具有导电连接器的嵌装玻璃面板的制作方法

文档序号:13985220
具有导电连接器的嵌装玻璃面板的制作方法

本发明涉及嵌装玻璃面板,所述嵌装玻璃面板包括连接器、具体地导电连接器。更具体地,本发明涉及一种车辆嵌装玻璃,所述车辆嵌装玻璃包括连接至天线的导电连接器,例如通过导电连接器连接至天线的同轴电缆。



背景技术:

当今的机动车辆中的嵌装玻璃面板具有比如天线、嵌装玻璃面板加热器等许多附加的电气装置。

通过引入与嵌装玻璃面板联接的电功能部件或电功能层,汽车嵌装玻璃可以具有各种功能。电功能部件(例如天线元件)是太阳能电池或电致变色涂层。通过插入细金属导线或施加可电加热的涂层,可以获得加热功能。这些电功能部件或层需要借助至少一个导电连接器例如连接至电源或放大器。在将嵌装玻璃面板安装在机动车辆中之前,电连接器被附接。

如下所述来发生到嵌装玻璃面板上的附接:将被提供具有焊接材料的导电连接器放置在嵌装玻璃面板的接触表面上并且然后加热,使得焊接材料与嵌装玻璃面板的接触表面一起熔化。

传统上,连接器被焊接到具有铅基焊接材料的电功能部件或电功能层上,因为铅是可变形的金属并且使得在连接器与基板之间的由于温度变化引起的连接器与基板的热膨胀差异造成的机械应力最小化。更具体地,在通常由如铜等良好导电材料制成的连接器与基板之间的热膨胀系数差异引起机械应力。在玻璃基板的情况下,这种应力可能导致通常由玻璃制成的基板破裂或有其他损坏。铅基焊接材料通常包括锡(Sn)和铅(Pb)。铅降低了在焊料中的锡与一般由高银(Ag)成分组成的电功能部件或电功能层之间的自由基反应速率,从而允许良好的可焊性。但是,已知的是,认为铅可能是环境污染物。因此,在许多行业中、特别在汽车行业中,期望在车辆中不再使用任何铅。不仅如此,欧盟的法规,例如当前的“报废”汽车指令(ELV指令)2000/53/EC禁止使用例如铅的某些有害物质。对于不再用铅的行业的主要推动力是欧盟强制在电子器件中禁用铅。根据“有害物质限制指令”,自2006年7月1日起,在电子设备中必须用其他物质替代铅。(该指令还禁用了汞、镉和六价铬。)任何运往欧洲的电子部件都将受到该禁令限制。

无铅焊接材料的使用在微电子和管道工业中是常见的。例如在EP 0704727 B1和US 4758407 B中对这类材料进行了描述,这些专利是是来自这些相应行业中的各个行业的代表性专利。

无铅焊接材料的使用正在扩展到其他行业,包括汽车行业。例如在美国公开文件US 20070224842 A1中对这种使用进行了描述。

已经对常规焊接材料提出了替代焊接材料中的铅。这种材料通常包括高含量的锡以及少量的银、铜、铟和铋。然而,这种材料增加了富锡焊接材料与电功能部件或电功能层的或所添加的银之间的自由基反应速率,从而导致了较差的可焊性。这些常规材料不吸收在连接器与基板之间由于连接器和基板温度变化引起的热膨胀而导致的机械应力,这样使基板容易破裂或以其他方式损坏。此外,用于连接器的许多替代材料难以焊接,从而难以将连接器充分地粘附到基板上的如天线等电功能部件或电功能层。因此,需要其他技术来充分地将替代材料粘附到基板上的如天线等电功能部件或电功能层。

例如,美国专利US 6253988披露了由于低熔点、延展性以及对电功能部件或电功能层有良好可焊性而包括高量(或大量)铟的焊接材料组合物。然而,包括铟的焊接材料组合物可能具有非常软的质相,并且焊接材料组合物在应力下表现出较差的内聚强度。因为这些其他常规材料是不能胜任的,因此特别需要找到用无铅焊接材料焊接的一种导电连接器。

本发明涉及一种嵌装玻璃面板、更具体地涉及一种包括通过导电连接器链接的电功能部件或电功能层的车辆嵌装玻璃。这种电功能部件或电功能层例如是天线。

天线是将电功率转换成无线电波(反之亦然)的电气装置。它通常与无线电发射机或无线电接收机一起使用。在传输中,无线电发射机向天线的终端提供以无线电频率振荡的电流(即,高频交流电(AC)),并且天线将来自电流的能量辐射为电磁波(无线电波)。在接收中,天线截取电磁波的功率中的一些,以便在其终端处产生微小的电压,所述电压被施加到接收机以被放大。

天线是使用无线电的所有设备的重要部件。它们用于如无线电广播、广播电视、双向无线电、通信接收机、雷达、手机、和卫星通信等的系统;以及如车库门开启机、无线麦克风、蓝牙启用装置、无线计算机网络、婴儿监视器、和商品上的RFID标签等其他装置。

通常,天线是由(经常通过传输线)电连接至接收机或发射机的金属导体安排组成的。通过发射机强制穿过天线的电子的振荡电流将在天线元件周围产生振荡磁场,同时电子的电荷还沿着这些元件产生振荡电场。

在汽车领域,天线用于发送和/或接收如无线电、TV或手机信号(GSM)等信息,而且还用于与车辆进行通信(即,能够打开车门而不必插入钥匙)、与其他车辆进行通信(即,保持车辆之间的距离)、或与环境进行通信(即,通行费、红绿灯……)。

天线可以组装在嵌装玻璃内(即,在挡风玻璃、后窗玻璃、侧窗玻璃或天窗内)、或被固定在车身(如车顶)中。存在在车辆中使用的不同的天线系统。

天线的大小通常是其工作频率的波长(λ)的分数,典型地是λ/2或λ/4。另外,邻近的电介质的存在使辐射器的尺寸减小了的因子,其中∈r是介电材料的相对介电常数。

现代汽车可以包含多个天线以用于模拟音频广播(调幅(AM,0.5-1.7MHz)和调频(FM,76-108MHz))、全球定位系统(GPS,1575MHz)数据、蜂窝电话通信(例如全球通信系统,GSM,800/1800MHz)、长期演进(LTE,800/1800/2600MHz)、数字音频广播(DAB,170-240MHz)、遥控无钥匙进入(RKE,315/433MHz)、电视接收、胎压监测系统(TPMS,315/433MHz)、汽车雷达(22-26GHz/76-77GHz)、车辆间通信(C2C,5.9GHz)等。

第一种系统是众所周知的,并且在美国专利US 8519897 B2中进行了描述。低轮廓天线组件或鲨鱼鳍式汽车天线组件被配置用于与AM/FM无线电、卫星数字音频无线电服务(SDARS)、全球定位系统(GPS)、数字音频广播(DAB)-VHF-III、DAB-L、Wi-Fi、Wi-Max、以及手机一起使用。在一些示例性实施例中,天线组件包括至少两个天线,这些天线例如共同位在天线组件的共用底架上、在天线组件的共用盖下方。这类天线通常放置在汽车的车顶、发动机盖、或行李箱上,以帮助确保天线在高处或朝向最高点无遮拦。

第二种众所周知的系统是后窗玻璃天线系统,所述后窗玻璃天线系统利用已经封装在车辆的后窗中的除雾器元件作为天线元件来接收AM和FM广播。可以在US 5293173或US 5099250中找到这种后窗玻璃天线系统的实例。对于嵌入在车辆后窗中的已知的组合式除雾器/天线元件系统,有必要在这些元件与车辆DC电源之间并入两个双线或环形阻气门,以便将天线信号与加热这些元件的高电流信号分开。

第三种系统是众所周知的,并且在美国公开文件US 2014104122 A1中进行了描述。这种系统是由具有天线元件的车窗组件组成的,所述天线元件包括布置在嵌装玻璃内的导线或透明涂层。这种类型的天线通常被配置成接收线性极化射频(RF)信号。具体地,天线元件可以接收的线性极化RF信号以非限制性方式是AM、FM、RKE、DAB、DTV、和手机信号。

随着技术的发展,车辆配备了许多能够进行通信(接收或发射信息)的天线。一些天线固定在车身上,另一些天线被放置在玻璃的嵌装玻璃面板上。

如PCT公开文件WO 2004068643中所述的,放置在玻璃上的传统汽车广播低频天线(第二种或第三种类型的天线)是通过单个元件馈电、提供动力和连接的。

传统地,这种元件通过在银质印刷区域内焊接的单个压接件物理连接和电连接至天线。例如,将10mm×10mm的银质印刷区域印在后窗玻璃上并链接至导线天线。所述元件可以是连接至有源放大器的导线、尾纤、铜线、或MQS扁平电缆。

这种类型的天线的焊接并不关键,只要它适合在所述预定义区域内、并且不会影响这些低频天线的功能和性能,因为它只是这些天线的波长的一小部分。

在系统频率较高、因此具有短得多的波长的情况下,会出现两个问题。

第一个问题是由于单导线线路引起的。单导线线路不适合输送信号和接收功率和波形。为了在较高频率下进行有效的功率传输和输送,需要使用同轴电缆。所述同轴电缆对应于以下组件,所述组件包括中心金属细线或中心销、在圆柱形介电塑料材料内部穿过的导体、作为接地平面的金属栅格,所述导体还被圆柱形金属护套覆盖。这个组件最后被绝缘层覆盖。信号、波、电压、电流将在同轴电缆的中心销与金属护套之间循环。

通常,用于这些高频的天线包括连接至同轴电缆的至少两个部分。所述同轴电缆的金属护套连接至天线的第一部分(例如接地),并且中心销以接收或传输天线的这两部分之间的电位差、电压的方式连接至天线的第二部分。

第二个问题是由于焊接引起的。天线在较高频率下具有较小的波长。所以在较高频率下焊接的精度是或者可能是严格的,因为即使很小的波动仍然与所述波长可比。

由于这些原因,需要将宽带天线连接至如同轴电缆等特定电缆。这种同轴电缆一方面需要连接至天线的接地、另一方面需要连接至天线的第二部分。为此,电缆经由连接器来连接至天线,所述连接器将同轴电缆的金属护套连接至天线的接地并且还允许将中心销连接至天线的另一部分。

以下说明涉及汽车嵌装玻璃,但是应该理解的是,本发明可应用于其他领域,如可以提供与玻璃板联接的电功能部件或电功能层的建筑嵌装玻璃。



技术实现要素:

本发明涉及一种嵌装玻璃面板,所述嵌装玻璃面板包括玻璃板、天线、通过无铅焊接材料连结到所述天线上的导电连接器、以及同轴电缆,所述同轴电缆至少包括由介电元件隔开并由绝缘层保护的销和护套。所述导电连接器包括用于将所述同轴电缆保持到所述导电连接器上的至少两个机械固定元件。

更具体地,本发明涉及一种车辆嵌装玻璃面板,所述车辆嵌装玻璃面板包括玻璃板、连接至天线的导电连接器,例如通过导电连接器连接至天线的同轴电缆。

所述玻璃板可以是平坦的或弯曲的面板,以配合汽车的设计。所述玻璃板可以根据安全规格进行回火。可以将可加热系统(例如涂层或导线网络)施加在玻璃板上以例如增加除霜功能。而且,所述玻璃板可以是透明玻璃或彩色玻璃,所述彩色玻璃用特定玻璃组合物进行着色、或者施加有例如涂层或塑料层。

根据本发明,嵌装玻璃面板至少包括天线,所述天线优选地是用于通过较高频率(例如LTE网络(4G))接收和/或发送信息的宽带天线。所述天线优选地是印刷天线。所述宽带天线优选地在700MHz至3GHz之间的频带下工作。

根据本发明,所述嵌装玻璃面板可以包括一些其他天线,类似于AM、FM、RKE、DAB、DTV天线或其他类型的天线,以使嵌装玻璃面板添加天线功能。

根据本发明,所述同轴电缆是被设计成允许比用于放置在玻璃上的汽车天线的电缆承载更高的频率信号的电缆、并且至少包括由介电元件隔开并由绝缘层保护的销和护套。

优选地,同轴电缆的金属护套延伸到中间导电元件附近,所述中间导电元件被压接到中心销上,所述中心销被设计成保持使电缆允许承载更高频率信号的特定阻抗(通常作为高频透射电缆/线为50欧姆的特定阻抗值)。因此,金属护套靠近中间导电元件,从而减小了承载在中心销上的中间导电元件与金属护套之间的距离。

更优选地,金属护套的延伸区域被绝缘层(如热收缩管)覆盖,不会电连接至天线的第二部分。

因此,由于护套延伸,高频损耗减小并且允许改善天线的性能,因为在没有这种延伸的情况下,阻抗可能改变,然后会发生阻抗变化的部分上的反射导致了透射率损失。

根据本发明,导电连接器将天线连接至电缆并通过无铅焊接连结至天线以遵守欧盟法规。

导电连接器材料是所选的嵌装玻璃面板与导电连接器材料的热膨胀差小于5×10-6/℃的材料。

根据本发明,连接器可以由不同类型的材料制成,如铜、铬合金、钢合金(如不锈钢合金、具有大量铬或镍的钢合金、或任何其他配合对连接器功能(如连接至天线、能够固定电缆、以及这类材料或合金的其他优点)的约束的材料或合金。

优选地,焊接材料在大于150℃的温度下具有改善的特性。从DE 102006047764 A1中已知这种焊接材料。这种无铅焊接材料基于Sn、Ag的焊料合金,按重量计包括88%与98.5%之间的Sn、0.5%与5%之间的Ag或铋锡银(Bi-Sn-Ag)合金。优选地,焊接材料具有至少作为其成份的以下合金:BixSnyAgz,其中x、y、z表示成份的重量百分比(这种命名法是已知的):Bi57Sn42Ag0、Bi57Sn40Ag3、SnAg3.8Cu0.7、Sn55Bi44Ag1、或SAC合金(锡银铜(Sn-Ag-Cu)合金)。更优选地,焊料合金是SAC305,按重量计由3%Ag、0.5%Cu和96.5%Sn组成。这种焊接材料改善了与其一起使用的连接器的结合特性以及较高的疲劳强度。

根据本发明,连接器元件优选地由铁-镍(FeNi)或铁-铬(FeCr)合金或其混合物组成。更优选地,连接器元件优选由FeCr10、FeCr16、Grade 430、FeNi42、FeNi48或FeNi52组成。

由于使用的频率较高,天线现电缆之间的连接必须非常精确,以限制信号失真。为了满足这个条件,连接器包括至少两个机械固定元件。这些机械固定元件允许将电缆保持在正确的位置,从而避免电缆的移动并确保与天线具有良好的电连接。这些元件可能与连接器的组成不同。优选地,护套经由至少一个机械固定元件连接至天线而与天线具有非常好的电连接。

根据本发明,中心销优选通过与导电连接器分开的无铅焊料连接至天线。中心销可以优选地被压接到中间导电元件中。在这种情况下,在中间元件与天线之间设置无铅焊接材料。

根据本发明,导电连接器优选地包括至少一个用于固定机械固定元件的延伸区域、以及至少一个连接至延伸区域以通过无铅焊接材料连结到天线上的脚部。这两部分意味着至少一个脚部及延伸区域利于将连接器焊接到天线上并固定电缆。根据本发明,延伸区域是不直接与天线接触、但是通过脚部与电连接至天线的区域。优选地,延伸区域的形状可以是矩形部,弯曲或不弯曲、或者任何其他形状。通过焊接材料使脚部与天线接触。优选地,导电连接器包括至少一个圆形形状的脚部。应理解的是,圆形形状术语是指具有大体上圆形形状的任何形式,以非限制性方式,例如椭圆形、卵圆形、圆形、半圆形、三叶草形、多圆形、多边形(例如像具有切边的圆形的一部分)、或具有圆形边缘的矩形(像具有圆角的矩形)。它也可以是单环形状。

更优选地,导电连接器包括两个脚部,以在将连接器安装在天线上的过程中具有稳定性并通过避免电缆的任何移动而在嵌装玻璃面板的寿命期间稳定电缆。

根据本发明,导电连接器包括至少一部分设置在脚部之间的延伸区域。当在脚部之间设置至少一部分延伸区域时,延伸区域的形状为U形或T形。U形意味着连接两个脚部的一种类型的桥状件。T形意味着一种具有基本上垂直的部分的桥状件。这种形状的优点是具有高度稳定的对称连接器。

根据本发明,设置机械固定元件以将电缆保持到连接器上。它们优选地固定在延伸区域上。优选地,机械固定元件是用于将电缆压接到连接器上的压接元件,以便减少加工时间并避免电缆在压接步骤之后移动。

优选地,机械固定元件具有与延伸区域相同的成分,并且可以与延伸区域一体地制造。

更优选地,为了避免由于电缆的机械固定引起的延伸区域的变形,机械固定元件被固定在导电连接器的延伸区域的至少一个边缘上。

更优选地,为了消除由于同轴电缆与延伸区域的连接不稳定而导致的行为波动,机械固定元件被固定在导电连接器的延伸区域的相反的边缘上。

在本发明的一个实施例中,导电连接器包括三个机械固定元件;其中两个机械固定元件电连接至同轴电缆的护套并固定到导电连接器的延伸区域的相反的边缘上,并且其中一个机械固定元件固定到同轴电缆的绝缘层。这项功能可以确保电气连接性,并且消除由于同轴电缆与延伸区域的连接不稳定而导致的行为波动。

本发明还涉及一种连接器,所述连接器包括至少两个用于将同轴电缆保持到导电连接器上的机械固定元件。

根据本发明,连接器优选地包括至少一个用于固定机械固定元件的延伸区域、以及至少一个连接至延伸区域以通过无铅焊料连结到天线上的脚部。

根据本发明,连接器优选地包括两个脚部。

根据本发明,连接器优选地包括固定到导电连接器的延伸区域的至少一个边缘上的机械固定元件。

连接器的优点与根据本发明的包括这种连接器的嵌装玻璃面板的优点相同,并且不再详细解释。

附图说明

现在将参照附图和示例性实施例来更具体地描述本发明,这些附图和示例性实施例是以说明而非限制的方式提供的。这些附图是示意图,并不是真实的比例。这些附图不以任何方式限制本发明。将用实例来说明更多优点。

图1是根据本发明的嵌装玻璃面板的第一实施例的平面图。

图2是根据本发明的嵌装玻璃面板的第一实施例的侧视图。

图3是根据本发明的导电连接器的实施例的平面图。

图4是根据本发明的导电连接器的实施例的沿A-A'的侧视图。

图5是根据本发明的导电连接器的实施例的沿B-B'的侧视图。

图6是根据本发明的导电连接器的另一个实例的平面图。

图7是根据本发明的导电连接器的另一个实例的沿C-C'的侧视图。

图8是根据本发明的导电连接器的另一个例子的沿D-D'的侧视图。

图9是表示根据本发明一个实施例的金属护套的延伸部的侧视图。

具体实施方式

参考图1和图2,根据本发明第一实施例,嵌装玻璃面板1包括承载印刷宽带天线10、11的玻璃板2。包括两个脚部101、102和U形延伸区域103的导电连接器100通过焊接材料9电连接至天线10的第一部分。例如,导电连接器100由GRADE430(Fe,<0.12%C,16%-18%Cr,<0.75%Ni,<1.0%Mn,<1.0%Si,<0.040%P,<0.030%S)材料制成,并且焊接材料9由SAC305材料制成。

三个机械固定元件110、111、112被固定在延伸区域103上并保持同轴电缆120。包括中心销123以及由围绕同轴电缆的绝缘层121保护的护套122的同轴电缆120可以是塑料材料,通过三个机械固定元件110、111、112进行压接。在这个实施例中,机械固定元件110压接电缆120并与绝缘层121接触。此机械固定元件110处理大部分张力并提供所需的刚度。另外两个机械固定元件111、112压接电缆并且与护套122接触。这两个其他机械固定元件111、112被固定在导电连接器100的延伸区域103的相反的边缘中。延伸区域之后的第三机械固定元件112允许确保电连接性,并且消除了由于同轴电缆与延伸区域的连接不稳定而引起的行为的任何波动。同轴电缆120的中心销123被压接到中间导电元件6上。此中间导电元件6通过焊接材料9电连接至天线11的第二部分。中心销123和中间导电元件6被压接和焊接以保持每项操作的相同的形状和特性,以便获得稳定的性能。

导电连接器100和中心销123以及中间导电元件6的焊接过程应该与用于电加热焊接的焊接头以及在无铅焊接材料的情况下的无铅应用相配。

本发明的另一个重要方面是,同轴电缆210被压接到延伸区域103的下侧区域,以便尽可能地靠近玻璃,以允许中心销123的焊接具有最小的中心线弯曲。因此,获得了具有相同的位置、精度、电气性能的焊接的更好的重复性。否则,中心销的曲率将改变同轴设计并增加损耗和低效传输模式。

固定在下侧的同轴电缆120可以与玻璃板的表面直接接触或不接触。然而,出于工业原因,优选地,同轴电缆与玻璃板的表面之间的最小距离是为了避免焊接之后在玻璃处的任何可能的应力点并限制中心销的曲率。

参考图3至图5,根据根据本发明的导电连接器的实施例,导电连接器100包括两个脚部101、102之间的U形延伸区域103。两个机械固定元件110、111被固定在延伸区域103上。第一机械固定元件110被固定在延伸区域103的一个边缘上,并且能够压接同轴电缆的绝缘层。第二机械固定元件111被固定在延伸区域103上,并且优选地在延伸区域103的凹陷105上,并且能够压接同轴电缆的护套。

参考图6至图8,根据根据本发明的导电连接器的另一个实例,导电连接器100包括两个脚部101、102之间的U形延伸区域103。导电连接器100包括两个机械固定元件111、112,这两个机械固定元件固定在延伸区域103的相反的边缘中,并且能够压接同轴电缆的护套。导电连接器100还包括第三机械固定元件110,所述第三机械固定元件被固定在两个第一机械固定元件111、112之一之后并且能够压接同轴电缆的绝缘层。

根据本发明的一个实施例,并且如图9所示,同轴电缆可以呈现金属护套122的延伸部,以便更靠近压接中心销的中间导电元件。因此,由于护套延伸,高频损耗减小并且允许改善天线的性能,因为在没有这种延伸的情况下,阻抗可能改变,然后会发生阻抗变化的部分上的反射导致了透射率损失。

更优选地,金属护套的延伸区域被绝缘层(如热收缩管)覆盖,不会电连接至天线的第二部分。

再多了解一些
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