적 응력이 양호하게 상쇄될 수 없다. 그러나, 본 발명에 따른 연결 요소에 의해 임계 기계적 응력을 방지할 수 있다는 것이 입증되었다. 본 발명에 따른 솔더링 화합물은 바람직하게는 비스무트, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 이들의 조성물과 주석을 함유한다. 본 발명에 따른 솔더 조성물 내의 주석의 함량은 3 wt% 내지 99.5 wt%, 바람직하게는 10 wt% 내지 95.5 wt%, 특히 바람직하게는 15 wt% 내지 60 wt%이다. 본 발명에 따른 솔더 조성물 내의 비스무트, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 이들의 조성물의 함량은 0.5 wt% 내지 97 wt%, 바람직하게는 10 wt% 내지 67 wt%이며, 비스무트, 인듐, 아연, 구리 또는 은은 0 wt%일 수 있다. 본 발명에 따른 솔더 조성물은 니켈, 게르마늄, 알루미늄 또는 인을 0 wt% 내지 5 wt%의 비율로 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 솔더 조성물은 매우 특히 바람직하게는 Bi₄₀Sn₅₇Ag₃, Sn₄₀Bi₅₇Ag₃, Bi₅₉Sn₄₀Ag₁, Bi₅₇Sn₄₂Ag₁, In₉₇Ag₃, Sn₉₅ _.5Ag₃ _.8Cu₀ _.7, Bi₆₇In₃₃, Bi₃₃In₅₀Sn₁₇, Sn₇₇ _.2In₂₀Ag₂ _.8, Sn₉₅Ag₄Cu₁, Sn₉₉Cu₁, Sn₉₆ _.5Ag₃ _.5, Sn₉₆ _.5Ag₃Cu₀ _.5, Sn₉₇Ag₃ 또는 이들의 혼합물을 함유한다.

유리한 실시형태에서, 솔더링 화합물은 비스무트를 함유한다. 비스무트 함유 솔더링 화합물은 본 발명에 따른 연결 요소가 판유리에 특히 양호하게 점착되도록 하여 판유리의 손상을 방지할 수 있도록 한다는 것이 입증되었다. 솔더링 화합물 조성물 내의 비스무트의 함량은 바람직하게는 0.5 wt% 내지 97 wt%, 바람직하게는 10 wt% 내지 67 wt%, 매우 특히 바람직하게는 33 wt% 내지 67 wt%, 특히 50 wt% 내지 60 wt%이다. 비스무트 이외에도, 솔더링 화합물은 바람직하게는 주석과 은 또는 주석, 은 및 구리를 함유한다. 특히 바람직한 실시형태에서, 솔더링 화합물은 적어도, 35 wt% 내지 69 wt%의 비스무트, 30 wt% 내지 50 wt%의 주석, 1 wt% 내지 10 wt%의 은 및 0 wt% 내지 5 wt%의 구리를 포함한다. 매우 특히 바람직한 실시형태에서, 솔더링 화합물은 적어도, 49 wt% 내지 60 wt%의 비스무트, 39 wt% 내지 42 wt%의 주석, 1 wt% 내지 4 wt%의 은 및 0 wt% 내지 3 wt%의 구리를 포함한다.

다른 유리한 실시형태에서, 솔더링 화합물은 90 wt% 내지 99.5 wt%, 바람직하게는 95 wt% 내지 99 wt%, 특히 바람직하게는 93 wt% 내지 98 wt%의 주석을 함유한다. 주석 이외에도, 솔더링 화합물은 바람직하게는 0.5 wt% 내지 5 wt%의 은과 0 wt% 내지 5 wt%의 구리를 함유한다.

본 발명에 따른 연결 요소는 바람직하게는 적어도, 50 wt% 내지 89.5 wt%의 철, 10.5 wt% 내지 20 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 5 wt%의 니켈, 0 wt% 내지 2 wt%의 망간, 0 wt% 내지 2.5 wt%의 몰리브덴 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유한다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄, 니오븀 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 연결 요소는 적어도, 66.5 wt% 내지 89.5 wt%의 철, 10.5 wt% 내지 20 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 5 wt%의 니켈, 0 wt% 내지 2 wt%의 망간, 0 wt% 내지 2.5 wt%의 몰리브덴, 0 wt% 내지 2 wt%의 니오븀 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유할 수도 있다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 연결 요소는 적어도, 65 wt% 내지 89.5 wt%의 철, 10.5 wt% 내지 20 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 0.5 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 2.5 wt%의 니켈, 0 wt% 내지 1 wt%의 망간, 0 wt% 내지 1 wt%의 몰리브덴 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유한다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄, 니오븀 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 연결 요소는 적어도, 73 wt% 내지 89.5 wt%의 철, 10.5 wt% 내지 20 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 0.5 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 2.5 wt%의 니켈, 0 wt% 내지 1 wt%의 망간, 0 wt% 내지 1 wt%의 몰리브덴, 0 wt% 내지 1 wt%의 니오븀 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유할 수도 있다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

다른 특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 연결 요소는 적어도, 75 wt% 내지 84 wt%의 철, 16 wt% 내지 18.5 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 0.1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 1 wt%의 망간 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유한다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄, 니오븀 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 연결 요소는 적어도, 78.5 wt% 내지 84 wt%의 철, 16 wt% 내지 18.5 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 0.1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 1 wt%의 망간, 0 wt% 내지 1 wt%의 니오븀 및/또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유할 수도 있다. 또한, 연결 요소는 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함하는 여타 요소의 혼합물을 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 연결 요소는 바람직하게는 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 코팅된다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 연결 요소에는 바람직하게는 니켈 및/또는 구리로 제조되는 점착 촉진층과, 추가로 바람직하게는 은으로 제조되는 솔더링 가능 층이 마련된다. 본 발명에 따른 연결 요소는 매우 특히 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛의 니켈 및/또는 3 ㎛ 내지 20 ㎛의 은으로 코팅된다. 연결 요소는 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 도금될 수 있다. 니켈과 은은 연결 요소의 전류 운반 용량 및 부식 안정성과 솔더링 화합물에 의한 습윤성을 향상시킨다.

본 발명에 따른 연결 요소는 바람직하게는 크롬의 비율이 10.5 wt% 이상이고 열팽창계수가 9×10^-6/℃ 내지 13×10^-6/℃인 크롬 함유 강을 함유한다. 몰리브덴, 망간 또는 니오븀과 같은 추가 합금 성분으로 인해 인장 강도 또는 냉간 성형성과 같은 변경된 기계적 특성이나 부식 안정성이 향상된다.

티타늄으로 제조되는 종래 기술에 따른 연결 요소와 비교하여, 크롬 함유 강으로 제조되는 연결 요소의 장점은 솔더링성이 보다 우수하다는 데 있다. 이는 22 W/mK인 티타늄의 열 전도도보다 높은 25 W/mK 내지 30 W/mK의 열 전도도에서 기인한다. 보다 높은 열 전도도로 인해, 솔더링 공정 중에 연결 요소가 보다 균일하게 가열되며, 이를 통해 특히 핫 사이트(hot site)("열점")가 점방식으로 형성되는 것이 방지된다. 핫 사이트는 기계적 응력과, 이에 뒤따르는 판유리 손상의 출발점이다. 특히, 납 함유 솔더링 화합물에 비해 낮은 연성으로 인해 기계적 응력을 양호하게 상쇄할 수 없는 무연 솔더링 화합물을 사용하는 경우에도 판유리에 대한 연결 요소의 점착력이 향상된다. 보다 우수한 냉간 성형성으로 인해, 연결 요소는 크롬 함유 강으로부터 보다 양호하게 형성될 수도 있다. 또한, 크롬 함유 강은 입수가 보다 용이하다.

크롬 함유 강으로 제조되는 연결 요소의 추가적인 장점은 예컨대 구리로 제조되는 많은 종래의 연결 요소에 비해 강성이 높다는 데 있다. 이 때문에, 연결 요소는 예컨대 연결 요소에 연결된 와이어를 잡아당기는 데서 비롯하는 하중 하에서 쉽게 변형되지 않는다. 이런 변형은 솔더링 화합물을 통한 연결 요소와 전기 도전성 구조물 사이의 연결에 부담을 초래한다. 특히, 무연 솔더링 화합물의 경우에도 이런 부담을 방지할 수 있다. 납 함유 솔더링 화합물에 비해 무연 솔더링 화합물의 연성이 낮기 때문에 이런 부담을 양호하게 상쇄할 수 없으며, 이는 판유리의 손상을 초래할 수 있다.

본 발명에 따르면, 연결 요소는 스냅으로 구현된다. 따라서, 연결 케이블에 상보적 스냅이 마련된다면 연결 요소가 연결 케이블에 간단하고 편리하게 연결될 수 있다. 연결 케이블에 대한 연결 요소의 연결은 유리하게는 사용 현장에 판유리를 설치한 후에 이루어질 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 연결 요소는 수형 스냅으로 구현된다. 이 경우, 연결 케이블에는 상보적 암형 스냅이 마련된다. 그러나, 대안으로서, 연결 요소가 암형 스냅으로 구현되고 연결 케이블에 수형 스냅이 마련될 수도 있다.

연결 요소는, 이를 통해 연결 요소가 바람직하게는 그 전체 표면에 걸쳐 솔더링 화합물에 의해 전기 도전성 구조물의 부영역에 연결되는 적어도 하나의 접촉면을 가진다. 접촉면은 바람직하게는 코너를 갖지 않는다. 접촉면은 예컨대 난형, 타원형 또는 라운드형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 대안으로서, 접촉면은 볼록한 다각형, 바람직하게는 라운드형 코너를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 라운드형 코너의 곡률반경(r)은 0.5 mm보다 크고, 바람직하게는 1 mm보다 크다.

전기 연결 요소는 바람직하게는, 적어도 솔더링 화합물에 대면하는 표면에, 구리, 아연, 주석, 은, 금 또는 이들의 합금 또는 층, 바람직하게는 은을 함유하는 코팅을 갖는다. 이는 코팅 너머로 솔더링 화합물이 확산되는 것을 방지하여 유출폭을 제한한다.

본 발명의 유리한 실시형태에서는, 이격자, 바람직하게는 적어도 두 개의 이격자, 특히 바람직하게는 적어도 세 개의 이격자가 연결 요소의 접촉면에 배열된다. 이격자는 바람직하게는 연결 요소와 동일한 합금을 함유한다. 각각의 이격자는 예컨대 정육면체, 피라미드, 회전타원체의 세그먼트, 또는 구의 세그먼트로서 형상화된다. 이격자의 폭은 바람직하게는 0.5×10^-4 m 내지 10×10^-4 m이고, 높이는 0.5×10^-4 m 내지 5×10^-4 m, 특히 바람직하게는 1×10^-4 m 내지 3×10^-4 m이다. 이격자에 의해, 균일한 솔더링 화합물층의 형성이 촉진된다. 이는 연결 요소의 점착력과 관련하여 특히 유리하다. 이격자는 연결 요소와 일체로 형성될 수 있다. 이격자는 예컨대 초기 상태에서는 편평한 접촉면을 갖는 연결 요소를 예컨대 스탬핑 또는 딥 드로잉에 의해 상기 접촉면으로 재성형함으로써 형성될 수 있다. 그 과정에서, 대응하는 함몰부가 접촉면에 대향하는 연결 요소의 표면에 생성될 수 있다.

이격자에 의해, 균질하고, 두께가 균일하고, 균일하게 축합된 솔더링 화합물층이 획득된다. 따라서, 연결 요소와 판유리 사이의 기계적 응력이 저감될 수 있다. 이는 납 함유 솔더링 화합물에 비해 낮은 연성으로 인해 기계적 응력을 양호하게 상쇄할 수 없는 무연 솔더링 화합물을 사용하는 경우에 특히 유리하다.

연결 요소의 길이와 폭은 평면도에서, 예컨대 바람직하게는 1 mm 내지 50 mm, 특히 바람직하게는 3 mm 내지 30 mm, 매우 특히 바람직하게는 5 mm 내지 10 mm이다.

전기 연결 요소의 형상은 연결 요소와 전기 도전성 구조물의 중간 공간에 솔더 디포를 형성할 수 있다. 솔더 디포와 연결 요소에 대한 솔더의 습윤성으로 인해 중간 공간으로부터 솔더링 화합물의 유출이 방지된다. 솔더 디포는 직사각형, 라운드형 또는 다각형 구성일 수 있다.

전기 연결 요소와 전기 도전성 구조물의 전기적 연결 중의 에너지 도입은 바람직하게는 펀치, 열패드, 피스톤 솔더링, 바람직하게는 레이저 솔더링, 열풍 솔더링, 유도가열 솔더링, 저항 솔더링 및/또는 초음파에 의해 이루어진다.

본 발명의 목적은 또한 적어도 하나의 연결 요소를 갖춘 본 발명에 따른 판유리의 제조 방법으로서,

a) 연결 요소 상에 솔더링 화합물을 소판으로서 도포하는 단계와,

b) 기판 상에 전기 도전성 구조물을 적용하는 단계와,

c) 솔더링 화합물이 도포된 연결 요소를 전기 도전성 구조물 상에 배열하는 단계와,

d) 전기 도전성 구조물에 연결 요소를 솔더링하는 단계를 포함하는 방법을 통해 달성된다.

솔더링 화합물은 바람직하게는 층두께, 부피, 형상 및 연결 요소 상의 배열 형태가 고정된 소판으로서 바람직하게는 사전에 연결 요소 상에 도포된다.

솔더링 화합물 소판의 층두께는 바람직하게는 0.6 mm 이하이다. 솔더링 화합물 소판의 형상은 바람직하게는 접촉면의 형상에 대응한다. 예컨대, 접촉면이 라운드형으로 구현되거나 원형 외측 가장자리를 갖는 경우, 솔더링 화합물 소판은 라운드형 형상을 가진다.

연결 요소는 바람직하게는 건물, 특히 자동차, 열차, 항공기 또는 선박의 가열형 판유리나 안테나를 갖춘 판유리에 사용된다. 연결 요소는 판유리 외부에 배열되는 전기 시스템에 판유리의 전도성 구조물을 연결하는 역할을 한다. 전기 시스템은 증폭기, 제어 유닛 또는 전압원이다.

도 1은 본 발명에 따른 판유리의 제1 실시형태의 단면도이다.
도 2는 도 1의 연결 요소의 단면을 사시도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 상세한 흐름도이다.

이하, 첨부도면과 예시적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 전기 연결 요소(3)의 영역에서의, 본 발명에 따른 가열가능 판유리(1)의 단면도를 도시한다. 판유리(1)는 소다석회 유리로 제조된 3 mm 두께의 열적 프리스트레스트(prestressed) 단판 안전 유리이다. 판유리(1)의 폭은 150 cm이고 높이는 80 cm이다. 가열 도체 구조물(2) 형태의 전기 도전성 구조물(2)이 판유리(1)에 인쇄된다. 전기 도전성 구조물(2)은 은 입자와 유리 프릿을 함유한다. 판유리(1)의 가장자리 영역에서, 전기 도전성 구조물(2)은 10 mm의 폭까지 확장되고 전기 연결 요소(3)를 위한 접촉면을 형성한다. 피복 스크린인쇄부(미도시)도 판유리(1)의 가장자리 영역에 배치된다. 전기 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2) 사이의 접촉면(8)의 영역에는, 전기 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2) 사이의 내구성 있는 전기적, 기계적 연결이 이루어지도록 하는 솔더링 화합물(4)이 도포된다. 솔더링 화합물(4)은 57 wt%의 비스무트, 40 wt%의 주석 및 3 wt%의 은을 함유한다. 솔더링 화합물(4)은 소정의 부피 및 형상을 통해 전기 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2) 사이에 배열된다. 솔더링 화합물(4)의 두께는 250 ㎛이다. 전기 연결 요소(3)는 10.0×10^-6/℃의 열팽창계수를 갖는, EN 10 088-2에 따른 재료 번호 1.4509의 강(티센크루프 니로스타(등록상표)(ThyssenKrupp Nirosta®) 4509))으로 제조된다. 전기 연결 요소(3)는 두께가 예컨대 대략 5 ㎛인 은 코팅(미도시)을 가질 수 있다.

EN 10 088-2에 따른 재료 번호 1.4509의 강은 우수한 냉간 성형성과, 가스 용접을 제외한 모든 방법에 있어 우수한 용접성을 가진다. 해당 강은 소음 억제 시스템과 배기가스 제독 시스템의 제작에 사용되는데, 950℃를 초과하는 온도까지 박리 저항성을 나타내고 배기가스 시스템에 발생하는 응력에 대한 내성을 갖기 때문에 해당 시스템에 특히 적합하다. 그러나, 여타의 크롬 함유 강이 연결 요소(3)에 사용될 수도 있다. 특히 적절한 대안적인 강의 일례로는 EN 10 088-2에 따른 재료번호 1.4016이 있다.

전기 연결 요소(3)는 수형 스냅으로 구현된다. 도시된 실시형태에서, 전기 연결 요소(3)는 기부판(6)과 접속 요소(7)로 구성되어 있다. 평면도에서, 기부판(6)은 원형 형상을 가진다. 기부판(6)은 중앙에 원형 홀을 가지는데, 원형 홀의 외측 가장자리에서 기부판(6)은 기부판의 영역이 대략 직각으로 판유리(1)로부터 멀리 연장되도록 상향으로 절곡된다. 기부판(6)의 외측 가장자리는 U자 형상으로 절곡된다. 이는 기부판(6)의 가장자리 영역에 접속 요소(7)를 위한 암형 안착부를 형성한다. 기부판(6)의 절곡된 가장자리 영역은 연속적 또는 불연속적으로 구성될 수 있다. 절곡된 영역을 제외하고, 기부판(6)은 홀에 인접한 부분과 가장자리 영역이 편평하다. 판유리(1)에 대면하는 기부판(6)의 편평한 표면은 접촉면(8)을 형성한다.

기부판(6)은 예컨대 대략 0.2 mm 또는 0.3 mm의 재료 두께를 가진다. 기부판(6)의 원형 외측 가장자리는 예컨대 대략 8 mm의 직경을 가진다. 기부판(6) 중앙의 원형 홀은 예컨대 대략 1 mm의 직경을 가진다.

접속 요소(7)는 판유리(1)의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 배열되는 중공형 원통으로서 실질적으로 구성된다. 접속 요소(7)의 외측 가장자리의 저부 영역은 외향으로 절곡되고, 중공형 원통의 접촉면(8)에 대략 평행하게 연장된다. 저부 영역은 기부판(6)의 절곡 영역에 의해 형성되는 암형 안착부에 삽입된다. 따라서, 접속 요소(7)는 연결 요소(3)의 기부판(6)에 내구성 있게 안정적으로 연결된다. 중공형 원통의 벽은 접속 요소(7)를 대략 U자 형상으로 절곡함으로써 구현되며, 해당 U자 형상 절곡부의 반경은 예컨대 대략 0.3 mm와 동일하다. 중공형 원통은 예컨대 대략 5.7 mm의 외경과, 예컨대 대략 3.5 mm의 내경을 가진다. 접속 요소(7)의 재료 두께는 예컨대 대략 0.3 mm이다. 접속 요소(7)의 높이는 예컨대 대략 3.5 mm이다.

연결 요소(3)는 암형 스냅(미도시)에 연결되도록 되어 있고 이 의도에 적절하다. 이를 위해, 암형 스냅은 접속 요소(7)에 장착된다. 중공형 원통의 외벽은 판유리(1)로부터 수직하게 연장되지 않고, 대신에 접속 요소(7)의 직경이 판유리(1)로부터 멀어질수록 약간 더 커지도록 수직면에 대해 예컨대 대략 3°의 각도를 이룬다. 따라서, 장착된 암형 스냅이 의도치 않게 미끄러지는 것이 방지된다. 압형 스냅은 예컨대 접속 요소(7)의 외벽에 압력을 가하는 스프링 요소를 포함할 수 있다. 차내 전기 시스템에 대한 연결 케이블이 암형 스냅에 연결된다. 따라서, 전기 도전성 구조물(2)과 외부 전압원 사이의 전기적 연결이 간단하고 편리하게 실현될 수 있다.

대안으로서, 접속 요소(7)에는 예컨대, 장착시 암형 스냅의 립이 맞물리는 요홈이 마련될 수 있다. 접속 요소(7)의 직경이 그 높이의 적어도 일부에서, 판유리(1)로부터 멀어질수록 더 커진다면, 암형 스냅은 예컨대 립 또는 스프링 요소에 의해 수형 스냅과 유리하게 맞물릴 수 있다.

도 2는 도 1의 연결 요소(3)의 단면을 사시도로 보여준다. 연결 요소(3)는 접촉면(8)을 갖는 기부판(6)과 접속 요소(7)를 포함한다.

도 3은 전기 연결 요소(3)를 갖춘 판유리(1)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 상세히 도시한다. 전기 연결 요소(3)를 갖춘 판유리의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법의 일례가 제시되어 있다. 제1 단계로서, 형상과 부피에 따라 솔더링 화합물(4)을 분배하는 것이 필요하다. 분배된 솔더링 화합물(4)은 전기 연결 요소(3)의 접촉면(8)에 배열된다. 솔더링 화합물은 예컨대 기부판(6) 중앙의 홀이 덮인 상태로 도 1의 연결 요소(3)의 접촉면에 배열되는 원형 소판으로서 형성될 수 있다. 전기 연결 요소(3)는 전기 도전성 구조물(2) 상에 솔더링 화합물(4)과 함께 배열된다. 전기 도전성 구조물(2) 및 판유리(1)에 대한 전기 연결 요소(3)의 내구성 있는 연결이 에너지의 입력에 의해 이루어진다.

실시예

판유리(1)(두께 3 mm, 폭 150 cm, 높이 80 cm), 가열 도체 구조물 형태의 전기 도전성 구조물(2), 도 1에 따른 전기 연결 요소(3) 및 솔더링 화합물(4)로 시험 시편을 제조하였다. 은으로 연결 요소(3)를 도금하였다. 솔더링 화합물(4)을 층 두께, 부피 및 형상이 고정된 원형 소판으로서 연결 요소(3)의 접촉면(8)에 미리 도포하였다. 전기 도전성 구조물(2) 상에 솔더링 화합물(4)과 함께 연결 요소(3)를 적용하였다. 200℃의 온도에서 2초의 처리 시간 동안 전기 도전성 구조물(2) 상에 연결 요소(3)를 솔더링하였다. 전기 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2) 사이의 중간 공간으로부터의 솔더링 화합물(4)의 유출이 50 ㎛의 층 두께(t)를 초과하여 발생했으며, 그 최대 유출폭(b)은 단지 0.5 mm에 그치는 것으로 관찰되었다. 전기 연결 요소(3)와 솔더링 화합물(4)의 조성은 표 1에 제시되어 있다. 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2)에 의해 미리 정해지는 솔더링 화합물(4)의 배열 형태로 인해, 임계 기계적 응력이 판유리(1)에서 관찰되지 않았다. 전기 도전성 구조물(2)을 통한 판유리(1)와 전기 연결 요소(3)의 연결은 내구성 있게 안정적이었다.

모든 시편에 있어, +80℃에서 -30℃에 이르는 온도 차에서 유리 기판(1)이 파손되거나 손상을 입지 않았다는 것을 관찰할 수 있었다. 솔더링 직후에, 연결 요소(3)가 솔더링된 이들 판유리(1)는 급격한 온도 강하에 대해 안정적이라는 것을 입증할 수 있었다.

구성요소	재료	실시예
연결 요소(3)
	하기 조성을 갖는 것으로, EN 10 088-2에 따른 재료번호 1.4509의 강
	철(wt%)	78.87
	탄소(wt%)	0.03
	크롬(wt%)	18.5
	티타늄(wt%)	0.6
	니오븀(wt%)	1
	망간(wt%)	1
	CTE(열팽창계수) (0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	10
	연결 요소와 기판 사이의 CTE 차(0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	1.7
	열 전도도(20℃에서의 W/mK)	25
솔더링 화합물(4)
	주석(wt%)	40
	비스무트(wt%)	57
	은(wt%)	3
	솔더층의 두께 (단위: m)	250×10^-6
유리 기판(1)
(소다석회 유리)
	CTE(열팽창계수) (0℃ 내지 320℃에서의 10^-6/℃)	8.3

비교예

실시예와 동일하게 비교예를 수행하였다. 차이점은 연결 요소(3)용으로 다른 재료를 사용하였다는 것이다. 연결 요소(3)는 100 wt%의 티타늄이었다. 따라서, 연결 요소(3)는 열 전도도가 보다 낮고 열팽창계수가 보다 낮으며 연결 요소(3)와 기판(1) 사이의 열팽창계수 차가 보다 작다. 전기 연결 요소(3)와 솔더링 화합물(4)의 성분은 표 2에 제시되어 있다. 솔더링 화합물(4)에 의해 종래의 방법에 따라 전기 도전성 구조물(2)에 연결 요소(3)를 솔더링하였다. 50 ㎛의 층 두께(t)를 초과한, 전기 연결 요소(3)와 전기 도전성 구조물(2) 사이의 중간 공간으로부터의 솔더링 화합물(4)의 유출에 있어, 2 mm 내지 3 mm의 평균 유출폭(b)이 관찰되었다. 비교예에서는, 연결 요소(3)용 재료의 낮은 열 전도도로 인해 솔더링 공정 중에 연결 요소의 가열이 덜 균일하게 이루어졌다.

+80℃에서 -30℃에 이르는 급격한 온도 차에서, 유리 기판(1)이 솔더링 직후에 심각한 손상을 입었다는 것을 관찰하였다.

구성요소	재료	비교예
연결 요소(3)
	티타늄(wt%)	100
	CTE(열팽창계수) (0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	8.80
	연결 요소와 기판 사이의 CTE 차(0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	0.5
	열 전도도(20℃에서의 W/mK)	22
솔더링 화합물(4)
	주석(wt%)	40
	비스무트(wt%)	57
	은(wt%)	3
	솔더층의 두께(m)	250×10^-6
유리 기판(1)
(소다석회 유리)
	CTE (0℃ 내지 320℃에서의 10^-6/℃)	8.3

상기 표 1 과 표 2를 통해 본 차이, 그리고 본 발명에 따른 연결 요소(3)의 장점은 표 3에 제시되어 있다.

	본 발명에 따른 실시형태, 즉 실시예	비교예
재료	EN 10 088-2에 따른 재료번호 1.4509의 강	티타늄
열 전도도(20℃에서의 W/mK)	25	22
연결 요소의 CTE(열팽창계수) (0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	10	8.8
연결 요소와 기판 사이의 CTE 차(0℃ 내지 100℃에서의 10^-6/℃)	1.7	0.5

유리 기판(1)과 본 발명에 따른 연결 요소(3)를 갖춘 본 발명에 따른 판유리는 급격한 온도 차에 대해 보다 우수한 안정성을 나타낸다는 것이 입증되었다. 이 결과는 기술분야의 당업자에게는 예상치 못한 놀라운 것이었다.

1: 판유리
2: 전기 도전성 구조물
3: 전기 연결 요소
4: 솔더링 화합물
5: 습윤층
6: 전기 연결 요소(3)의 기부판
7: 전기 연결 요소(3)의 접속 요소
8: 전기 도전성 구조물(2)에 대한 연결 요소(3)의 접촉면
b: 솔더링 화합물의 최대 유출폭
t: 솔더링 화합물의 한계 두께

Claims

적어도 하나의 전기 연결 요소를 갖춘 판유리로서,
- 기판(1)과,
- 기판(1)의 영역 상의 전기 도전성 구조물(2)과,
- 스냅으로 구현되고 적어도 하나의 크롬 함유 강을 함유하는 연결 요소(3)와,
- 적어도 전기 도전성 구조물(2)의 부영역(subregion)에 연결 요소(3)를 전기적으로 연결하는 솔더링 화합물(4)층을 포함하되,
기판(1)은 소다석회 유리를 함유하는 판유리.
제1항에 있어서, 기판(1)의 열팽창계수와 연결 요소(3)의 열팽창계수의 차가 5×10^-6/℃ 미만인 판유리.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 요소(3)는 적어도, 50 wt% 내지 89.5 wt%의 철, 10.5 wt% 내지 20 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 5 wt%의 니켈, 0 wt% 내지 2 wt%의 망간, 0 wt% 내지 2.5 wt%의 몰리브덴, 또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유하는 판유리.
제3항에 있어서, 연결 요소(3)는 적어도, 75 wt% 내지 84 wt%의 철, 16 wt% 내지 18.5 wt%의 크롬, 0 wt% 내지 0.1 wt%의 탄소, 0 wt% 내지 1 wt%의 망간, 또는 0 wt% 내지 1 wt%의 티타늄을 함유하는 판유리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 도전성 구조물(2)은 은을 함유하는 판유리.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더링 화합물(4)의 층 두께는 6.0×10^-4 m 이하인 판유리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더링 화합물(4)은 비스무트, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 이들의 조성물과 주석을 함유하는 판유리.
제7항에 있어서, 솔더 조성물(4) 내의 주석의 함량은 3 wt% 내지 99.5 wt%이고, 비스무트, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 이들의 조성물의 함량은 0.5 wt% 내지 97 wt%인 판유리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소(3)는 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 코팅되는 판유리.
제9항에 있어서, 연결 요소(3)는 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛의 니켈 및/또는 3 ㎛ 내지 20 ㎛의 은으로 코팅되는 판유리.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소(3)는 그 전체 표면에 걸쳐 접촉면(8)을 통해 전기 도전성 구조물(2)의 부영역에 연결되는 판유리.
제11항에 있어서, 접촉면(8)은 코너를 갖지 않는 판유리.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른, 적어도 하나의 연결 요소를 갖춘 판유리를 제조하는 방법으로서,
a) 연결 요소(3) 상에 솔더링 화합물(4)을 소판(platelet)으로서 도포하는 단계와,
b) 기판(1) 상에 전기 도전성 구조물(2)을 적용하는 단계와,
c) 솔더링 화합물(4)이 도포된 연결 요소(3)를 전기 도전성 구조물(2) 상에 배열하는 단계와,
d) 전기 도전성 구조물(2)에 연결 요소(3)를 솔더링하는 단계를 포함하는 방법.
전기 도전성 구조물, 바람직하게는 가열 도체 및/또는 안테나 도체를 갖춘 자동차용 판유리로서의, 적어도 하나의 전기 연결 요소를 갖춘 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 판유리의 용도.