KR20150046191A - 전기 연결 요소를 갖는 판유리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판(1)의 적어도 부영역 상에 전기 전도성 구조(2)를 갖는 기판(1), 전기 전도성 구조(2)의 적어도 부영역 상의 전기 연결 요소(3), 및 적어도 부영역에서 전기 전도성 구조(2)에 전기 연결 요소(3)를 연결하는 무연 납땜 컴파운드(4)를 적어도 포함하며, 여기서 무연 납땜 컴파운드(4)는 58 내지 62 중량%의 인듐, 35 내지 38 중량%의 주석, 1 내지 3.5 중량%의 은 및 0.5 내지 2 중량%의 구리를 함유하는 것인, 연결 요소(3)를 갖는 판유리(I)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 연결 요소를 갖는 판유리, 그의 경제적이고 환경친화적인 제조 방법, 및 그의 용도에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 예를 들어 가열 전도체 또는 안테나 전도체 같은 전기 전도성 구조를 갖는 자동차용 전기 연결 요소를 갖는 판유리에 관한 것이다. 통상적으로 전기 전도성 구조는 납땜된 전기 연결 요소를 통해 온보드 전기 시스템에 연결된다. 이용되는 물질들의 상이한 열팽창 계수 때문에, 판유리에 변형을 가하고 판유리의 파괴를 야기할 수 있는 기계적 응력이 제조 및 작업 동안에 발생한다.
납을 함유하는 땜납은 소성 변형에 의해 전기 연결 요소와 판유리 사이에 발생하는 기계적 응력을 보상할 수 있는 높은 연성을 갖는다. 그러나, 폐차 처리 지침(End of Life Vehicles Directive) 2000/53/EC 때문에, EC 내에서는 납을 함유하는 땜납을 무연 땜납으로 대체해야 한다. 이 지침은 요약해서 약어 ELV (End of Life Vehicles)로 지칭된다. 그것의 목적은 일회용 전자기기의 대량 증가의 결과로서 극히 문제가 되는 성분을 제품에 금지하는 것이다. 영향을 받는 물질은 납, 수은, 카드뮴 및 크로뮴이다. 이것은 그 중에서도 유리 상에서의 전기적 응용에의 무연 납땜 물질의 실시 및 상응하는 대체 제품의 도입과 관련 있다.
전자적 응용으로부터 알려져 있는 무연 땜납 조성은 유리 상에서의 응용에 부적합하다. 한가지 이유는, 이 땜납 조성으로는 얻지 못하는 더 높은 접착 강도가 유리에 필요하다. 또 다른 한가지 이유는, 전자 기판에 이용되는 가요성 땜납이 상대적으로 높은 열팽창 계수를 가지며, 그 결과로서, 비교적 큰 온도 변동으로 유리 파괴가 아주 쉽게 발생한다.
예를 들어, 유리에 이용하기 위한 것으로는 은, 주석, 아연, 인듐, 비스무트 및/또는 갈륨을 함유하는 무연 금속 합금이 개시된다. 제EP 2 339 894 A1호는 연결 요소를 갖는 판유리에 전도성 층을 납땜하기 위한 비스무트 합금의 용도를 기술한다. 그러나, 이러한 비스무트 합금은 매우 취성이기 때문에, 그것은 유리 기판과 함께 납땜하기에 최적으로 적합하지는 않고, 땜납 지점에서 과도하게 높은 인장 응력이 발생한다.
땜납 지점에서 인장 응력을 감소시키기 위한 또 다른 가능성은 조대 입자 첨가제의 첨가이다. 제US 2006/0147337 A1호는 예를 들어 과립 니켈-철 합금이 첨가된 주석-은 합금을 개시한다. 따라서, 땜납의 열팽창 계수가 상당히 감소될 수 있다.
게다가, 유리의 접촉을 위해서는 폭넓고 다양한 인듐 합금의 이용이 알려져있다. 인듐이 그의 낮은 경도로 인해 땜납 지점에서 인장 응력을 감소시키기 때문에, 인듐이 특히 적합한 물질인 것으로 증명되었다. 제WO 2000058051호는 65 중량%의 인듐, 30 중량%의 주석, 4.5 중량%의 은 뿐만 아니라 0.5 중량%의 구리를 함유하는 합금을 개시한다. 기술된 땜납 조성은 그의 높은 인듐 함량 때문에, 약 121℃의 비교적 낮은 융점을 가지며, 그 결과로서, 납땜 작업 동안에 유리 기판으로의 과도한 열 전달이 방지될 수 있다. 그러나, 동시에, 이러한 낮은 융점은 납땜 컴파운드의 내노화성을 열화시키고, 이렇게 해서, 예를 들어 입사하는 태양광에 의한 땜납 지점의 강한 가열 및 판유리의 가열 기능의 동시적 사용으로, 땜납 지점의 손상이 발생할 수 있다. 게다가, 예를 들어 플럭스의 봉지화 같은 납땜 컴파운드의 불균질성이 관찰될 수 있고, 이것은 그 정도에 의존해서 납땜된 접합부의 구조적 불량을 야기할 수 있다. 추가로, 이 땜납 조성은 불리한 습윤 거동을 가지며, 그 때문에 납땜 컴파운드의 좋지 않은 균질성 뿐만 아니라 캐비티 형성이 초래된다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 불리한 점을 갖지 않는 연결 요소를 갖는 개선된 판유리, 및 그의 환경친화적 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립항인 청구항 1, 12 및 13에 따른 연결 요소를 갖는 판유리, 그의 제조 방법, 및 그의 용도에 의해 본 발명에 따라서 달성된다. 바람직한 실시양태는 종속항으로부터 명백하다.
본 발명에 따른 판유리는 기판의 적어도 부영역 상에 전기 전도성 구조를 갖는 기판, 전기 전도성 구조의 적어도 부영역 상의 전기 연결 요소, 및 적어도 하나의 부영역에서 전기 전도성 구조에 전기 연결 요소를 전기 전도성 연결하는 무연 납땜 컴파운드를 포함한다. 무연 납땜 컴파운드는 58 중량 퍼센트 (중량%) 내지 62 중량%의 인듐 및 35 중량% 내지 38 중량%의 주석을 함유한다. 특히, 본 발명에 따른 납땜 컴파운드는 58.0 중량% 내지 62.0 중량%의 인듐 및 35.0 중량% 내지 38.0 중량%의 주석을 포함한다. 주석은 그의 기계적 특성 및 그의 좋은 습윤 특성 때문에 땜납의 본질적 성분으로 쓰이고, 충전제로 주로 이용되고, 주석 함량은 나머지 성분들의 함량에 의해 결정되고, 모든 성분들의 합은 총 100%이다. 그러나, 작은 변화조차도 납땜 컴파운드의 품질에 영향을 미치고, 납땜 컴파운드의 특히 유리한 특성은 지시된 범위에서만 발견되기 때문에, 인듐 함량의 엄격한 준수가 극히 중요하다.
무연 납땜 컴파운드는 "전기 및 전자 장비에서 일부 위험 물질 이용의 제약에 대한 EC 지침 2002/95/EC"에 따라서 납 함유 땜납의 대체물로 이용될 수 있고, 그 지침에 따라 최대 한계값인 0.1 중량%의 납을 함유하고, 바람직하게는 납을 함유하지 않는다. 이것은 본 발명에 따른 판유리의 환경 영향에 관해서 특히 유리하다. 무연 납땜 컴파운드는 전형적으로 납을 함유하는 납땜 컴파운드보다 낮은 연성을 가지며, 이렇게 해서 연결 요소와 판유리 사이의 기계적 응력이 그렇게 잘 보상될 수 없다. 그러나, 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드는 유리 기판과 함께 가공하기에 특히 아주 적합하다.
본 발명에 따른 판유리의 특히 바람직한 실시양태에서, 무연 납땜 컴파운드는 59 중량% 내지 61 중량%의 인듐 및 35 중량% 내지 38 중량%의 주석을 함유한다.
무연 납땜 컴파운드에 1 중량% 내지 3.5 중량%의 은 (특히, 1.0 중량% 내지 3.5 중량%의 은), 바람직하게는 1.5 중량% 내지 3 중량%의 은 (특히, 1.5 중량% 내지 3.0 중량%의 은)이 첨가된다. 한가지 이유는, 은이 예를 들어 전도성 구조 같은 인접 물질로부터 땜납으로의 은 원자의 이행을 감소시킨다. 또 다른 한가지 이유는, 은 첨가가 무연 납땜 컴파운드의 기계적 강도를 증가시키고, 온도 변동으로 인해 야기되는 피로 현상을 피하는 것을 돕는다.
무연 납땜 컴파운드에 0.5 중량% 내지 2 중량%의 구리 (특히, 0.5 중량% 내지 2.0 중량%의 구리), 바람직하게는 0.8 중량% 내지 1.8 중량%의 구리, 특히 바람직하게는 1.2 중량% 내지 1.7 중량%의 구리, 특히 1.4 중량% 내지 1.6 중량%의 구리 함량이 첨가된다. 이 구리 함량은 융점 저하를 야기하고, 온도 변동에 대한 내노화성을 증가시키고, 땜납의 습윤 특성을 개선한다. 게다가, 납땜 컴파운드와 직접 접촉하는 구리 함유 성분을 이용하는 경우, 구리 함량은 그 성분으로부터 땜납으로의 구리 원자의 이행을 방지한다.
게다가, 니켈도 또한 무연 납땜 컴파운드에 함유될 수 있다. 바람직하게는, 니켈은 1 중량%의 최대 함량으로 이용된다. 니켈은 땜납을 더 경성이고 더 취성으로 되게 할 금속간 상, 예컨대, 예를 들어 Ag6Sn 및 Ag3Sn을 피하는 데 도움이 된다. 이러한 이유에서, 심지어 0.1 중량% 내지 0.2 중량%의 니켈 함량으로도 충분하다. 그러나, 또한, 니켈 함량은 0 중량%일 수 있다.
게다가, 비스무트, 아연, 안티모니, 금, 알루미늄, 비소, 카드뮴, 크로뮴, 탄소, 망가니즈, 니오븀, 티타늄, 게르마늄, 철 및/또는 인이 무연 납땜 컴파운드에 함유될 수 있고, 카드뮴 및 크로뮴의 최대 함량은 EC 지침 2002/95/EC에 따른 한계값에 따른다.
본 발명에 따른 납땜 컴파운드 조성은 가장 특히 바람직하게는 In60Sn36.5Ag2.0Cu1.5, In60Sn36.4Ag2.0Cu1.5Ni0.1, In59Sn36.5Ag3.5Cu1.0, In61Sn35.5Ag2.0Cu1.5, In61Sn37.5Ag1.0Cu0.5, In60Sn37.4Ag2.5Ni0.1, 특히, In60Sn36.5Ag2.0Cu1.5를 함유한다.
땜납 조성의 제조 관련 변동 범위는 이용되는 개별 성분의 각각의 총량을 기준으로 1%이다.
기판은 바람직하게는 유리, 특히 바람직하게는 평면 유리, 플로트 유리, 석영 유리, 보로실리케이트 유리 및/또는 소다 석회 유리를 함유한다. 별법으로, 기판은 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및/또는 그의 혼합물을 함유할 수 있다.
연결 요소는 바람직하게는 구리, 아연, 티타늄, 철, 니켈, 코발트, 몰리브데넘, 주석, 망가니즈 및/또는 크로뮴, 및/또는 그의 합금, 예컨대, 예를 들어 황동, 청동, 강철, 양은, 콘스탄탄, 인바르, 코바르를 포함한다. 특히 바람직하게는, 연결 요소는 강철, 특히 스테인리스강, 예를 들어, "니로스타"(Nirosta)라는 상표명으로 시판되는 방청 스테인리스강을 함유한다. 한 대안적 실시양태에서, 연결 요소는 58.0 중량% 내지 99.9 중량%의 구리 및 0 중량% 내지 37 중량%의 아연을 함유한다. 여기서는 한 예로서 황동 합금 Cu70Zn30을 언급한다. 그러나, 무연 납땜 컴파운드의 특히 유리한 조성은 폭넓고 다양한 물질을 연결 요소로 이용하는 것을 가능하게 한다. 연결 요소의 물질에 의존해서, 본 발명에 따른 납땜 컴파운드의 조성은 한편으로는 연결 요소의 최적 접착을 보장하도록, 다른 한편으로는 물질 비용을 가능한 한 낮게 유지하도록 조정된다. 높은 구리 함량을 갖는 연결 요소의 경우, 고인듐 땜납 조성이 이용되어야 하고; 반면, 예를 들어 스테인리스강 연결 요소의 경우, 훨씬 더 낮은 인듐을 함유하는 땜납 조성이 이용될 수 있다. 따라서, 값비싼 인듐의 함량이 감소될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 납땜 컴파운드 조성과 관련해서 저인듐 땜납은 스테인리스강으로 제조된 연결 요소와 함께, 물질 비용의 상당한 감소를 야기한다. 연결 요소와 땜납 사이의 이러한 상승작용적 효과는 연결 요소의 물질과 땜납 조성의 정밀한 조화를 통해서만 얻을 수 있다. 스테인리스강 연결 요소와 함께 이용하는 경우, 납땜 컴파운드는 매우 좋은 가공성 및 안정성을 갖는다.
온도 변동에 대한 납땜된 접합부의 가장 높은 가능한 내성을 얻기 위해서는, 관련된 납땜 파트너 및 땜납의 열팽창 계수가 동일한 자릿수이어야 한다. 이 이유에서, 스테인리스강 연결 요소가 본 발명에 따른 납땜 컴파운드와 유사한 열팽창 계수를 가지기 때문에, 스테인리스강 연결 요소의 이용이 권장된다. 따라서, 소다 석회 유리, 스테인리스강으로 제조된 연결 요소 및 본 발명에 따른 납땜 컴파운드 조성을 포함하는 판유리는 온도 변동의 경우에 납땜된 접합부의 안정성에 관해서 특히 유리하다.
연결 요소는 바람직하게는 코팅, 특히 바람직하게는 은 함유 코팅 또는 니켈 함유 코팅을 갖는다. 코팅은 바람직하게는 2 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 갖는다. 특히, 은 도금된 또는 니켈 도금된 연결 요소가 이용되고, 은 도금 또는 니켈 도금은 표면 품질, 전도도 및 표면 습윤성을 개선한다. 특히, 스테인리스강으로 제조된 연결 요소는 바람직하게는 은 도금되거나 또는 니켈 도금된다.
본 발명에 따른 판유리는 다양한 형상의 연결 요소, 예를 들어, 둘 이상의 표면에서 전기 전도성 구조와 접촉하는 다리형 연결 요소, 또는 연속 지지 표면을 통해 전기 전도성 구조에 연결되는 판형 연결 요소를 포함할 수 있다.
연결 요소는 적어도 하나의 접촉 표면을 가지며, 이 접촉 표면을 통해 연결 요소는 그의 전체 영역 상에서 무연 납땜 컴파운드에 의해 전기 전도성 구조의 부영역에 연결된다.
판유리의 적어도 하나의 부영역에서, 바람직하게는 은, 특히 바람직하게는 은 입자 및 유리 프릿을 함유하는 전기 전도성 구조가 적용된다. 본 발명에 따른 전기 전도성 구조는 바람직하게는 3 ㎛ 내지 40 ㎛, 특히 바람직하게는 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 가장 특히 바람직하게는 7 ㎛ 내지 15 ㎛, 특히 8 ㎛ 내지 12 ㎛의 층 두께를 갖는다. 연결 요소는 그의 전체 영역 상에서 접촉 표면을 통해 전기 전도성 구조의 부영역에 연결된다. 전기 접촉은 무연 납땜 컴파운드에 의해 달성된다. 전기 전도성 구조는 예를 들어 판유리에 탑재된 배선 또는 코팅의 접촉에 쓰일 수 있다. 전기 전도성 구조는 예를 들어 판유리의 대향 가장자리들에 부스바 형태로 탑재된다. 부스바에 탑재된 연결 요소를 통해서 전압이 인가될 수 있고, 이때 전류가 전도성 배선 또는 코팅을 통해 한 부스바에서 다른 부스바로 흘러서 판유리를 가열한다. 이러한 가열 기능 대신, 본 발명에 따른 판유리는 또한 안테나 전도체와 함께 이용될 수 있거나, 또는 또한 판유리의 안정한 접촉이 요구되는 어떤 다른 구성으로도 생각해낼 수 있다.
무연 납땜 컴파운드는 연결 요소와 전기 전도성 구조 사이의 중간 공간 밖으로 흘러나오고, 땜납이 오목한 메니스커스를 그림으로써 균질한 땜납 필릿을 형성한다. 이러한 균질한 땜납 필릿은 주로 본 발명에 따른 땜납 조성의 탁월하게 좋은 습윤 특성 때문일 수 있다. 균질한 필릿의 형성은 땜납된 접합부의 품질 척도를 나타내는데, 그 이유는 이 경우에 연결 요소와 전기 전도성 구조 사이의 틈에 땜납의 균질한 분포를 취할 수 있기 때문이다. 땜납이 땜납 비드 형태로 틈 밖으로 불균등하게 흘러나오는 경우, 땜납 비드는 전기 전도성 구조의 표면에 손상을 야기할 수 있다. 심지어 좋지 않은 습윤 특성을 갖는 땜납의 경우에도 좋은 납땜된 접합부를 보장하기 위해, 이것들은 종종 다량으로 이용되고, 이렇게 해서 높은 땜납 두께가 생성된다. 그러나, 또한 납땜 컴파운드 교차의 위험도 크다. 기술된 땜납 비드가 나타날 뿐만 아니라, 게다가 납땜 컴파운드가 연결 요소의 옆 표면에서 그의 윗 표면까지 위쪽으로 불룩해질 수 있고, 이렇게 해서 연결 요소의 옆면이 납땜 컴파운드로 완전히 둘러싸인다. 그러나, 이러한 납땜된 접합부는 온도 변동 동안 극히 불안정하다. 따라서, 본 발명에 따른 땜납의 좋은 습윤 특성은 납땜된 접합부의 안정성 및 품질에 관해서 및 또한, 원료의 자원절약적 및 비용효과적 이용에 관해서 극히 유리하다.
전기 연결 요소의 형상은 연결 요소 및 전기 전도성 구조의 중간 공간에 땜납 데포(depot)를 형성할 수 있다. 연결 요소 상의 땜납의 습윤 특성 및 땜납 데포는 중간 공간으로부터 납땜 컴파운드의 유출을 방지한다. 땜납 데포는 직사각형, 둥근형 또는 다각형으로 실시될 수 있다.
무연 납땜 컴파운드의 균일한 층 두께를 얻기 위해, 연결 요소는 그의 접촉 표면 상에 스페이서를 가질 수 있다. 하나의 또는 복수의 스페이서, 바람직하게는 적어도 2 개의 스페이서, 특히 바람직하게는 적어도 3 개의 스페이서가 접촉 표면상에 탑재될 수 있다. 스페이서는 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 3 ㎜의 폭 및 0.05 ㎜ 내지 1 ㎜의 높이, 특히 바람직하게는 0.3 ㎜ 내지 1 ㎜의 폭 및 0.2 ㎜ 내지 0.4 ㎜의 높이를 갖는다. 스페이서는 바람직하게는 그의 조성이 연결 요소 자체의 조성에 상응하고, 폭넓고 다양한 형상으로, 예를 들어 입방체, 각뿔 또는 심지어 구체 세그먼트 또는 타원체 세그먼트로서 실시될 수 있다. 스페이서는 바람직하게는 연결 요소와 일체로, 예를 들어 원래 평면인 접촉 표면을 갖는 연결 요소를 예를 들어 스탬핑(stamping) 또는 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 재성형함으로써 실시된다.
무연 납땜 컴파운드의 층 두께는 바람직하게는 600 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 300 ㎛ 미만이다.
전기 연결 요소 및 전기 전도성 구조의 전기적 연결 동안의 에너지 도입은 바람직하게는 펀치, 써모드, 피스톤 납땜, 마이크로불꽃 납땜, 바람직하게는 레이저 납땜, 고온 공기 납땜, 유도 납땜, 저항 납땜 및/또는 초음파로 달성된다.
추가로, 본 발명은 본 발명에 따른 판유리의 제조 방법을 포함하며, 여기서 무연 납땜 컴파운드를 처음에 연결 요소의 접촉 표면 상에 적용한다. 바람직하게는, 무연 납땜 컴파운드는 일정한 층 두께, 부피 및 형상을 갖는 소판, 구, 원뿔, 원기둥 또는 타원체 또는 심지어, 이러한 형체의 세그먼트로서 이용되고, 땜납 품질은 납땜 작업 동안 납땜 컴파운드의 유출을 가능한 한 많이 피하도록 설계된다. 그 후, 전기 전도성 구조를 기판의 한 영역에 적용하고, 무연 납땜 컴파운드와 함께 연결 요소를 전기 전도성 구조 상에 배열한다. 그 다음, 연결 요소를 납땜에 의해 전기 전도성 구조에 연결한다. 납땜 작업에서는, 무할로겐 플럭스 (무세정 플럭스)가 통상적인 형태로 이용된다. 플럭스는 예를 들어 땜납 데포의 내부에 함유될 수 있거나, 또는 납땜 컴파운드와 연결 요소 또는 전기 전도성 구조 사이의 접촉 표면에 직접 적용될 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 구조 적용 전에, 판유리의 가장자리 영역에 흑색 인쇄가 적용되고, 이렇게 해서 판유리 설치 후 그것이 연결 요소를 감춘다.
판유리 상에 설치 후, 연결 요소를 예를 들어 구리로 제조된 시트, 스트랜드형 와이어 또는 브레이드에 용접하거나 또는 크림핑하고, 온보드 전자기기에 연결한다.
추가로, 본 발명은 자동차, 건축용 글레이징 또는 구조용 글레이징, 특히 자동차, 철도 차량, 항공기 또는 해양 선박에서의, 전기 전도성 구조를 갖는 본 발명에 따른 판유리의 용도를 포함한다. 연결 요소는 판유리의 전기 전도성 구조, 예컨대, 예를 들어 가열 전도체 또는 안테나 전도체를 외부 전기 시스템, 예컨대, 예를 들어 증폭기, 조절 유닛 또는 전압원에 연결하기 위해 이용된다.
다음에서, 본 발명을 도면과 관련해서 상세히 설명한다. 도면은 결코 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 연결 요소를 갖는 본 발명에 따른 판유리의 실시양태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 연결 요소를 갖는 본 발명에 따른 판유리의 A-A'를 따라 절단된 단면도이다.
도 3은 선행 기술에 따른 연결 요소를 갖는 판유리의 A-A'를 따라 절단된 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 판유리의 대안적 실시양태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 무연 땜납 조성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 연결 요소를 갖는 본 발명에 따른 판유리의 A-A'를 따라 절단된 단면도이다.
도 3은 선행 기술에 따른 연결 요소를 갖는 판유리의 A-A'를 따라 절단된 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 판유리의 대안적 실시양태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 무연 땜납 조성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
도 1은 연결 요소(3)를 갖는 본 발명에 따른 판유리(I)를 묘사한다. 마스킹 스크린프린트(5)가 소다 석회 유리로 제조된 3 ㎜ 두께의 열로 예비응력화된 단일 평면 안전 유리로 제조된 기판(1) 상에 적용된다. 기판(1)은 150 ㎝의 폭 및 80 ㎝의 높이를 가지고, 연결 요소(3)가 마스킹 스크린프린트(5)의 영역에서 더 짧은 옆 가장자리 상에 탑재된다. 가열 전도체 구조 형태의 전기 전도성 구조(2)가 기판(1)의 표면 상에 적용된다. 전기 전도성 구조는 은 입자 및 유리 프릿을 함유하고, 은 함량은 90% 초과이다. 전기 전도성 구조(2)는 판유리(I)의 가장자리 영역에서 10 ㎜로 넓어진다. 이 영역에서, 전기 전도성 구조(2)를 연결 요소(3)의 접촉 표면(6)에 전기적으로 연결하는 무연 납땜 컴파운드(4)가 적용된다. 자동차 차체에의 설치 후, 접촉부는 마스킹 스크린프린트(5)에 의해 감춰진다. 무연 납땜 컴파운드(4)는 전기 전도성 구조(2)와 연결 요소(3)의 내구성 전기적 및 기계적 연결을 보장한다. 무연 납땜 컴파운드(4)는 미리 정해진 부피 및 미리 정해진 형상에 의해 전기 연결 요소(3)와 전기 전도성 구조(2) 사이에 완전히 배열된다. 무연 납땜 컴파운드(4)는 60 중량%의 인듐, 36.5 중량%의 주석, 2.0 중량%의 은 및 1.5 중량%의 구리를 함유한다. 이 예시적인 무연 납땜 컴파운드(4)의 경우, 60.00 중량%의 인듐, 36.50 중량%의 주석, 2.00 중량%의 은 및 1.50 중량%의 구리의 가능한 한 정확한 조성이 선택된다. 무연 납땜 컴파운드(4)는 250 ㎛의 두께를 갖는다. 전기 연결 요소(3)는 스테인리스강으로 제조된다. 전기 연결 요소(3)는 4 ㎜의 폭 및 24 ㎜의 길이를 갖는다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4) 및 스테인리스강 연결 요소의 조합은 납땜된 접합부의 좋은 안정성 및 품질을 갖는다. 상대적으로 낮은 인듐을 함유하는 땜납 (In60Sn36.5Ag2Cu1.5)으로도 납땜된 접합부의 안정성 및 품질에 관해서 상대적으로 높은 인듐을 갖는 땜납 (예컨대, 예를 들어 In65Sn30Ag4.5Cu0.5)의 특성을 적어도 얻을 수 있다는 것이 입증되었다. 그러나, 상대적으로 낮은 인듐을 함유하는 땜납은 원료의 자원절약적 및 비용효과적 이용에 관해서 유리하다. 추가로, 본 발명에 따른 납땜 컴파운드는 개선된 습윤 거동을 입증한다 (도 2 및 도 3 참조). 인듐이 충전제, 예컨대 주석으로 대체되는 인듐 함량의 단순한 감소로는 충분하지 않다. 납땜 컴파운드의 개별 성분들은 서로 반응하기 때문에, 한 성분이 변경되면, 다른 성분들의 함량도 또한 조정되어야 하거나, 또는 유사 특성을 얻기 위해 상이한 또는 추가의 성분이 필요할 수 있다. 따라서, 새로운 납땜 컴파운드의 연구에는 많은 변수가 있고, 이렇게 해서, 단순한 일련의 실험은 이 문제를 해결하기에 충분하지 않다. 납땜 컴파운드 조성 In60Sn36.5Ag2Cu1.5에 대해 언급된 유리한 특성들은 관련 분야 기술자에게 놀랍고 예상 밖이었다.
도 2는 도 1에 따른 연결 요소(3)를 갖는 본 발명에 따른 판유리(I)의 A-A'에서 절단된 단면을 묘사한다. 무연 납땜 컴파운드(4)는 전기 전도성 구조(2)와 연결 요소(3) 사이의 틈으로부터 측방향으로 흘러나간다. 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)는 그의 매우 좋은 습윤 특성 때문에 오목한 메니스커스를 형성한다. 이러한 균질한 땜납 필릿의 형성은 땜납이 좋은 흐름 및 습윤 특성을 가지고, 따라서 연결 요소와 전기 전도성 구조 사이의 틈에서도 캐비티 형성 없이 균질한 분포가 존재한다는 사실을 보여주는 것이다. 더 좋지 않은 습윤 특성을 갖는 납땜 컴파운드의 경우, 전기 전도성 구조를 손상시킬 수 있는 땜납 비드가 빈번히 형성되거나; 또는 납땜 컴파운드가 연결 요소의 옆 가장자리를 완전히 둘러쌀 정도로 납땜 컴파운드의 강한 유출이 있고, 그 결과로, 납땜된 접합부의 약화가 초래된다. 무연 납땜 컴파운드(4)의 우수한 습윤 특성 및 매우 좋은 흐름 거동 덕분에, 이러한 효과들이 완전히 피해질 수 있고, 이는 납땜된 접합부의 품질 및 안정성에 관해서 많은 이점을 낳는다. 게다가, 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)는 그의 특히 좋은 흐름 거동 때문에 상당히 더 얇은 층 두께로 이용될 수 있고, 반면에 선행 기술로부터 알려진 납땜 컴파운드는 납땜된 접합부의 적합한 품질을 보장하기 위해서는 높은 층 두께 (600 ㎛ 초과)로 이용되어야 한다. 대조적으로, 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)의 경우, 특정한 연결 기하학적 구조를 위한 최적의 층 두께가 자유롭게 선택될 수 있고, 얇은 층 두께로도 균질한 구조가 얻어진다. 또한, 원료의 자원절약적 및 비용효과적 이용에 관해서 납땜 컴파운드의 절약도 유용하다.
이 결과들은 관련 분야의 기술자에게 놀랍고 예상 밖이었다.
도 3은 선행 기술에 따른 공지된 연결 요소(3)를 갖는 판유리(I)의 A-A'에서 절단된 단면을 묘사한다. 선행 기술에 따른 납땜 컴파운드(8)는 65 중량%의 인듐, 30 중량%의 주석, 4.5 중량%의 은 및 0.5 중량%의 구리를 함유한다. 기판(1), 마스킹 스크린프린트(5), 전기 전도성 구조(2), 연결 요소(3) 및 납땜 컴파운드(8)로 이루어진 판유리의 일반 구조는 본 발명에 따른 판유리의 일반 구조와 유사하다. 납땜 컴파운드(8)가 전기 전도성 구조(2) 상에 적용되어, 그것을 연결 요소(3)의 접촉 표면(6)에 결합시킨다. 납땜 컴파운드(8)의 좋지 않은 습윤 특성 때문에, 납땜 컴파운드(8)가 전기 전도성 구조(2)와 연결 요소(3) 사이의 틈 밖으로 액적 형태로 스며나와서 볼록한 메니스커스를 형성한다. 은 층에 손상을 야기할 수 있는 땜납 비드가 성장하고, 이렇게 해서, 납땜된 접합부의 불량에 기여한다. 틈 밖으로의 이 조절할 수 없는 스며나옴 때문에, 납땜 컴파운드(8)의 이러한 불리한 습윤 거동은 좋지 않은 균질성을 야기한다.
도 4는 도 1 및 2의 예시적인 실시양태의 연속으로서, 연결 요소(3)를 갖는 본 발명에 따른 판유리(I)의 대안적 실시양태를 묘사하고, 여기서 연결 요소(3)는 접촉 표면(6) 상에 스페이서(7)를 갖는다. 연결 요소(3)는 도 1에 묘사된 연결 요소와 유사한 다리형 구조를 가지고, 여기서는 연결 요소(3)의 두 표면이 기판 표면에 비스듬하게 실시된다. 이 실시양태에서는, 접촉 요소(3)의 평면 부분 및 비스듬한 표면 둘 모두가 무연 납땜 컴파운드(4)와 직접 접촉하는 접촉 표면(6)으로 이용된다. 스페이서(7)는 연결 요소(3)의 평면 부분에 배열되고, 전기 전도성 구조(2)에 직접 닿아서 연결 요소(3)가 전기 전도성 구조(2)로부터 균일한 거리로 유지된다. 이것은 균일한 납땜 컴파운드 층의 형성에 유리하다. 반구형 스페이서(7)는 0.25 ㎜의 높이(h) 및 0.5 ㎜의 폭을 갖는다.
도 5는 본 발명에 따른 무연 땜납 조성을 묘사한다. 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)는 58 중량% 내지 62 중량%의 인듐, 35 중량% 내지 38 중량%의 주석, 1 중량% 내지 3.5 중량%의 은 및 0.5 중량% 내지 2.0 중량%의 구리를 함유한다. 땜납 조성의 인듐 함량이 높을수록, 땜납의 융점이 더 낮아지고 연성이 더 높아진다. 내고온성을 동시에 가지면서 가능한 가장 최적의 흐름 특성을 얻기 위해서는, 58 중량% 내지 62 중량%, 바람직하게는 59 중량% 내지 61 중량%의 인듐 함량이 특히 적합하다. 가장 특히 바람직하게는, 무연 납땜 컴파운드(4)는 59.5 중량% 내지 60.5 중량%의 인듐 함량을 함유한다. 주석은 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)에서 좋은 흐름 특성을 갖는 유리한 충전제로서 주로 쓰인다. 본 발명에 따른 납땜 컴파운드의 은 함량은 전기 전도성 구조(2)로부터 납땜 컴파운드로의 은 원자의 이행을 방지하는 역할을 하고, 동시에, 융점을 저하시킨다. 그러나, 이 바람직하지 않은 융점 저하에 비추어서 및 비용 이유에서 은 함량은 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 1 중량% 내지 3.5 중량%, 바람직하게는 1.5 중량% 내지 3 중량%의 은 함량이 특히 적합한 것으로 증명되었다. 무연 납땜 컴파운드(4)에 구리를 첨가함으로써, 융점이 결정적으로 조정될 수 있다. 또한, 구리는 땜납의 어느 정도의 전성(malleability)을 허용하고, 납땜 파트너의 구리 함량의 용출을 방지한다. 본 발명에 따른 무연 납땜 컴파운드(4)는 0.5 중량% 내지 2 중량%의 구리, 바람직하게는 0.8 중량% 내지 1.8 중량%의 구리를 함유한다. 게다가, 적은 함량의 니켈, 즉, 최대 1 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.2 중량%의 니켈이 납땜 컴파운드에 첨가될 수 있다. 따라서, 주석과 은 사이에 금속간 상의 형성을 피한다. 가장 특히 바람직한 땜납 조성이 도 5에 막대 형태로 묘사되고, 60.0 중량%의 인듐, 36.5 중량%의 주석, 2.0 중량%의 은 및 1.5 중량%의 구리로 이루어진다.
도 6은 연결 요소(3)를 갖는 본 발명에 따른 판유리(I)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 묘사한다. 제1 단계에서는, 무연 납땜 컴파운드(4)를 나누어서 전기 연결 요소(3)의 접촉 표면(6) 상에 배열한다. 기판(1) 상에 전기 전도성 구조(2)를 예를 들어 인쇄 배선 형태로 적용한다. 전기 전도성 구조(2)의 영역은 이 영역의 치수가 적어도 연결 요소(3)의 치수에 상응하도록 더 넓게 형성한다. 그 후, 무연 납땜 컴파운드(4)를 갖는 전기 연결 요소(3)를 전기 전도성 구조(2) 상에 바람직하게는 그의 더 넓게 형성된 영역에 위치시킨다. 무연 납땜 컴파운드(4)가 전기 전도성 구조(2)와 접촉한다. 에너지 입력에 의해서, 전기 연결 요소(3)가 전기 전도성 구조(2)에 전기적으로 및 기계적으로 내구성있게 연결된다.
I: 판유리
1: 기판
2: 전기 전도성 구조
3: 연결 요소
4: 무연 납땜 컴파운드
5: 마스킹 스크린프린트
6: 접촉 표면
7: 스페이서
8: 납땜 컴파운드
A-A': 절단선
h: 스페이서(7)의 높이
l: 스페이서(7)의 폭
1: 기판
2: 전기 전도성 구조
3: 연결 요소
4: 무연 납땜 컴파운드
5: 마스킹 스크린프린트
6: 접촉 표면
7: 스페이서
8: 납땜 컴파운드
A-A': 절단선
h: 스페이서(7)의 높이
l: 스페이서(7)의 폭
Claims (13)
- - 기판(1)의 적어도 하나의 부영역(subregion) 상에 전기 전도성 구조(2)를 갖는 기판(1),
- 전기 전도성 구조(2)의 적어도 하나의 부영역 상의 적어도 하나의 전기 연결 요소(3), 및
- 적어도 하나의 부영역에서 전기 전도성 구조(2)에 전기 연결 요소(3)를 연결하는 무연 납땜 컴파운드(4)
를 적어도 포함하며, 여기서 무연 납땜 컴파운드(4)는 58 중량% 내지 62 중량%의 인듐, 35 중량% 내지 38 중량%의 주석, 1 중량% 내지 3.5 중량%의 은 및 0.5 중량% 내지 2 중량%의 구리를 함유하는 것인,
적어도 하나의 연결 요소(3)를 갖는 판유리(I). - 제1항에 있어서, 무연 납땜 컴파운드(4)가 59 중량% 내지 61 중량%의 인듐 및 35 중량% 내지 38 중량%의 주석을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 무연 납땜 컴파운드(4)가 1.5 중량% 내지 3 중량%의 은을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 무연 납땜 컴파운드(4)가 0.8 중량% 내지 1.8 중량%의 구리, 바람직하게는 1.2 중량% 내지 1.7 중량%의 구리, 특히 바람직하게는 1.4 중량% 내지 1.6 중량%의 구리를 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 무연 납땜 컴파운드(4)가 1 중량% 이하의 니켈, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.2 중량%의 니켈을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(1)이 유리, 바람직하게는 평면 유리, 플로트 유리, 석영 유리, 보로실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 또는 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 및/또는 그의 혼합물을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소(3)가 구리, 아연, 티타늄, 철, 니켈, 코발트, 몰리브데넘, 주석, 망가니즈 및/또는 크로뮴, 및/또는 그의 합금을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제7항에 있어서, 연결 요소(3)가 강철, 바람직하게는 스테인리스강을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 전도성 구조(2)가 은을 함유하는 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소(3)가 그의 전체 영역 상에서 접촉 표면(6)을 통해 전기 전도성 구조(2)의 부영역에 연결된 것인 판유리(I).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 무연 납땜 컴파운드(4)의 층 두께가 600 ㎛ 이하인 판유리(I).
- a) 무연 납땜 컴파운드(4)를 연결 요소(3)의 하부에 적용하고,
b) 전기 전도성 구조(2)를 기판(1)에 적용하고,
c) 납땜 컴파운드(4)를 갖는 연결 요소(3)를 전기 전도성 구조(2) 상에 배열하고,
d) 연결 요소(3)를 전기 전도성 구조(2)에 납땜하는 것인,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 판유리(I)의 제조 방법. - 자동차, 항공기, 선박, 건축용 글레이징 및 구조용 글레이징을 위한, 전기 전도성 구조를 갖는, 바람직하게는 가열 전도체 및/또는 안테나 전도체를 갖는 판유리로서의, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 판유리(I)의 용도.
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