带有电连接元件和补偿器板的窗玻璃的制作方法
【专利说明】带有电连接元件和补偿器板的窗玻璃
[0001]本发明涉及带有电连接元件的窗玻璃、用于其制备的经济且环境友好的方法及其用途。
[0002]本发明进一步涉及带有导电结构例如加热导体或天线导体的用于机动车的带有电连接元件的窗玻璃。所述导电结构通过焊接上的电连接元件与车载电气系统常规连接。由于使用的材料的不同热膨胀系数，在制备和操作过程中发生机械应力使得窗玻璃应变和可造成窗玻璃断裂。
[0003]含铅的焊剂具有高延展性，其可补偿电连接元件和窗玻璃之间由塑性变形造成的机械应力。然而，由于End of Life Vehicles Directive 2000/53/EC，在EC中含铅焊剂必须被不含铅焊剂代替。概括而言，所述导则用缩写ELV(End of Life Vehicles)表示。其目的在于禁止来自可丢弃性电子设备大量增加产生的产品的非常有问题的组件。受影响的物质是铅、汞、镉和铬。特别地，这涉及无铅焊剂在玻璃上的电子应用中的实施和引入相应的替代产品。
[0004]然而，例如EP 2 339 894 Al和WO 2000058051中公开的先前已知的无铅焊料由于其低的延展性而不能将机械应力补偿到与铅一样的程度。然而，常规的含铜连接元件具有比玻璃更大的热膨胀系数(CTE(铜)=16.8 X 10_6/°C )，由此在铜热膨胀时发生对玻璃的损害。为此，优选与无铅焊料结合使用具有低的热膨胀系数的，优选钠钙玻璃数量级的(对于O V - 320 V为8.3 X 1V0C )连接元件。该类连接元件在加热时很难膨胀和补偿形成的应力。
[0005]EP I 942 703 A2公开了机动车窗玻璃上的电连接元件，其中窗玻璃与电连接元件之间的热膨胀系数差为〈5 X 10_6/°C和所述连接元件主要含有钛。为了能够具有足够的机械稳定性和可加工性，建议使用过量焊料。所述过量焊料由连接元件与导电结构之间的中间空间流出。所述过量焊料在所述玻璃窗玻璃中造成高的机械应力。这些机械应力最终导致窗玻璃断裂。而且，钛难以焊接。这导致连接元件在窗玻璃上较差的粘附性。另外，所述连接元件必须通过导电材料例如铜可能通过焊接与车载电气系统连接。钛难以焊接。
[0006]EP 2 408 260 Al描述了铁-镲合金或铁-镲-钴合金，例如Kovar或Invar的用途，其具有低的热膨胀系数(CTE)。Kovar (CTE = 5 x 10_6/°C )与Invar (取决于组成CTE低至0.55 X 10_6/°C )都具有比钠钙玻璃更低的CTE和都可补偿机械应力。Invar具有如此低的热膨胀系数以至于发生这些机械应力的过度补偿。这在玻璃中导致压应力或在合金中导致拉伸应力，然而，其分类为非临界的(unkritisch)。
[0007]与含铅焊料一起使用的由铜制成的至今常规连接元件由于其高的膨胀系数所以不适合用于用已知的无铅焊料焊接在玻璃上。尽管由铁或钛制成的连接元件具有更低的膨胀系数和与无铅焊料相容；然而，这些材料基本上更加难以再成型。由此，用于制备所述连接元件必需的工具的使用寿命减少，这导致生产成本增加。另外，在改变所述连接元件的材料和形状的情况下，焊接过程的基础条件必须始终重新变化。不同的连接元件相对于牵拉力也具有不同的机械稳健性。由此将需要标准化以确保一致的机械稳定性和均一的焊接行为。
[0008]本发明的目的是提供带有电连接元件的窗玻璃以及用于其制备的经济且环境友好的方法，其中避免了所述窗玻璃中的临界机械应力和所述制造方法通过所述焊接过程的标准化而简化，使得与所述连接元件的材料和形状无关。
[0009]本发明的目的根据本发明通过带有连接元件的窗玻璃、其制备方法及根据独立权利要求1、13和14的其用途得以实现。优选的实施方案由从属权利要求显而易见。
[0010]本发明的目的根据本发明通过具有至少一个带有补偿器板的连接元件的窗玻璃得以实现。所述窗玻璃包含在所述基材的至少一个子区域上具有导电结构的至少一个基材、在所述导电结构的至少一个子区域上的至少一个补偿器板、在所述补偿器板的至少一个子区域上的至少一个电连接元件以及无铅焊料，该无铅焊料通过至少一个接触面将所述补偿器板连接到所述导电结构的至少一个子区域上。所述基材与所述补偿器板的热膨胀系数的差值小于5 X 10_6/°C，和所述连接元件含有铜。
[0011]所述补偿器板的热膨胀系数在O °C_300 °C的温度范围内优选为9 X 10-6/oC -13X 10_7°c，特别优选为 10 X 10_7°c -12 X 10_7°c，非常特别优选为 10 X 10_7°C-11 X1(Γ6/。。。
[0012]通过使用根据本发明的补偿器板，甚至由铜制成的至今常规连接元件也可与无铅焊料一起使用。根据现有技术，连接元件通过无铅焊料在没有补偿器板的情况下直接焊接在基材的导电结构上，因此在温度变化试验中发生对基材的损害。在根据本发明的窗玻璃上没有观察到该类损害，因为所述补偿器板补偿了发生的所述应力。选择所述补偿器板的材料使得所述基材与所述补偿器板的热膨胀系数之间的差值小于5 X 10_6/°C。由此，所述基材和补偿器板在加热过程中膨胀到相同的程度和避免了对焊接点的损害。因为过去常规的含铜连接元件仍然可以使用，所以不需要工具转换。另外，含铜材料通常可容易再成型。相反，也可以与无铅焊料一起使用的根据现有技术已知的连接元件由较差可再成型材料如钢或钛制成。为此，在含铜连接元件再成型的情况下工具的使用寿命明显更高。根据本发明使用补偿器板由此在再成型方法方面导致生产成本降低。
[0013]另外，与所述常规含铜连接元件相比，根据现有技术用无铅焊料可焊接的由钢或钛制成的连接元件具有明显更高的电阻。根据本发明通过确保所述焊接点良好的热稳定性的补偿器板与具有高电导率的含铜连接元件组合，最佳地利用了各种材料的优点而没有不利的材料性能出现。因此，具有高电阻的材料的比例可以减少到最小同时保持所述窗玻璃的相同的温度稳定性。
[0014]另外，通过使用根据本发明的补偿器板，实现了焊接过程的标准化。所述补偿器板形成用于连接元件和所有类型的其它连接器的接触基础和由此不仅用作补偿器而且用作适配器。通过使用始终相同的标准化的补偿器板，焊接点上的条件保持恒定不变和焊接过程甚至在所述连接元件的形状和材料改变时也不需要进行适应调整。另外，焊接点上的机械条件保持恒定不变使得牵拉力与所述连接元件的形状无关。
[0015]使用的补偿器板的数目取决于所述连接元件的几何形状。如果所述连接元件旨在通过仅仅一个表面与所述导电结构连接，在要与所述导电结构接触的所述连接元件侧面上一个补偿器板就足够了。
[0016]在一个优选的实施方案中，所述电连接元件通过第一补偿器板和第二补偿器板导电连接到所述导电结构上。所述连接元件例如可以以桥形成型，其中所述连接元件具有两条腿，在所述腿之间有不与所述导电结构直接表面接触的凸起部分。所述连接元件可具有简单的桥形和更复杂的桥形。所述连接元件的两条腿各自位于一个补偿器板的顶部上。
[0017]所述补偿器板在其底部具有接触面，通过所述接触面它们整个表面都施加在所述导电结构上。优选地，所述补偿器板和接触面没有拐角。该类设计产生均匀的拉伸应力分布而在拐角处没有最大值和具有均匀的焊剂分布。
[0018]所述补偿器板含有钛、铁、镍、钴、钼、铜、锌、锡、锰、铌和/或铬和/或其合金。
[0019]优选地，所述补偿器板含有含铬钢，其中铬含量大于或等于10.5重量％。另外的合金组分如钼、锰或铌导致提高的耐腐蚀性或改变的机械性能，如拉伸强度或可冷成型性。
[0020]根据本发明的补偿器板优选地含有至少66.5重量％-89.5重量％铁、10.5重量％-20重量％铬、O重量％-1重量％碳、O重量％-5重量％镍、O重量％-2重量％锰、O重量％_2.5重量％钥、O重量％-2重量％银和O重量％-1重量％钦。另外，所述补偿器板可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
[0021]所述补偿器板特别优选地含有至少73重量％-89.5重量％铁、10.5重量％_20重量％铬、O重量％-0.5重量％碳、O重量％-2.5重量％镍、O重量％-1重量％锰、O重量％-1.5重量％钼、O重量％-1重量％铌和O重量％-1重量％钛。另外，可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
[0022]所述补偿器板最特别优选地含有至少77重量％_84重量％铁、16重量％_18.5重量％铬、O重量％-0.1重量％碳、O重量％-1重量％锰、O重量％-1重量％铌、O重量％-1.5重量％钼和O重量％-1重量％钛。所述补偿器板还可以含有包括钒、铝和氮的其它元素的混合物。
[0023]含铬钢，特别是所谓的“不锈钢”是经济地可得的。与铜和铜合金相比，含铬钢还具有高的刚性，其导致所述补偿器板有利的稳定性。而且，与许多常规的连接元件例如由钛制成的那些相比，由含铬钢制成的补偿器板因为更高的热导率而具有提高的可焊性。
[0024]用作补偿器板的特别合适的材料是根据EN 10 088-2材料号1.4016、1.4113、1.4509和1.4510的含铬钢。
[0025]所述补偿器板优选具有0.1 mm-1 mm，特别优选0.4 mm-0.8 mm的材料厚度。在这些范围内，最佳地确保了在窗玻璃的温度膨胀时足够的机械稳定性以及良好的应力补偿。补偿器板的长度和宽度可以各自适