CN203499446U - 具有电气连接元件的窗板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有电气连接元件的窗板，尤其涉及一种具有至少一个电气连接元件的窗板，包括：基板(1)，位于基板(1)的区域上的导电结构(2)，位于导电结构(2)的区域上的一层焊料材料(4)，以及位于焊料材料(4)上的连接元件(3)的至少两个焊接点(15，15’)，其中焊接点(15，15’)在连接元件(3)与导电结构(2)之间形成至少一个接触表面(8)，并且-接触表面(8)的形状具有中心角α为至少90°的卵圆、椭圆或圆的至少一个片段。

Description

具有电气连接元件的窗板

技术领域

本发明涉及一种具有电气连接元件的窗板(pane)。

本发明进一步涉及用于具有举例来讲诸如为加热导体或天线导体等导电结构的汽车的具有电气连接元件的窗板。导电结构通常经由焊接式电气连接元件连接至车载电气系统。由于所用材料的不同热膨胀系数，出现使窗板变形并且可能引起窗板在制造和操作过程中破裂的机械应力。

背景技术

含铅的焊料具有高的延展性，其可以补偿在电气连接元件与窗板之间由于塑性变形而发生的机械应力。然而，由于汽车寿命终止指令2000/53/EC，在EC内含铅焊料不得不被无铅焊料所替代。该指令总体来说被称为缩写ELV(汽车寿命终止)。目标是禁止产生由于一次性电子设备的大量增加而导致来自于产品的极度有问题的组件。受影响的物质是铅、汞、镉。这除了别的以外还涉及在玻璃上电气应用中无铅焊接材料的实现和相应替代产品的引入。

EP 1 942 703 A2公开了一种汽车窗板上的电气连接元件，其中窗板与电气连接元件的热膨胀系数之差＜5x10^-6/℃并且连接元件主要包含钛并且连接元件与导电结构之间的接触表面是矩形的。为了实现适当的机械稳定性和可加工性，提出了使用过度的焊料材料。过度的焊料材料从连接元件与导电结构之间的中间空间流出。过度的焊料材料在玻璃窗板中引起高机械应力。这些机械应力最终导致窗板的破裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有电气连接元件的窗板和用于其制造的经济又环保的方法，由此避免窗板中的临界的机械应力。

通过根据独立权利要求1的装置依照本发明来实现本发明的目的。优选实施例从附属权利要求显现。

具有至少一个连接元件的根据本发明的窗板包括以下特征：

-基板，

-位于基板的区域上的导电结构，

-位于导电结构的区域上的一层焊料材料，以及

-位于焊料材料上的连接元件的至少两个焊接点，其中

-焊接点在连接元件与导电结构之间形成至少一个接触表面，并且

-接触表面的形状具有中心角为至少90°的卵圆、椭圆或圆的至少一个片段。

片段的中心角从90°到360°，优选从140°到360°，例如，从180°到330°或从200°到330°。优选地，连接元件与导电结构之间接触表面的形状具有至少两个半椭圆，特别优选的是两个半圆。非常特别优选的是，接触表面形状为在矩形的两侧布置有两个半圆。在本发明的选择性的特别优选的实施例中，接触表面的形状具有两个圆形片段且中心角从210°直到360°。接触表面的形状也可以例如包括卵圆、椭圆或圆的两个片段，且中心角从180°到350°，优选从210°到310°。

在本发明的有利实施例中，焊接点在连接元件与导电结构之间形成彼此分离的两个接触表面。每个接触表面布置在连接元件的两个脚区域中之一面向基板的表面上。脚区域经由桥彼此连接。两个接触表面经由面向基板的桥的表面彼此连接。两个接触表面各自的形状具有中心角从90°到360°，优选从140°到360°的卵圆、椭圆或圆的至少一个片段。每个接触表面可以具有卵圆形，优选为椭圆形结构。特别优选的是，每个接触表面形状为圆形。选择性地，每个接触表面优选形状为圆形片段，且中心角为至少180°，特别优选为至少200°，非常特别优选的是至少220°，并且尤其是至少230°。圆形片段可以具有例如从180°到350°的中心角，优选从200°到330°，特别优选的是从210°到310°。在根据本发明的连接元件的另一有利实施例中，将每个接触表面设计为在矩形两侧布置有两个半卵圆，优选为半椭圆，特别优选为半圆。

在窗板上施加导电结构。电气连接元件通过焊接材料电气连接至子区域上的导电结构。

通过焊接，例如通过电阻焊，经由接触表面或多个接触表面将连接元件连接至导电结构。在电阻焊中，使用两个焊接电极，每个焊接电极与连接元件的焊接点接触。在焊接过程中，电流从一个焊接电极经由连接元件流到第二焊接电极。焊接电极与连接元件之间的接触优选发生在最小可能的表面区域上。例如，焊接电极具有尖角设计。小接触表面在焊接电极与连接元件之间的接触区域中实现高电流密度。高电流密度导致焊接电极与连接元件之间接触区域的加热。热量分布从焊接电极与连接元件之间的两个接触区域中的每一个开始扩散。对于两个斑点热源的情况而言，为了简单起见等温线可以被绘制为围绕焊接点的同心圆。分布的确切形状取决于连接元件的形状。连接元件与导电结构之间的接触表面的区域中的加热导致焊料材料的融化。

根据现有技术，连接元件优选例如经由矩形接触表面连接至导电结构。由于从焊接点扩散的热量分布，在焊接过程中沿着矩形接触表面的边缘出现温度差。结果，可能存在接触表面的焊料材料未完全熔化的区域。这些区域导致连接元件的不良粘合和窗板的机械应力。

本发明的优点在于在连接元件与导电结构之间形成接触表面或数个接触表面。接触表面的形状至少在边缘的大致部分为圆形的并且优选具有圆形或圆形片段。接触表面的形状接近在焊接过程中围绕焊接点的热量分布的形状。因此，在焊接过程中沿着接触表面的边缘仅出现细微的温度差或没有温度差。这导致在连接元件与导电结构之间接触表面的整个区域中焊料材料的均匀熔化。这关于连接元件的粘附、焊接过程的持续时间的缩短以及机械应力在窗板中的避免而言特别有利。特别地，这对于使用无铅焊料材料而言存在特别的优点，无铅焊料材料由于较之含铅焊料材料而言较低的延展性而可能稍逊地补偿机械应力。

连接元件在俯视图中例如优选为1mm到50mm长和宽，并且特别优选的是2mm到30mm长和宽，并且非常特别优选的是2mm到8mm宽且10mm到24mm长。

通过桥彼此连接的两个接触表面例如优选为1mm到15mm长和宽，并且特别优选的是2mm到8mm长和宽。

焊料材料从连接元件与导电结构之间的中间空间流出且流出宽度＜1mm。在优选实施例中，最大流出宽度优选小于0.5mm，且特别地粗略地为0mm。这关于窗板中机械应力的减小、连接元件的粘附以及焊料量的减少而言特别有利。

将最大流出宽度定义为连接元件的外边缘与焊料材料交叉点之间的距离，在焊料材料交叉点处焊料材料下降到50μm的层厚以下。在焊接过程之后在固化的焊料材料上测量最大流出宽度。

通过适当选择的连接元件与导电结构之间的焊料材料体积和竖直距离获得期望的最大流出宽度，这可以通过简单实验确定。可以通过适当的处理工具，例如具有一体化间隔件的工具预定义连接元件与导电结构之间的竖直距离。

最大流出宽度可以甚至为负的，即，缩回到由电气连接元件与导电结构形成的中间空间内。

在根据本发明的窗板的有利实施例中，最大流出宽度以凹的弯月面缩回到由电气连接元件与导电结构形成的中间空间内。例如通过在焊接过程中增加间隔件与导电结构之间的竖直距离同时焊料仍然流动来产生凹的弯月面。

根据本发明的连接元件的两个脚区域之间的桥优选形状为平坦分段。特别优选的是，桥由三个平坦片段组成。“平坦”意指连接元件的底部形成一个平面。基板的表面与直接相邻于脚区域的桥的每个平坦片段的底部之间的角度优选为＜90°，特别优选处在1°与85°之间，非常特别优选处在2°与75°之间，并且特别地处在3°与60°之间。桥的形状为使得相邻于脚区域的每个平坦片段朝背离直接相邻的脚区域的方向倾斜。

优点在于导电结构与桥相邻于接触表面的片段之间的毛细管效应的作用。毛细管效应是导电结构与桥相邻于接触表面的片段之间的小距离的结果。小距离源于基板的表面与直接相邻于脚区域的桥的每个平坦片段的底部之间的角度＜90°。根据焊料材料的融化设定连接元件与导电结构之间期望的距离。借助于进入由桥和导电结构界定的体积内的毛细管效应来可控地吸取过量的焊料材料。这样，在连接元件的外边缘上交叉的焊料材料减少，并且最大流出宽度随之减小。从而实现窗板中的机械应力的减小。

在最大流出宽度的定义的语境中，与桥连接的接触表面的边缘不是连接元件的外边缘。

由导电结构与桥界定的空腔可以完全填充焊料材料。优选地，空腔不完全填充焊料材料。

在本发明的另一有利实施例中，桥是弯曲的。桥可以具有单一曲率方向。桥优选具有卵圆弧的轮廓，特别优选具有椭圆弧的轮廓，并且非常特别优选的是具有圆弧的轮廓。圆弧的曲率半径例如优选从5mm到15mm，连接元件长度为24mm。桥的曲率方向也可改变。

桥也可以由直接彼此接触的至少两个子片段组成。桥到基板表面的平面上的投影也可以是弯曲的。优选地，在这种情况下，曲率方向在桥的中心改变。桥不必具有恒定的宽度。

在本发明的有利实施例中，两个焊接点的每一个布置在接触隆起上。接触隆起布置在连接元件背离基板的表面上。接触隆起优选包含与连接元件相同的合金。每个接触隆起优选至少在背离基板表面的区域中凸出地弯曲。每个接触隆起形状例如为旋转椭圆片段或球面片段。选择性地，接触隆起可以形状为长方体，且背离基板的表面凸出地弯曲。接触隆起优选具有0.1mm至2mm的高度，特别优选具有0.2mm至1mm的高度。接触隆起的长度和宽度优选处在0.1与5mm之间，非常特别优选处在0.4与3mm之间。接触隆起可以被设计为压纹。接触隆起在有利实施例中可以与连接元件形成为一个部件。接触隆起例如可以通过冲压或深拉在表面上对初始状态具有平坦表面的连接元件重新成形来形成。在处理中，可以在连接元件与接触隆起相对的表面上产生相应的凹陷。

为了焊接，可以使用接触侧平坦的电极。使得电极表面与接触隆起相接触。为此，电极表面布置为平行于基板的表面。接触隆起的凸出表面上与基板表面相距最大竖直距离的点布置在电极表面与基板表面之间。电极表面与接触隆起之间的接触区域形成焊接点。焊接点的位置优选通过接触隆起的接触表面上与基板表面相距最大竖直距离的点来确定。焊接点的位置与连接元件上焊料电极的位置无关。这关于在焊接过程中可再现的均匀的热量分布而言特别有利。在焊接过程中的热量分布由接触隆起的位置、尺寸、布局以及几何结构确定。

在本发明的有利实施例中，至少两个间隔件布置在连接元件的接触表面的每一个上。间隔件优选包含与连接元件相同的合金。每个间隔件例如形状为立方体、椎体、旋转椭圆片段或球片段。间隔件优选具有0.5x10^-4m至10x10^-4m的宽度和0.5x10^-4m至5x10^-4m的高度，特别优选具有1x10^-4m至3x10^-4m的高度。借助于间隔件，有助于形成均匀的焊料材料层。这关于连接元件的粘附而言特别有利。间隔件可以与连接元件形成为一个部件。间隔件例如可以通过冲压或深拉对初始状态具有平坦表面的连接元件重新成形来形成在接触表面上。在处理中，可以在连接元件与接触表面相对的表面上产生相应的凹陷。

借助于接触隆起和间隔件，获得均质的、均匀薄厚且均匀熔化的一层焊料材料。这样，可以减小连接元件与窗板之间的机械应力。这对于使用无铅焊料材料而言特别有利，无铅焊料材料由于较之含铅焊料材料而言较低的延展性而可能稍逊地补偿机械应力。

基板优选含有玻璃，特别优选为平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、钠钙玻璃。在选择性的优选实施例中，基板含有聚合物，特别优选为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。

基板具有第一热膨胀系数。连接元件具有第二热膨胀系数。

第一热膨胀系数优选从8x10^-6/℃至9x10^-6/℃。基板优选含有玻璃，玻璃优选在从0℃到300℃的温度范围内具有从8.3x10^-6/℃至9x10^-6/℃的热膨胀系数。

根据本发明的连接元件优选至少包含铁-镍合金、铁-镍-钴合金或铁-铬合金。

根据本发明的连接元件优选包含50wt.-％至89.5wt.-％铁、0wt.-％至50wt.-％镍、0wt.-％至20wt.-％铬、0wt.-％至20wt.-％钴、0wt.-％至1.5wt.-％镁、0wt.-％至1wt.-％硅、0wt.-％至1wt.-％碳、0wt.-％至2wt.-％锰、0wt.-％至5wt.-％钼、0wt.-％至1wt.-％钛、0wt.-％至1wt.-％铌、0wt.-％至1wt.-％钒、0wt.-％至1wt.-％铝和/或0wt.-％至1wt.-％钨。

在本发明的有利实施例中，第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之差≥5x10^-6/℃。在此情况下第二热膨胀系数在从0℃到300℃的温度范围内优选从0.1x10^-6/℃到4x10^-6/℃，特别优选从0.3x10^-6/℃到3x10^-6/℃。

根据本发明的连接元件优选至少包含50wt.-％至75wt.-％铁、25wt.-％至50wt.-％镍、0wt.-％至20wt.-％钴、0wt.-％至1.5wt.-％镁、0wt.-％至1wt.-％硅、0wt.-％至1wt.-％碳和/或0wt.-％至1wt.-％锰。

根据本发明的连接元件优选包含占0wt.-％至1wt.-％比例的铬、铌、铝、钒、钨、和钛，占0wt.-％至5wt.-％比例的钼以及与生产相关的掺合物。

根据本发明的连接元件优选至少包含55wt.-％至70wt.-％铁、30wt.-％至45wt.-％镍、0wt.-％至5wt.-％钴、0wt.-％至1wt.-％镁、0wt.-％至1wt.-％硅和/或0wt.-％至1wt.-％碳。

根据本发明的连接元件优选包含因瓦合金(FeNi)。

因瓦合金是含量例如为36wt.-％镍(FeNi36)的铁镍合金。存在一组在一定温度范围内具有异常小或有时为负的热膨胀系数的性能的合金和化合物。Fe65Ni35因瓦合金包含65wt.-％铁和35wt.-％镍。达到1wt.-％的镁、硅、碳通常被熔成合金以改变机械性能。通过熔入5wt.-％钴，可以进一步降低热膨胀系数α。对于此合金的一个名称是Inovco，FeNi33Co4.5，其具有0.55x10^-6/℃的膨胀系数(20℃到100℃)。

如果使用诸如因瓦合金等具有＜4x10⁶/℃的非常低的绝对热膨胀系数的合金，则由于玻璃中的非临界压应力或合金中的非临界拉应力而发生机械应力的过度补偿。

在本发明的另一有利实施例中，第一膨胀系数与第二膨胀系数之差＜5x10^-6/℃。由于第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之差小，避免了窗板中的临界机械应力并且获得较好的粘附。在这种情况下第二热膨胀系数在从0℃到300℃的温度范围内优选为4x10^-6/℃至8x10^-6/℃，特别优选为4x10^-6/℃至6x10^-6/℃。

根据本发明的连接元件优选至少包含50wt.-％至60wt.-％铁、25wt.-％至35wt.-％镍、15wt.-％至20wt.-％钴、0wt.-％至0.5wt.-％硅、0wt.-％至0.1wt.-％碳和/或0wt.-％至0.5wt.-％锰。

根据本发明的连接元件优选包含科瓦合金(FeCoNi)。

科瓦合金是通常具有大致为5x10^-6/℃的热膨胀系数的铁镍钴合金。热膨胀系数因而小于典型的金属系数。成分例如包含54wt.-％铁、29wt.-％镍以及17wt.-％钴。在微电子技术和微型系统技术的领域中，因此将科瓦合金用作为外壳材料或基座。基座根据夹心原理处于实际基板材料与对大部分而言具有明显较高膨胀系数的材料之间。科瓦合金于是用作吸收和降低由其他材料的不同热膨胀系数引起的热机应力的补偿元素。类似地，科瓦合金被用于电子部件、真空室中的材料转变的金属玻璃实现方式。

根据本发明的连接元件优选包含加温退火后处理的铁-镍合金和/或铁-镍-钴合金。

在本发明的另一有利实施例中，第一膨胀系数与第二膨胀系数之差同样＜5x10^-6/℃。第二热膨胀系数在从0℃到300℃的温度范围内优选从9x10^-6/℃到13x10^-6/℃，特别优选从10x10^-6/℃到11.5x10^-6/℃。

根据本发明的连接元件优选至少包含50wt.-％至89.5wt.-％铁、10.5wt.-％至20wt.-％铬、0wt.-％至1wt.-％碳、0wt.-％至5wt.-％镍、0wt.-％至2wt.-％锰、0wt.-％至2.5wt.-％钼和/或0wt.-％至1wt.-％钛。另外，连接元件可以包含其他元素的掺合物，包括钒、铝、铌和氮。

根据本发明的连接元件还可以至少包含66.5wt.-％至89.5wt.-％铁、10.5wt.-％至20wt.-％铬、0wt.-％至1wt.-％碳、0wt.-％至5wt.-％镍、0wt.-％至2wt.-％锰、0wt.-％至2.5wt.-％钼、0wt.-％至2wt.-％铌和/或0wt.-％至1wt.-％钛。

根据本发明的连接元件优选至少包含65wt.-％至89.5wt.-％铁、10.5wt.-％至20wt.-％铬、0wt.-％至0.5wt.-％碳、0wt.-％至2.5wt.-％镍、0wt.-％至1wt.-％锰、0wt.-％至1wt.-％钼和/或0wt.-％至1wt.-％钛。

根据本发明的连接元件还可以至少包含73wt.-％至89.5wt.-％铁、10.5wt.-％至20wt.-％铬、0wt.-％至0.5wt.-％碳、0wt.-％至2.5wt.-％镍、0wt.-％至1wt.-％锰、0wt.-％至1wt.-％钼、0wt.-％至1wt.-％铌和/或0wt.-％至1wt.-％钛。

根据本发明的连接元件优选至少包含75wt.-％至84wt.-％铁、16wt.-％至18.5wt.-％铬、0wt.-％至0.1wt.-％碳、0wt.-％至1wt.-％锰和/或0wt.-％至1wt.-％钛。

根据本发明的连接元件还可以至少包含78.5wt.-％至84wt.-％铁、16wt.-％至18.5wt.-％铬、0wt.-％至0.1wt.-％碳、0wt.-％至1wt.-％锰、0wt.-％至1wt.-％铌和/或0wt.-％至1wt.-％钛。

根据本发明的连接元件优选包含含铬钢，且铬的比例大于或等于10.5wt.-％且热膨胀系数为9x10^-6/℃至13x10^-6/℃。诸如钼、锰或铌等其他合金成分导致改进的腐蚀稳定性或改变的机械性能，诸如抗拉强度或冷成型性。

由含铬钢制成的连接元件相比于根据现有技术由钛制成的连接元件而言的优点在于更好的可焊性。这是由于相比于22W/mK的钛的热导率而言更高的热导率25W/mK至30W/mK。较高的热导率导致在焊接过程中连接元件的更均匀的加热，通过这样可避免特别热的部位(“热点”)的逐点形成。这些部位是窗板随后损坏的开始点。导致连接元件到窗板的改进的粘附。含铬钢此外是良好可焊的。据此，实现通过焊接经由例如铜的导电材料的连接元件到车载电子设备的较好连接。由于较好的冷成型性，连接元件也可以更好地与导电材料皱缩。此外含铬钢更加容易获得。

根据本发明的导电结构优选具有5μm到40μm，特别优选从5μm到20μm，非常特别优选从8μm到15μm，最特别地从10μm至12μm的层厚。根据本发明的导电结构优选包含银，特别优选包含银颗粒和玻璃粉。

根据本发明的焊料的层厚优选＜3.0x10^-4m。

焊料材料优选是无铅的，即不含铅。这关于根据本发明的具有电气连接元件的窗板的环境影响而言特别有利。无铅焊料材料典型地具有比含铅焊料材料更低的延展性，使得连接元件与窗板之间的机械应力可能被稍逊地补偿。然而，已证明临界机械应力可以借助于根据本发明的连接元件被显著减小。根据本发明的焊料材料优选包含锡和铋、铟、锌、铜、银或其合成物。根据本发明锡在焊料合成物中的比例是从3wt.-％到99.5wt.-％，优选从10wt.-％到95.5wt.-％，特别优选从15wt.-％到60wt.-％。根据本发明铋、铟、锌、铜、银或其合成物在焊料合成物中的比例是从0.5wt.-％到97wt.-％，优选10wt.-％到67wt.-％，由此铋、铟、锌、铜或银的比例可以是0wt.-％。根据本发明的焊料合成物可以包含占0wt.-％to5wt.-％的比例的镍、锗、铝或磷。根据本发明的焊料合成物非常特别优选地包含Bi40Sn57Ag3、Sn40Bi57Ag3、Bi59Sn40Ag1、Bi57Sn42Ag1、In97Ag3、Sn95.5Ag3.8Cu0.7、Bi67In33、Bi33In50Sn17、Sn77.2In20Ag2.8、Sn95Ag4Cu1、Sn99Cu1、Sn96.5Ag3.5或其混合物。

根据本发明的连接元件优选镀有镍、锡、铜和/或银。根据本发明的连接元件特别优选设置有粘附促进层，优选由镍和/或铜制成，并且另外设置有优选由银制成的可焊接层。根据本发明的连接元件非常特别地优选镀有0.1μm至0.3μm镍和/或3μm至20μm银。连接元件可以电镀镍、锡、铜和/或银。镍和银改善连接元件的载流量和腐蚀稳定性以及与焊料材料的润湿。

也可以将铁-镍合金、铁-镍-钴合金或铁-铬合金作为补偿板焊接、皱缩(crimp)或粘结到例如由钢、铝、钛、铜制成的连接元件上。作为双金属，可以获得连接元件相对于玻璃膨胀的良好的膨胀行为。补偿板优选为帽形的。

电气连接元件在面向焊料材料的表面上包含涂层，涂层包含铜、锌、锡、银、金或其合金或层，优选包含银。这防止焊料材料扩散超出涂层并且限制流出宽度。

电气连接元件的形状可以在连接元件与导电结构的中间空间中形成焊料仓库。焊料仓库和焊料在连接元件上的润湿性能防止焊料材料从中间空间流出。焊料仓库可以设计为矩形、圆形或多边形。

在焊接过程中焊接热量的分布进而是焊料材料的分布可以由连接元件的形状来限定。焊料材料流向最热点。例如，连接元件可以具有单帽或双帽形状以便在焊接过程中在连接元件中有利地分布热量。

优选借助于冲压、热电极、活塞焊接，优选为激光焊接、热空气焊接、感应焊接、电阻焊接和/或利用超声波来在电气连接元件与导电结构的电气连接过程中引入能量。

通过用于生产具有至少一个连接元件的窗板的方法进一步实现本发明的目的，其中

a)将焊料材料作为具有固定层厚、体积和形状的小盘(platelet)施加在连接元件的接触表面或数个接触表面上，

b)将导电结构施加到基板的区域上，

c)将具有焊料材料的连接元件布置在导电结构上，

d)在焊接点处引入能量，以及

e)将连接元件焊接到导电结构上。

优选预先将焊料材料施加到连接元件上，优选作为在连接元件上具有固定层厚、体积、形状和布局的小盘。

连接元件例如可以被焊接或皱缩到例如由铜制成的板材、编织线、丝网上并且连接到车座电气系统。

连接元件优选用在建筑物，特别为汽车、铁路、飞机或船只中的受热窗板或具有天线的窗板中。连接元件用于将窗板的导电结构连接至布置在窗板之外的电气系统。电气系统是放大器、控制单元或电压源。

附图说明

将参考附图和示例性实施例详细解释本发明。附图是示意性表示并且并不按比例绘制。附图不以任何方式限定本发明。各图描绘了：

图1根据本发明的窗板的第一实施例的俯视图，

图1a在焊接处理过程中热量分布的示意图，

图2a穿过图1的窗板的横截面A-A’，

图2b穿过图1的窗板的横截面B-B’，

图2c穿过图1的窗板的横截面C-C’，

图3穿过根据本发明的选择性窗板的横截面C-C’，

图4穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面B-B’，

图5穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面B-B’，

图6穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面B-B’，

图7穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面A-A’，

图8穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面A-A’，

图8a穿过根据本发明的另一选择性窗板的横截面A-A’，

图9根据本发明的窗板的选择性实施例的俯视图，

图9a穿过图9的窗板的横截面D-D’，

图10连接元件的选择性实施例的俯视图，

图11连接元件的另一选择性实施例的俯视图，

图11a穿过图11的连接元件的横截面E-E’，

图12连接元件的另一选择性实施例的俯视图，

图13连接元件的另一选择性实施例的俯视图，

图13a穿过图13的连接元件的横截面F-F’。

具体实施方式

图1、图2a、图2b以及图2c在各自情况下示出了在电气连接元件3的区域中根据本发明的可加热窗板1的细节。窗板1是由钠钙玻璃制成的3mm厚的热预应力单面安全玻璃。窗板1具有150cm的宽度和80cm的高度。具有加热导体结构2的形式的导电结构2印刷在窗板1上。导电结构2包含银颗粒和玻璃粉。在窗板1的边缘区域中，导电结构2加宽至10mm的宽度并且对电气连接元件3形成接触表面。在窗板1的边缘区域中，还存在覆盖绢网印花(未示出)。连接元件3由两个脚区域7和7’组成，脚区域7和7’经由桥9彼此连接。在脚区域7和7’面向基板的表面上，布置有两个接触表面8’和8”。在接触表面8’和8”的区域中，焊料材料4在连接元件3与导电结构2之间引起耐用的电气和机械连接。焊料材料4包含57wt.-％铋、40wt.-％锡以及3wt.-％银。在电气连接元件3与导电结构2之间完全穿过预定体积和形状布置焊料材料4。焊料材料4具有250μm的厚度。电气连接元件3由根据EN10088-2(ThyssenKrupp

4509)的1.4509号的材料钢制成，其具有10.0x10^-6/℃的热膨胀系数。接触表面8’和8”的每一个具有圆形片段的形状，其具有3mm的半径和276°的中心角α。桥9由三个平坦片段10、11以及12组成。两个片段10和12各自面向基板的表面与基板1的表面围成40°角。片段11布置为平行于基板1的表面。电气连接元件3具有24mm的长度。两个脚区域7和7’具有6mm的宽度；桥9具有4mm的宽度。

在脚区域7和7’背离基板的表面13和13’的每一个上，布置有接触隆起14。接触隆起14形状为半球形并且具有2.5x10^-4m的高度和5x10^-4m的宽度。接触隆起14的中心在接触表面8’和8”的圆心上方布置为垂直于基板的表面。焊接点15和15′布置在接触隆起14的凸表面与基板的表面相距最大竖直距离的点处。

在接触表面8’和8”的每一个上布置有三个间隔件19。间隔件19形状为半球形并且具有2.5x10^-4m的高度和5x10^-4m的宽度。

根据EN 10 088-2的1.4509号材料钢具有良好的冷成型性能和利用除了气焊之外的所有方法的良好焊接性能。钢用于构造声音抑制器系统和排气脱毒系统，并且由于其对高于950℃的耐氧化性和对发生在排气系统中的应力的耐腐蚀性而特别适合于此。

图1a示意地描绘了在焊接处理过程中在焊接点15和15’周围的热量分布的简图。该图中的圆形线是等温线。图1的连接元件3的接触表面8’和8”的形状适应于热量分布。这样，接触表面8’和8”的区域中的焊料材料4被均匀并完全地熔化。

图3延续图1和图2c的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的选择性实施例。电气连接元件3设置在面向具有含银涂层5的焊料材料4的表面上。这防止焊料材料扩散在涂层5之外并且限制流出宽度b。在另一实施例中，例如由镍和/或铜制成的粘合促进层可位于连接元件3与含银层5之间。焊料材料4的流出宽度b小于1mm。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

图4延续图1和图2c的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的选择性实施例。电气连接元件3在面向焊料材料4的表面上包含深度为250μm的凹部，该凹部形成用于焊料材料4的焊料仓库。可以完全防止焊料材料4从中间空间流出。窗板1中的热应力是非临界的并且在连接元件3与经由导电结构2的窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图5延续图1和图2c的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例。电气连接元件3的脚区域7和7′在边缘区域向上弯曲。玻璃窗板1的边缘区域的向上弯曲的最大高度为400μm。这形成用于焊料材料4的空间。预定焊料材料4在电气连接元件3与导电结构2之间形成凹的弯月面。可以完全防止焊料材料4从中间空间流出。粗略为0的流出宽度b小于零，在很大程度上由于所形成的弯月面。窗板1中的热应力是非临界的并且经由导电结构2在连接元件3与窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图6描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例，且接触表面8’和8”为圆形片段形状而桥9几部分为平坦形状。连接元件3包含热膨胀系数为8x10^-6/℃的含铁合金。材料厚度为2mm。在连接元件3的接触表面8’和8”的区域中，利用根据EN 10 088-2(ThyssenKrupp

4509)的1.4509号材料的含铬钢施加帽子形状的补偿部件6。帽子形状的补偿部件6的最大层厚为4mm。借助于补偿部件，可以使连接元件3的热膨胀系数适应于窗板1和焊料材料4的要求。帽子形状的补偿部件6导致在焊料连接4的生产过程中改善的热流。加热主要发生在接触表面8’和8”的中心。可以进一步减小焊料材料4的流出宽度b。由于＜1mm的低流出宽度b和相适应的膨胀系数，可以进一步减小窗板1中的热应力。窗板1中的热应力是非临界的并且经由导电结构2在连接元件3与窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图7延续图1和图2a的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的选择性实施例。桥9是弯曲的并且具有曲率半径为12mm的圆弧轮廓。窗板1中的热应力是非临界的并且经由导电结构2在连接元件3与窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图8延续图1和图2a的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例。桥9是弯曲的并且两次改变其弯曲方向。邻近于脚区域7和7’，弯曲方向背离基板1。这样，在接触表面8’和8”与桥9的底部之间的连接处16和16’上不存在边缘。连接元件3的底部具有连续进展。窗板1中的热应力是非临界的并且经由导电结构2在连接元件3与窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图8a延续图1和图2a的示例性实施例描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例。桥9由两个平坦片段22和23组成。两个片段22和23各自面向基板的表面与基板1的表面围成20°角。合起来，两个片段22和23面向基板的表面围成140°角。窗板1中的热应力是非临界的并且在经由导电结构2连接元件3与窗板1之间提供耐久的电气和机械连接。

图9和图9a在各自情况下描绘了在电气连接元件3的区域中根据本发明的窗板1的另一实施例的细节。连接元件3包含根据EN 10088-2(ThyssenKrupp

4509)的1.4509号材料钢。脚区域7和7’经由桥9彼此连接。桥9由三个平坦形状的片段10、11和12组成。接触表面8’和8”的每一个形状为矩形且在相对两侧布置有半圆。连接元件3具有24mm的长度。桥9具有4mm的宽度。接触表面8’和8”为4mm长和8mm宽。

在脚区域7和7’背离基板1的表面13和13’的每一个上布置有接触隆起14。每个接触隆起14形状为长3mm且宽1mm的长方体，且背离基板1的表面凸出地弯曲。接触隆起14的高度为0.6mm。焊接点15和15′布置在接触隆起14的凸表面与基板的表面相距最大竖直距离的点处。两个间隔件19形状为半径为2.5x10^-4m的半球形，布置在接触表面8’和8”的每一个上。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

图10描绘了根据本发明的连接元件3的选择性实施例的俯视图。脚区域7和7’经由桥9彼此连接。接触表面8’和8”形成为圆形片段，且具有2.5mm的半径和280°的中心角α。桥9是弯曲的。桥的宽度从与接触表面8’和8”的连接处16和16’起朝着桥中心变小。桥的最小宽度为3mm。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

在本发明的选择性实施例中，具有图10的轮廓的连接元件3不以桥的形式构造。这里，连接元件3经由接触表面8在其整个表面上连接至导电结构。

图11和图11a在各自情况下描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例的细节。两个脚区域7和7’经由桥9彼此连接。每个接触表面8’和8”形状为圆形片段，其具有2.5mm的半径和286°的中心角α。桥9由两个子元件组成。子元件在各自情况下具有弯曲子区域17和17’以及平坦子区域18和18’。桥9经由子区域17连接至脚区域7并且经由子区域17’连接至脚区域7’。子区域17和17’的弯曲方向背离基板1。平坦子区域18和18’垂直于基板的表面布置并且彼此直接接触。接触隆起14形状为具有5x10^-4m的半径的半球形。间隔件19形状为具有2.5x10^-4m的半径的半球形。连接元件3具有10mm的长度。脚区域7和7’具有5mm的宽度；桥9具有3mm的宽度。桥9距离基板1的表面的高度为3mm。桥9的高度可以优选在1mm与5mm之间。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

图12描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例的俯视图。两个脚区域7和7’经由弯曲的桥9彼此连接。每个接触表面8’和8”形状为半径为2.5mm的圆。脚区域7和7’与桥9之间的两个连接处16和16’完全布置在接触表面8’和8”圆心之间的直接连接线的不同两侧。桥到基板表面的平面的投影是弯曲的。在这种情况下，弯曲方向在桥的中心改变。在桥9的中心横向地布置两个凸面，两个凸面彼此相对且形状为具有2mm半径的圆形片段。凸面的半径优选可以处在1mm与3mm之间。凸面例如也可以具有矩形形状，其长度和宽度优选从1mm到6mm。在桥9的由凸面的边缘界定的区域上，例如可以通过焊接或皱缩施加用于连接至车载电气系统的导电材料。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

图13和图13a在各自情况下描绘了根据本发明的连接元件3的另一选择性实施例的细节。连接元件3经由接触表面8在其整个表面上连接至导电结构2。接触表面8形状为在两侧布置有半圆的矩形。接触表面具有14mm的长度和5mm的宽度。连接元件3在边缘区域20中在周围向上弯曲。边缘区域20距离玻璃窗板1的高度为2.5mm。边缘区域20的高度在本发明的选择性实施例中可以优选处在1mm与3mm之间。在连接元件3的两个直线侧中之一上的上弯边缘上布置有扩展元件21。扩展元件21由弯曲子区域和平坦子区域组成。扩展元件21经由弯曲子区域连接至连接元件3的边缘区域20并且弯曲的方向朝向连接元件3的相反侧。扩展元件21在俯视图中具有11mm的长度和6mm的宽度。扩展元件21可以优选具有5mm到20mm之间的长度，特别优选处在7mm与15mm之间的长度，并且优选具有2mm到10mm之间的宽度，特别优选从4mm与8mm的宽度。例如可以通过焊接、皱缩或以插塞连接器的形式在扩展元件21上施加用于连接至车载电气系统的导电材料。由于焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

实例

生产具有窗板1(厚度3mm、宽度150cm以及高度80cm)、以加热导体结构形式的导电结构2、根据图1的电气连接元件3、位于连接元件3的接触表面8’和8”上的银层5以及焊料材料4的试样。连接元件3的材料厚度为0.8mm。连接元件3含有根据EN 10 088-2(ThyssenKrupp

4509)的1.4509号材料钢。三个间隔件19布置在接触表面8’和8”的每一个上。每个焊接点15和15’布置在接触隆起14上。在连接元件3的接触表面8’和8”上预先将焊料材料4施加为具有固定层厚、体积和形状的小盘。利用在导电结构2上施加的焊料材料4施加连接元件3。以200℃的温度和2秒的处理时间将连接元件3焊接到导电结构2上。从电气连接元件3与导电结构2之间的中间空间的超过50μm的层厚t的焊料材料4的流出仅被观察到具有最大流出宽度b＝0.4mm。在表1中找到电气连接元件3、连接元件3的接触表面8’和8”上的银层5以及焊料材料4的尺寸和组成。由于由连接元件3和导电结构2预定的焊料材料4的布置在窗板1中未观察到临界机械应力。窗板1经由导电结构2到电气连接元件3的连接是牢固稳定的。

根据所有试样，在从+80℃到-30℃的温差下可以观察到没有玻璃基板1破裂或显示出损坏。可以证明，在焊接后不久，这些具有焊接的连接元件3的窗板1相对于突然的温度下降而是稳定的。

另外，根据电气连接元件3的第二组成执行试样。这里，连接元件3包含铁-镍-钴合金。在表2中找到电气连接元件3、连接元件3的接触表面8’和8”上的银层5以及焊料材料4的尺寸和组成。随着焊料材料4从电气连接元件3与导电结构2之间的中间空间流出，超过50μm的层厚t，获得平均流出宽度b＝0.4mm。这里同样，可以观察到，在从+80℃到-30℃的温差下没有玻璃基板1破裂或显示出损坏。可以证明，在焊接后不久，这些具有焊接的连接元件3的窗板1相对于突然的温度下降而是稳定的。

另外，根据电气连接元件3的第三组成执行试样。这里，连接元件3包含铁-镍合金。在表3中找到电气连接元件3、连接元件3的接触表面8’和8”上的银层5以及焊料材料4的尺寸和组成。随着焊料材料4从电气连接元件3与导电结构2之间的中间空间流出，超过50μm的层厚t，获得平均流出宽度b＝0.4mm。这里同样，可以观察到，在从+80℃到-30℃的温差下没有玻璃基板1破裂或显示出损坏。可以证明，在焊接后不久，这些具有焊接的连接元件3的窗板1相对于突然的温度下降而是稳定的。

表1

表2

表3

比较例

与实例相同地执行比较例。不同之处在于连接元件的形状。这根据现有技术是经由矩形接触表面连接至导电结构。接触表面的形状不适应于热量分布的轮廓。没有间隔件布置在接触表面上。焊接点15和15’不布置在接触隆起上。在表4中找到电气连接元件3、连接元件3的接触表面上的金属层以及焊料材料4的尺寸和组成。借助于焊料材料4根据传统方法将连接元件3焊接到导电结构4上。随着焊料材料4从电气连接元件3与导电结构2之间的中间空间流出，超过50μm的层厚t，获得平均流出宽度b＝2mm～3mm。

在从+80℃到-30℃的突然温差下，可以观察到玻璃基板1在焊接后不久具有较大损坏。

表4

证明具有根据本发明的玻璃基板1和电气连接元件3的根据本发明的窗板相对于突然的温差具有更好的稳定性。

此结果对于本领域技术人员来讲是没有预料到的和出乎意外的。

附图标记列表

(1)窗板

(2)导电结构

(3)电气连接元件

(4)焊料材料

(5)润湿层

(6)补偿部件

(7)电气连接元件3的脚区域

(7’)电气连接元件3的脚区域

(8)连接元件3的接触表面

(8’)连接元件3的接触表面

(8”)连接元件3的接触表面

(9)脚区域7与7’之间的桥

(10)桥9的片段

(11)桥9的片段

(12)桥9的片段

(13)脚区域7背离基板1的表面

(13’)脚区域7’背离基板1的表面

(14)接触隆起

(15)焊接点

(15’)焊接点

(16)接触表面8与桥9的底部之间的连接处

(16’)接触表面8与桥9的底部之间的连接处

(17)桥9的子区域

(17’)桥9的子区域

(18)桥9的子区域

(18’)桥9的子区域

(19)间隔件

(20)连接元件3的边缘区域

(21)扩展元件

(22)桥9的片段

(23)桥9的片段

α接触表面8’的圆形片段的中心角

b焊料材料的最大流出宽度

t焊料材料的极限厚度

A-A’剖面线

B-B’剖面线

C-C’剖面线

D-D’剖面线

E-E’剖面线

F-F’剖面线

Claims (6)

1.一种具有至少一个电气连接元件的窗板，包括： 

-基板(1)， 

-位于基板(1)的区域上的导电结构(2)， 

-位于导电结构(2)的区域上的一层焊料材料(4)，以及 

-位于焊料材料(4)上的连接元件(3)的至少两个焊接点(15，15’)，其中 

-焊接点(15，15’)在连接元件(3)与导电结构(2)之间形成至少一个接触表面(8)，并且 

-接触表面(8)的形状具有中心角α为至少90°的卵圆、椭圆或圆的至少一个片段。 

2.根据权利要求1所述的窗板，其中 

-焊接点(15，15’)在连接元件(3)与导电结构(2)之间形成彼此分离的两个接触表面(8’，8”)， 

-两个接触表面(8’，8”)经由桥(9)面向基板(1)的表面彼此连接，并且 

-两个接触表面(8’，8”)各自的形状具有中心角α为至少90°的卵圆、椭圆或圆的至少一个片段。 

3.根据权利要求1或2所述的窗板，其中，接触表面(8)或多个接触表面(8’，8”)形成为在矩形的两侧布置有两个半圆的形状。 

4.根据权利要求2所述的窗板，其中，每个接触表面(8’，8”)形成为圆形或具有中心角α为至少180°，优选为至少220°的圆形片段的形状。 

5.根据权利要求1所述的窗板，其中，间隔件(19)布置在接触表面(8)或接触表面(8’，8”)上。 

6.根据权利要求1所述的窗板，其中，两个焊接点(15，15’)的每一个布置在接触隆起(14)上。 

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