(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも一つの電気的な接続素子を備えているガラス板に関する。【解決手段】ガラス板は、サブストレート１と、サブストレート１の所定の領域上の導電性の構造体２と、導電性の構造体２の所定の領域上のはんだ材料４の層と、はんだ材料４上の接続素子３とを有している。接続素子３は、第１、第２の脚部領域７，７’と、第１、第２の移行領域と、第１、第２の移行領域間のブリッジ領域とを有している。第１、第２の脚部領域７，７’の下面には第１、第２のコンタクト面８，８’が設けられている。第１、第２のコンタクト面８，８’と、第１、第２の移行領域のサブストレート１側の面は、はんだ材料４によって導電性の構造体２と接続されている。サブストレート１の表面と、第１、第２の移行領域のサブストレート１側の面の各接平面とが成す角度は９０°未満である。【選択図】図１
2020113543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの電気的な接続素子（３）を備えているガラス板において、前記ガラス板は、
８×１０−６／℃から９×１０−６／℃の第１の熱膨張率を有するサブストレート（１）と、
前記サブストレート（１）の所定の領域上の導電性の構造体（２）と、
前記導電性の構造体（２）の所定の領域上のはんだ材料（４）の層と、
前記はんだ材料（４）上の接続素子（３）と、
を有しており、
前記接続素子（３）は、少なくともクロム含有鋼を含み、０重量％超かつ１重量％以下のチタンを含み、前記接続素子（３）は、９×１０−６／℃から１３×１０−６／℃の第２の熱膨張率を有し、前記接続素子（３）は、少なくとも５０重量％から８９．５重量％の鉄、１０．５重量％から２０重量％のクロム、０重量％から１重量％の炭素、０重量％から５重量％のニッケル、０重量％から２重量％のマンガン、０重量％から２．５重量％のモリブデンを含み、前記サブストレート（１）の前記第１の熱膨張率と前記接続素子（３）の前記第２の熱膨張率との差は、５×１０−６／℃未満であり、
前記接続素子（３）は、第１の脚部領域（７）と、第２の脚部領域（７’）と、第１の移行領域（９）と、第２の移行領域（１１）と、前記第１の移行領域（９）と前記第２の移行領域（１１）との間のブリッジ領域（１０）と、を有しており、
前記第１の脚部領域（７）の下面には第１のコンタクト面（８）が設けられており、且つ、前記第２の脚部領域（７’）の下面には第２のコンタクト面（８’）が設けられており、
前記第１のコンタクト面（８）と、前記第２のコンタクト面（８’）と、前記第１の移行領域（９）のサブストレート（１）側の面（９’）と、前記第２の移行領域（１１）のサブストレート（１）側の面（１１’）と、は、前記はんだ材料（４）によって前記導電性の構造体（２）と接続されており、前記はんだ材料（４）は、前記接続素子（３）と前記導電性の構造体（２）との間の間隙から１ｍｍ未満の最大漏れ幅を有しており、
前記サブストレート（１）の表面と前記第１の移行領域（９）の前記サブストレート（１）側の面（９’）の接平面（１２）とが成す角度、並びに、前記サブストレート（１）の表面と前記第２の移行領域（１１）の前記サブストレート（１）側の面（１１’）の接平面（１２）とが成す角度は、それぞれ９０°未満であることを特徴とする、
ガラス板。
【請求項２】
前記サブストレート（１）はガラス、有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、又は、ポリマー、有利にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、及び／又は、それらの混合物を含んでいる、
請求項１に記載のガラス板。
【請求項３】
前記サブストレート（１）の前記表面と前記第１の移行領域（９）の前記サブストレート（１）側の面（９’）の接平面（１２）とが成す角度、並びに、前記サブストレート（１）の前記表面と前記第２の移行領域（１１）の前記サブストレート（１）側の面（１１’）の接平面（１２）とが成す角度はそれぞれ２°から７５°の間、有利には５°から５０°の間である、
請求項１又は２に記載のガラス板。
【請求項４】
前記第１の移行領域（９）、前記第２の移行領域（１１）及び前記ブリッジ領域（１０）は、部分的に平坦に成形されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項５】
前記第１の移行領域（９）、前記第２の移行領域（１１）及び／又は前記ブリッジ領域（１０）は、湾曲されており、且つ、有利には同一の湾曲方向を有している、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項６】
前記第１の移行領域（９）及び前記第２の移行領域（１１）は、平坦に成形されており、且つ、前記ブリッジ領域（１０）は、角張らせて成形されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項７】
前記第１のコンタクト面（８）及び前記第２のコンタクト面（８’）にはスペーサ（１９）が配置されている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項８】
前記はんだ材料（４）は、スズ及びビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物を含んでいる、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項９】
前記はんだ材料（４）の組成におけるスズの割合は、３重量パーセントから９９．５重量パーセントであり、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物の割合は、０．５重量パーセントから９７重量パーセントである、
請求項８に記載のガラス板。
【請求項１０】
前記接続素子（３）は、ニッケル、スズ、銅及び／又は銀で被覆されており、有利には０．１μｍから０．３μｍのニッケル及び／又は３μｍから２０μｍの銀で被覆されている、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項１１】
少なくとも一つの電気的な接続素子（３）を備えている請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法において、
ａ）はんだ材料（４）を、所定の層厚、体積及び形状を有している小型のプレートとして、接続素子（３）のコンタクト面（８，８’）上に配置及び被着させるステップと、
ｂ）導電性の構造体（２）をサブストレート（１）の所定の領域上に被着させるステップと、
ｃ）前記接続素子（３）をはんだ材料（４）によって前記導電性の構造体（２）上に配置するステップと、
ｄ）前記接続素子（３）を前記導電性の構造体（２）にはんだ付けするステップと、
を備えていることを特徴とする、製造方法。
【請求項１２】
導電性の構造体、有利には加熱導体及び／又はアンテナ導体を備えている車両のための、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の少なくとも一つの電気的な接続素子（３）を備えているガラス板の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的な接続素子を備えているガラス板、並びに、その種のガラス板の経済的で環境に優しい製造方法に関する。
【０００２】
更に本発明は、加熱導体又はアンテナ導体のような導電性の構造体が設けられている車両用の、電気的な接続素子を備えているガラス板に関する。導電性の構造体は通常の場合、はんだ付けされた電気的な接続素子を介して搭載電気系統に接続されている。使用される複数の材料の熱膨張率が異なることから、製造時又は動作時に機械的応力が発生し、その機械的応力がガラス板に負荷を掛け、それによりガラス板が割れる可能性がある。
【背景技術】
【０００３】
鉛含有はんだは高い延性を有しているので、この延性により電気的な接続素子とガラス板との間に生じる機械的応力を可塑性の変形によって補償することができる。もっとも、ＥＵ内での使用済み車両に関する指令2000/53/ECにより、鉛含有はんだは、鉛フリーはんだに置き換えられなければならない。この指令はＥＬＶ（End of life vehicles）指令と略される。その目的は、使い捨てされる電子製品が急増する中で、それらの製品から極めて問題となる構成要素を排除することである。該当する構成要素として、鉛、銀及びカドミウムが挙げられる。このことは特に、ガラス板における電気的な用途への鉛フリーはんだの適用及び相応の代替製品の導入に関する。
【０００４】
EP 1 942 703 A2には車両のガラス板における電気的な接続素子が開示されており、そこではガラス板の熱膨張率と電気的な接続素子の熱膨張率との差が５×１０-6／℃を下回っており、また接続素子が主としてチタンを含有している。十分な機械的安定性及び加工性を実現するために、過剰量のはんだ材料を使用することが提案されている。はんだ材料の過剰分は接続素子と導電性の構造体との間の間隙から漏れ出る。このはんだ材料の過剰分は板ガラス板内に高い機械的応力を惹起する。この機械的応力によって最終的にはガラス板が割れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ガラス板における危険な機械的応力が回避される、電気的な接続素子を備えているガラス板、並びに、その種のガラス板の経済的で環境に優しい製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上記の課題は、独立請求項である請求項１に記載されている装置によって解決される。有利な実施の形態は縦続請求項に記載されている。
【０００７】
電気的な接続素子を備えている本発明によるガラス板は、
−サブストレートと、
−サブストレートの所定の領域上の導電性の構造体と、
−導電性の構造体の所定の領域上のはんだ材料の層と、
−はんだ材料上の接続素子とを有しており、
−接続素子は、第１の脚部領域と、第２の脚部領域と、第１の移行領域と、第２の移行領域と、第１の移行領域と第２の移行領域との間のブリッジ領域とを有しており、
−第１の脚部領域の下面には第１のコンタクト面が設けられており、且つ、第２の脚部領域の下面には第２のコンタクト面が設けられており、
−第１のコンタクト面と、第２のコンタクト面と、第１の移行領域及び第２の移行領域のサブストレート側の面とは、はんだ材料によって導電性の構造体と接続されており、
−サブストレートの表面と、移行領域のサブストレート側の面の各接平面とが成す角度は９０°未満である。
【０００８】
ガラス板には導電性の構造体が被着されている。電気的な接続素子は、はんだ材料を用いて、所定の部分領域において導電性の構造体と接続されている。第１のコンタクト面と、第１の移行領域のサブストレート側の面とは、導電性の構造体の第１の部分領域と接続されている。第２のコンタクト面と、第２の移行領域のサブストレート側の面とは、導電性の構造体の第２の部分領域と接続されている。はんだ材料は、１ｍｍ未満の漏れ幅でしか、接続素子と導電性の構造体との間の間隙から漏れ出ない。
【０００９】
一つの有利な実施の形態においては、最大漏れ幅は有利には０．５ｍｍ未満、特にほぼ０である。このことは、ガラス板における機械的応力の低減、接続素子の固着及びはんだの節約に関して非常に有利である。
【００１０】
最大漏れ幅は、接続素子の外縁と、はんだ材料の層厚が５０μｍを下回っている、はんだ材料の末端個所との間の距離として規定されている。最大漏れ幅は、はんだプロセスの終了後に、凝固したはんだ材料において測定される。
【００１１】
所望の最大漏れ幅は、はんだ材料の体積と、接続素子と導電性の構造体との間の垂直方向の距離とを適切に選択することによって達成され、このことは簡単な実験によって求めることができる。接続素子と導電性の構造体との間の垂直方向の距離を、相応のプロセスツール、例えば、スペーサが組み込まれているツールによって設定することができる。
【００１２】
最大漏れ幅が負の値を有していることも考えられる。即ち、最大漏れ幅は、電気的な接続素子及び導電性の構造体によって形成される間隙内にまで後退していることも考えられる。
【００１３】
本発明によるガラス板の一つの有利な実施の形態においては、最大漏れ幅が、電気的な接続素子及び導電性の構造体によって形成される間隙において凹状のメニスカスを形成するように後退している。凹状のメニスカスは例えば、はんだプロセスの際にはんだが未だ液体である間に、スペーサと導電性の構造体との間の垂直方向の距離を広げることによって生じる。
【００１４】
従来技術によれば、はんだ材料は接続素子を導電性の構造体にはんだ付けする際に溶融される。続いて、接続素子のコンタクト面と導電性の構造体との間の所望の距離が調整される。この場合、過剰な液体のはんだ材料は、制御されずに接続素子と導電性の構造体との間の間隙から漏れ出る。接続素子の外縁を超える、はんだ材料の制御できない末端部によって、最大漏れ幅が大きくなる。これによって、ガラス板において高い機械的応力が生じる。
【００１５】
本発明による接続素子の利点は、導電性の構造体と接続素子の移行領域との間の毛細管現象が効果を発揮することである。毛細管現象の効果は、接続素子の移行領域と導電性の構造体との間の距離が短いことの結果である。サブストレートの表面と、移行領域のサブストレート側の面の接平面との間の角度が９０°未満であることによりそのような短い距離が得られる。接続素子と導電性の構造体との間の所望の距離は、はんだ材料の溶融後に調整される。過剰量のはんだ材料は毛細管現象の効果によって制御されて、移行領域及び導電性の構造体によって制限される容積内に吸収される。これによって、接続素子の外縁における過剰量のはんだ材料、従って最大漏れ幅が低減される。従って本発明による接続素子によって、ガラス板における機械的応力の低減が達成される。このことは特に鉛フリーはんだ材料を使用する場合には有利である。鉛フリーはんだ材料は、鉛含有はんだ材料に比べて延性が低いので、機械的応力を余り良好には補償できない。
【００１６】
最大漏れ幅の定義の意味において、移行領域に続くコンタクト面のエッジ（稜）は接続素子の外縁ではない。
【００１７】
導電性の構造体、移行領域及びブリッジ領域によって画定される中空部をはんだ材料で完全に充填することができる。有利には、中空部は完全にははんだ材料で充填されていない。
【００１８】
サブストレートは有利には、ガラス、特に有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスを含んでいる。一つの択一的な有利な実施の形態においては、サブストレートがポリマー、特に有利にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、及び／又は、それらの混合物を含んでいる。
【００１９】
サブストレートは第１の熱膨張率を有している。接続素子は第２の熱膨張率を有している。
【００２０】
第１の熱膨張率は有利には８×１０-6／℃から９×１０-6／℃である。サブストレートは有利にはガラスを含んでおり、有利には０℃から３００℃の温度範囲において８．３×１０-6／℃から９×１０-6／℃の熱膨張率を有しているガラスを含んでいる。
【００２１】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも一つの鉄・ニッケル合金、鉄・ニッケル・コバルト合金又は鉄・クロム合金を含んでいる。
【００２２】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも５０重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、０重量パーセントから５０重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから２０重量パーセントのコバルト、０重量パーセントから１．５重量パーセントのマグネシウム、０重量パーセントから１重量パーセントのケイ素、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから２重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから５重量パーセントのモリブデン、０重量パーセントから１重量パーセントのチタン、０重量パーセントから１重量パーセントのニオブ、０重量パーセントから１重量パーセントのバナジウム、０重量パーセントから１重量パーセントのアルミニウム、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのタングステンを含んでいる。
【００２３】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との差は５×１０-6／℃以上である。第２の熱膨張率は、０℃から３００℃の温度範囲において有利には０．１×１０-6／℃から４×１０-6／℃、特に有利には０．３×１０-6／℃から３×１０-6／℃である。
【００２４】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも５０重量パーセントから７５重量パーセントの鉄、２５重量パーセントから５０重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２０重量パーセントのコバルト、０重量パーセントから１．５重量パーセントのマグネシウム、０重量パーセントから１重量パーセントのケイ素、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガンを含んでいる。
【００２５】
本発明による接続素子は有利には、クロム、ニオブ、アルミニウム、バナジウム、タングステン及びチタンを０重量パーセントから１重量パーセントの割合で含んでおり、モリブデンを０重量パーセントから５重量パーセントの割合で含んでおり、また製造に起因する添加物を含んでいる。
【００２６】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも５５重量パーセントから７０重量パーセントの鉄、３０重量パーセントから４５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから５重量パーセントのコバルト、０重量パーセントから１重量パーセントのマグネシウム、０重量パーセントから１重量パーセントのケイ素、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素を含んでいる。
【００２７】
本発明による接続素子は有利にはインバー（ＦｅＮｉ）を含んでいる。
【００２８】
インバーは、例えば３６重量パーセントのニッケルを含有している、鉄・ニッケル合金（ＦｅＮｉ３６）である。これは、特定の温度領域においては熱膨張率が極端に小さいか、又は部分的に負である特性を有している合金及び化合物のグループである。Ｆｅ６５Ｎｉ３５インバーは６５重量パーセントの鉄及び３５重量パーセントのニッケルを含んでいる。１重量パーセントまでのマグネシウム、ケイ素及び炭素は通常の場合、機械的な特性を変化させるために合金にされる。５重量パーセントのコバルトの合金によって、熱膨張率を更に低下させることができる。その合金の名称は、０．５５×１０-6／℃の熱膨張率（２０℃から１００℃の温度範囲）を有しているＩｎｏｖｃｏ，ＦｅＮｉ３３Ｃｏ４．５である。
【００２９】
４×１０-6／℃未満の極端に低い熱膨張率を有しているインバーのような合金が使用される場合、ガラスにおける危険ではない圧縮強さ又は合金における危険ではない引張強さによる機械的応力の過補償が行われる。
【００３０】
本発明の一つの別の有利な実施の形態においては、第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との差は５×１０-6／℃未満である。第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との差が僅かであることによって、ガラス板における危険な機械的応力が回避され、より良好な固着が維持される。第２の熱膨張率は、０℃から３００℃の温度範囲において有利には４×１０-6／℃から８×１０-6／℃、特に有利には４×１０-6／℃から６×１０-6／℃である。
【００３１】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも５０重量パーセントから６０重量パーセントの鉄、２５重量パーセントから３５重量パーセントのニッケル、１５重量パーセントから２０重量パーセントのコバルト、０重量パーセントから０．５重量パーセントのケイ素、０重量パーセントから０．１重量パーセントの炭素、及び／又は、０重量パーセントから０．５重量パーセントのマンガンを含んでいる。
【００３２】
本発明による接続素子は有利にはコバール（ＦｅＣｏＮｉ）を含んでいる。
【００３３】
コバールは、通常、約５×１０-6／℃の熱膨張率を有している鉄・ニッケル・コバルト合金である。従って、熱膨張率は一般的な金属の係数よりも低い。組成は例えば５４重量パーセントの鉄、２９重量パーセントのニッケル及び１７重量パーセントのコバルトを含んでいる。従って、マイクロエレクトロニクス及びマイクロシステム技術の分野においては、コバールはケーシング材料又はサブマウントとして使用される。サブマウントはサンドウィッチ方式により本来の支持体材料と、大抵の場合は著しく高い熱膨張率を有している材料との間に設けられる。従ってコバールは、別の材料の異なる熱膨張率によって惹起される熱機械的応力を吸収及び低減する補償要素として使用される。同様に、コバールは電子素子のガラス金属封着（Glass-to-Metal Seal）及び真空チャンバ内の材料転位に使用される。
【００３４】
本発明による接続素子は、アニーリングによって熱後処理された鉄・ニッケル合金及び／又は鉄・ニッケル・コバルト合金を含んでいる。
【００３５】
本発明の一つの別の有利な実施の形態においては、第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との差は同様に５×１０-6／℃未満である。第２の熱膨張率は、０℃から３００℃の温度範囲において有利には９×１０-6／℃から１３×１０-6／℃、特に有利には１０×１０-6／℃から１１．５×１０-6／℃である。
【００３６】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも５０重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、１０．５重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから２．５重量パーセントのモリブデン、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含んでいる。接続素子は、付加的に、別の成分の添加物として、バナジウム、アルミニウム、ニオブ及び窒素を含むことができる。
【００３７】
本発明による接続素子は、少なくとも６６．５重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、１０．５重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから２．５重量パーセントのモリブデン、０重量パーセントから２重量パーセントのニオブ、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含むこともできる。
【００３８】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも６５重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、１０．５重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから０．５重量パーセントの炭素、０重量パーセントから２．５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから１重量パーセントのモリブデン、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含んでいる。
【００３９】
本発明による接続素子は、少なくとも７３重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、１０．５重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから０．５重量パーセントの炭素、０重量パーセントから２．５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから１重量パーセントのモリブデン、０重量パーセントから１重量パーセントのニオブ、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含むこともできる。
【００４０】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも７５重量パーセントから８４重量パーセントの鉄、１６重量パーセントから１８．５重量パーセントのクロム、０重量パーセントから０．１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガン、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含んでいる。
【００４１】
本発明による接続素子は、少なくとも７８．５重量パーセントから８４重量パーセントの鉄、１６重量パーセントから１８．５重量パーセントのクロム、０重量パーセントから０．１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから１重量パーセントのニオブ、及び／又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンも含むこともできる。
【００４２】
本発明による接続素子は有利にはクロム含有鋼を含んでおり、これは１０．５重量パーセント以上の割合のクロムを含み、また９×１０-6／℃から１３×１０-6／℃の熱膨張率を有している。別の合金構成要素、例えばモリブデン、マンガン又はニオブによって腐食耐性が改善されるか、又は機械的な特性、例えば引っ張り耐性又は冷態成形性が変化する。
【００４３】
チタンから成る従来技術による接続素子に対する、クロム含有鋼から成る接続素子の利点ははんだ付け適性が改善されている点にある。この改善されたはんだ付け適性は、２２Ｗ／ｍＫのチタンの熱伝導率よりも高い２５Ｗ／ｍＫから３０Ｗ／ｍＫの熱伝導率によって得られる。熱伝導率が比較的高いことによって、はんだプロセス中に接続素子が一様に加熱され、またそれによって点状の非常に熱い個所（「ホットスポット」）が形成されることが回避される。それらの個所はガラス板の将来的な損傷の起因となる。ガラス板における接続素子の固着が改善される。更にクロム含有鋼は容易に溶接することができる。これによって、導電性の材料、例えば銅を介して、接続素子と搭載電気系統とを溶接によってより良好に接続させることができる。冷態成形性が改善されていることから、接続素子も良好に導電性材料に圧着させることができる。更には、クロム含有鋼はより良好な可用性を有している。
【００４４】
本発明による導電性の構造体は有利には５μｍから４０μｍ、特に有利には５μｍから２０μ、非常に有利には８μｍから１５μｍ、またとりわけ有利には１０μｍから１２μｍの層厚を有している。本発明による導電性の構造体は有利には銀、特に有利には銀粒子及びガラスフリットを含んでいる。
【００４５】
はんだの本発明による層厚は有利には３．０×１０-4ｍ未満である。
【００４６】
はんだ材料は有利には鉛フリーである。つまりはんだ材料は鉛を含んでいない。このことは、電気的な接続素子を備えている本発明によるガラス板の環境適合性に関して特に有利である。鉛フリーのはんだ材料は一般的に鉛含有はんだ材料よりも低い延性を有しているので、接続素子とガラス板との間の機械的応力を余り良好には補償することができない。しかしながら、本発明による接続素子によって危険な機械的応力を回避できることが分かった。本発明によるはんだ材料は、有利にはスズ及びビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物を含む。本発明によるはんだの組成におけるスズの割合は３重量パーセントから９９．５重量パーセント、有利には１０重量パーセントから９５．５重量パーセント、特に有利には１５重量パーセントから６０重量パーセントである。本発明によるはんだの組成におけるビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物の割合は０．５重量パーセントから９７重量パーセント、有利には１０重量パーセントから６７重量パーセントである。但し、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅又は銀の割合は０重量パーセントであることも考えられる。本発明によるはんだの組成はニッケル、ゲルマニウム、アルミニウム又は蛍光体を０重量パーセントから５重量パーセントの割合で含むことができる。本発明によるはんだの組成は非常に有利には、Ｂｉ４０Ｓｎ５７Ａｇ３，Ｓｎ４０Ｂｉ５７Ａｇ３，Ｂｉ５９Ｓｎ４０Ａｇ１，Ｂｉ５７Ｓｎ４２Ａｇ１，Ｉｎ９７Ａｇ３，Ｓｎ９５．５Ａｇ３．８Ｃｕ０．７，Ｂｉ６７Ｉｎ３３，Ｂｉ３３Ｉｎ５０Ｓｎ１７，Ｓｎ７７．２Ｉｎ２０Ａｇ２．８，Ｓｎ９５Ａｇ４Ｃｕ１，Ｓｎ９９Ｃｕ１，Ｓｎ９６．５Ａｇ３．５又はそれらの混合物を含む。
【００４７】
本発明による接続素子は有利には、ニッケル、スズ、銅及び／又は銀で被覆されている。本発明による接続素子には、特に有利には固着媒介層、有利にはニッケル及び／又は銅から成る固着媒介層が設けられており、また付加的にはんだ付け可能な層、有利には銀から成る層も設けられている。本発明による接続素子は極めて有利には、０．１μｍから０．３μｍのニッケル、及び／又は、３μｍから２０μｍの銀で被覆されている。接続素子をニッケルめっき、スズめっき、銅めっき及び／又は銀めっきすることができる。ニッケル及び銀は接続素子の許容電流及び腐食耐性を改善し、またはんだ材料との湿潤性も改善する。
【００４８】
サブストレートの表面に対して、接続素子の移行領域のサブストレート側の面の各接平面が成す角度は有利には１°から８５°の間、特に有利には２°から７５°の間、極めて有利には３°から６０°の間、とりわけ有利には５°から５０°の間である。サブストレートの表面に対して接平面が成す角度は移行領域全体において０°であってはならない。何故ならばその場合には、過剰分のはんだ材料を収容するための、移行領域と導電性の構造体との間の間隙が形成されないからである。更に本発明による接続素子は、接平面が直接的に接している脚部領域とは反対側の方向に傾斜しているように成形されている。
【００４９】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、接続素子の移行領域及びブリッジ領域が部分的に平坦に成形されている。平坦とは接続素子の下面が平面を形成していることを意味する。
【００５０】
特に有利には、移行領域が平坦に成形されており、且つ、ブリッジ領域が平坦であるか、又は部分的に平坦に成形されている。移行領域のサブストレート側の面の各接平面は移行領域の平坦な下面と一致する。サブストレートの表面に対して、第１の移行領域のサブストレート側の面は角度α1を成している。サブストレートの表面に対して、第２の移行領域のサブストレート側の面は角度α2を成している。本発明の特に有利な実施の形態においては角度α1と角度α2が等しい。角度α1及び角度α2は０°ではない。
【００５１】
移行領域を部分的に平坦に成形することもできる。角度α1及びα2を、脚部領域に接している、移行領域の平坦な区間において決定することができる。角度α1及び角度α2は０°ではない。移行領域の残りの平坦な区間のサブストレート側の面は、サブストレートの表面に対して０°の角度を成していても良い。
【００５２】
本発明の一つの別の有利な実施の形態においては、二つの移行領域及び／又はブリッジ領域が湾曲している。二つの移行領域及びブリッジ領域は有利には同一の湾曲方向を有しており、また、有利には卵形に湾曲した輪郭、特に有利には楕円状に湾曲した輪郭、また極めて有利には円弧の輪郭を有している。円弧の曲率半径は、例えば有利には、接続素子の長さが２４ｍｍの場合には５ｍｍから１５ｍｍである。二つの移行領域及びブリッジ領域が同一の湾曲方向を有している場合には、コンタクト面と、移行領域のサブストレート側の面との間の接続部はエッジとして成形されている。移行領域及び／又はブリッジ領域の湾曲方向を変化させることもできる。
【００５３】
本発明の一つの別の有利な実施の形態においては、二つの移行領域が平坦に成形されており、且つ、ブリッジ領域に角度が付けられている。ブリッジ領域は二つの平坦の部分領域から成り、それらの部分領域は角度γを成している。サブストレートの表面に対して、第１の移行領域のサブストレート側の面は角度β1を成している。サブストレートの表面に対して、第２の移行領域のサブストレート側の面は角度β2を成している。角度γは１８０°−β1−β2である。本発明の特に有利な実施の形態においては角度β1と角度β2が等しい。
【００５４】
鉄・ニッケル合金、鉄・ニッケル・コバルト合金又は鉄・クロム合金を補償プレートとして、例えば鋼、アルミニウム、チタン、銅から成る接続素子に溶接、圧着又は接着させることができる。バイメタルとして、ガラスの膨張に相対的な、接続素子の好適な膨張特性を達成することができる。補償プレートは有利には帽子状である。
【００５５】
電気的な接続素子は、はんだ材料に向けられている面において、被覆部、銅、亜鉛、スズ、銀、金又は合金若しくはそれらの層、有利には銀を含む層を含んでいる。これによって、はんだ材料が被覆部を超えて広がることが阻止されており、また漏れ幅が制限されている。
【００５６】
接続素子は平面図で見て、例えば有利には１ｍｍから５０ｍｍの長さ及び幅、特に有利には２ｍｍから３０ｍｍの長さ及び幅、また極めて有利には２ｍｍから５ｍｍの幅且つ１２ｍｍから２４ｍｍの長さを有している。
【００５７】
脚部領域の下面におけるコンタクト面は例えば有利には１ｍｍから１５ｍｍの長さ及び幅、特に有利には２ｍｍから８ｍｍの長さ及び幅、また極めて有利には２ｍｍから５ｍｍの幅且つ２ｍｍから５ｍｍの長さを有している。
【００５８】
電気的な接続素子の形状によって、接続素子と導電性の構造体との間の間隙にはんだ貯蔵部を形成することができる。はんだ貯蔵部及び接続素子におけるはんだの湿潤特性は、間隙からのはんだ材料の漏れを阻止する。はんだ貯蔵部は矩形であるか、丸み付けられているか、又は、多角形に形成されている。
【００５９】
はんだの熱の分散、従ってはんだプロセスにおけるはんだ材料の分散を、接続素子の形状によって規定することができる。はんだ材料は最も高温の点に向かって流れる。例えば、接続素子は一重又は二重の帽子の形状を有することができ、これによりはんだプロセス中に熱を有利には接続素子において分散させることができる。
【００６０】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、各コンタクト面に少なくとも一つ、有利には少なくとも二つのスペーサが配置されている。スペーサは有利には接続素子と同一の合金を含んでいる。各スペーサは例えば立方体として、角錐として、回転楕円体のセグメントとして、又は球台として成形されている。スペーサは有利には０．５×１０-4ｍから１０×１０-4ｍの幅且つ０．５×１０-4ｍから５×１０-4ｍの高さ、特に有利には１×１０-4ｍから３×１０-4ｍの高さを有している。スペーサによって均一なはんだ材料層の形成が支援される。このことは接続素子の固着に関して特に有利である。一つの有利な実施の形態においては、スペーサは接続素子とワンピースで形成されている。
【００６１】
電気的な接続素子及び導電性の構造体の電気的な接続の際のエネルギの導入は、有利には、パンチ、熱極、ピストンはんだ、有利にはレーザはんだ付け、熱空はんだ付け、誘導はんだ付け、抵抗はんだ付けによって、及び／又は、超音波によって行われる。
【００６２】
本発明の上記の課題は、更に、少なくとも一つの接続素子を備えているガラス板の製造方法によって解決され、この製造方法は、
ａ）はんだ材料を、所定の層厚、体積及び形状を有している小型のプレートとして、接続素子のコンタクト面に配置及び被着させるステップと、
ｂ）導電性の構造体をサブストレートの所定の領域上に被着させるステップと、
ｃ）接続素子をはんだ材料によって導電性の構造体上に配置するステップと、
ｄ）接続素子を導電性の構造体にはんだ付けするステップとを備えている。
【００６３】
はんだ材料は、有利には所定の層厚、体積、形状及び接続素子上の配置構成を有する小型のプレートとして、有利には事前に接続素子に被着される。
【００６４】
例えば接続素子を、例えば銅から成る金属薄板、撚り線又は網状体と溶接することができるか、又は圧着することができ、また、搭載電気系統に接続することができる。
【００６５】
本発明による接続素子は有利にはワンピースで形成されているが、しかしながら、相互に接続されている、例えば溶接されている二つ以上の部分素子から接続素子を形成することもできる。
【００６６】
接続素子は有利には、建物、特に自動車、鉄道、飛行機又は船舶における加熱可能ガラス板、又はアンテナを備えているガラス板に利用される。接続素子はガラス板の導体構造をガラス板の外部に配置されている電気系統と接続するために使用される。電気系統は増幅器、制御ユニット又は電圧源である。
【００６７】
以下では、添付の図面及び複数の実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。図面は概略的に描かれたものであり、縮尺通りではない。図面の記載は本発明を制限することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるガラス板の第１の実施の形態の斜視図を示す。
【図１ａ】図１によるガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図２】図１によるガラス板の線分Ａ−Ａ’に沿った断面図を示す。
【図３】本発明による択一的なガラス板の線分Ａ−Ａ’に沿った断面図を示す。
【図４】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ａ−Ａ’に沿った断面図を示す。
【図５】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ａ−Ａ’に沿った断面図を示す。
【図６】本発明によるガラス板の択一的な実施の形態の斜視図を示す。
【図７】図６によるガラス板の線分Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示す。
【図８】本発明による択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図９】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図１０】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図１１】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図１２】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図１２ａ】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｃ−Ｃ’に沿った断面図を示す。
【図１３】接続素子の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図１４】接続素子の択一的な実施の形態の斜視図を示す。
【図１５】本発明による方法の詳細なフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１、図１ａ及び図２には、本発明による加熱可能なガラス板１における電気的な接続素子３の領域の詳細がそれぞれ示されている。ガラス板１は３ｍｍの厚さであり、熱的にプレストレスが掛けられる、ソーダ石灰ガラスから成る単一ガラス板安全ガラス（single-pane safety glass）である。ガラス板１は１５０ｃｍの幅及び８０ｃｍの高さを有している。ガラス板１には、加熱導体構造体２としての導電性の構造体２がプリントされている。導電性の構造体２は銀粒子及びガラスフリットを含んでいる。ガラス板１の縁部領域において、導電性の構造体２は１０ｍｍの幅で広がっており、また電気的な接続素子３のためのコンタクト面を形成している。更にガラス板１の縁部領域にはカバーセリグラフ部が設けられている（図示せず）。コンタクト面８及び８’の領域、並びに、移行領域９及び１１のサブストレート１側の面９’及び１１’の領域においては、はんだ材料４によって接続素子３と導電性の構造体２との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が生じている。はんだ材料４は５７重量パーセントのビスマス、４０重量パーセントのスズ及び３重量パーセントの銀を含んでいる。はんだ材料４は所定の体積及び形状によって、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間に完全に配置されている。はんだ材料４は２５０μｍの厚さを有している。電気的な接続素子３は、ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９の鋼（ThyssenKrupp Nirosta(R) 4509）から成り、この鋼は１０．０×１０-6／℃の熱膨張率を有している。電気的な接続素子３は４ｍｍの幅及び２４ｍｍの長さを有している。移行領域９，１１及びブリッジ領域１０は平坦に成形されている。サブストレート１の表面に対して、移行領域９のサブストレート１側の面９’はα1＝４０°の角度を成している。サブストレートの表面に対して、移行領域１１のサブストレート１側の面１１’はα2＝４０°の角度を成している。ブリッジ領域１０はサブストレート１の表面に対して平行に配置されている。
【００７０】
ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９の鋼は良好に冷間成形することができ、また、ガス溶接を除くあらゆる方法によって良好に溶接することができる。鋼は消音装置及び排ガス浄化装置の構成に使用され、また、排ガスシステム内で発生する酷使状況に対する、９５０℃を超えるスケーリング耐性及び腐食耐性を有していることから、それらへの使用に非常に適している。
【００７１】
図１及び図２に示した実施例に続いて、図３には本発明による接続素子３の択一的な実施の形態が示されている。電気的な接続素子３には、はんだ材料４と対向する面において、銀を含有する被覆部５が設けられている。これによって、はんだ材料が被覆部５を超えて広がることが阻止され、漏れ幅ｂが限定される。一つの別の実施の形態においては、接続素子３と銀を含有する層５との間に、固着媒介層、例えばニッケル及び／又は銅から成る層を設けることができる。はんだ材料４の漏れ幅ｂは１ｍｍ以下である。はんだ材料４の配置に起因して、危険な機械的応力がガラス板１において観測されることはない。導電性の構造体２を介する、ガラス板１と電気的な接続素子３との間の接続は持続的に安定している。
【００７２】
図１及び図２に示した実施例に続いて、図４には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。電気的な接続素子３は、はんだ材料４と対向する面において、はんだ材料４用のはんだ貯蔵部を形成する、深さ２５０μｍの凹部を有している。間隙からのはんだ材料４の漏れを完全に阻止することができる。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７３】
図１及び図２に示した実施例に続いて、図５には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。電気的な接続素子３は縁部領域において上方に向かって折り曲げられている。縁部領域の上方に向かって折り曲げられている部分のガラス板１からの高さは最大で４００μｍである。これによって、はんだ材料４のための空間が形成される。所定量のはんだ材料４は、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間において凹状のメニスカスを形成している。間隙からのはんだ材料４の漏れを完全に阻止することができる。漏れ幅ｂはほぼ０であり、メニスカスが形成されることから大部分は０以下である。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７４】
図６及び図７には、接続素子３を備えている本発明によるガラス板１の別の実施の形態がそれぞれ詳細に示されている。接続素子３は、８×１０-6／℃の熱膨張率を有している、鉄を含有する合金を含む。材料の厚さは２ｍｍである。接続素子３のコンタクト面８及び８’の領域には、ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９のクロム含有鋼（ThyssenKrupp Nirosta(R) 4509）を有している、帽子状の補償体６が設けられている。帽子状の補償体６の最大層厚は４ｍｍである。補償体によって、接続素子３の熱膨張率をガラス板１及びはんだ材料４の要求に適合させることができる。帽子状の補償体６によって、はんだ結合部４の製造中の熱の流れが改善される。加熱は特にコンタクト面８及び８’の中心において行われる。はんだ材料４の漏れ幅ｂを更に縮小させることができる。漏れ幅ｂが１ｍｍ未満と短く、また熱膨張率が適合されていることから、ガラス板１における熱応力を更に低減することができる。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７５】
図１及び図１ａに示した実施例に続いて、図８には本発明による接続素子３の択一的な実施の形態が示されている。二つの移行領域９，１１及びブリッジ領域１０は湾曲されており、且つ、同一の湾曲方向を有している。それらの領域は一緒に、１２ｍｍの曲率半径を有する円弧の輪郭を形成している。コンタクト面８，８’と、湾曲した移行領域９，１１の、サブストレートと対向する面９’，１１’との間の接続部１６及び１６’はエッジとして成形されている。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７６】
図１及び図１ａに示した実施例に続いて、図９には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。二つの移行領域は平坦に成形されており、ブリッジ領域は角張らせて成形されている。サブストレート１の表面に対して、移行領域９のサブストレート１側の面９’はβ1＝２０°の角度を成している。サブストレート１の表面に対して、移行領域１１のサブストレート１側の面１１’はβ2＝２０°の角度を成している。ブリッジ領域の角度γは１４０°である。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７７】
図１及び図１ａに示した実施例に続いて、図１０には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。二つの移行領域９，１１及びブリッジ領域１０は湾曲している。移行領域９，１１及びブリッジ領域１０から成る構造体はその湾曲方向を二回変化させている。脚部領域７及び７’に接している移行領域９及び１１の湾曲方向はサブストレート１から離れる方向である。これによって、コンタクト面８，８’と、湾曲した移行領域９，１１のサブストレート側の面９’，１１’との間の接続部１６及び１６’においてエッジは存在していない。接続素子の下面は途切れの無い連続的な経過を有している。ガラス板１における熱応力は危険なものではなく、また導電性の構造体２を介する接続素子３とガラス板１との間の持続的で電気的且つ機械的な接続が提供される。
【００７８】
図１１には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。二つの移行領域９及び１１が湾曲しており、湾曲方向はサブストレート１から離れる方向を示している。ブリッジ領域１０は二つの部分要素から構成されている。それらの部分要素は湾曲した部分領域１７，１７’及び平坦な部分領域１８，１８’をそれぞれ一つずつ有している。ブリッジ領域１０は部分領域１７によって移行領域９と接続されており、且つ部分領域１７’によって移行領域１１と接続されている。湾曲した部分領域１７及び１７’は、接している移行領域と同一の湾曲方向を有している。平坦な部分領域１８及び１８’はサブストレートの表面に対して垂直に配置されており、且つ、相互に直接的に接触している。
【００７９】
図１及び図１ａに示した実施例に続いて、図１２には本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。脚部領域７，７’、移行領域９，１１及びブリッジ領域１０は図１ａに応じて成形されている。コンタクト面８及び８’は４ｍｍの幅及び４ｍｍの長さを有している。コンタクト面８及び８’にはスペーサ１９が取り付けられている。スペーサは半球状に成形されており、且つ、２．５×１０-4ｍの高さｈ及び５×１０-4ｍの幅ｌを有している。
【００８０】
択一的な実施の形態においては、スペーサ１９を例えば立方体、角錐、又は、回転楕円体のセグメントとして構成することもでき、また有利には０．５×１０-4ｍから１０×１０-4ｍの幅と、０．５×１０-4ｍから５×１０-4ｍの高さ、特に有利には１×１０-4ｍから３×１０-4ｍの高さとを有している。スペーサ１９によって、はんだ材料４の均一な層の形成が支援される。このことは接続素子３の固着に関して特に有利である。
【００８１】
図１２に示した実施例に続いて、図１２ａには本発明による接続素子３の別の択一的な実施の形態が示されている。脚部領域７，７’のサブストレート１側とは反対側の面にはそれぞれコンタクト隆起部２２が配置されている。図示されている実施の形態において、コンタクト隆起部２２は半球状に成形されており、且つ、２．５×１０-4ｍの高さ及び５×１０-4ｍの幅を有している。コンタクト隆起部２２の中心点はほぼ、脚部領域７，７’のサブストレート側とは反対側の面の幾何学的な中心に配置されている。コンタクト隆起部２２はその凸状の表面に基づき、接続素子３と導電性の構造体２との間の有利には改善されたはんだ付けを実現する。はんだ付けのために、平坦に成形されているコンタクト面を有している電極を使用することができる。電極の面がコンタクト隆起部２２と接触し、それらの電極の面とコンタクト隆起部２２との間のコンタクト領域ははんだ個所を形成する。はんだ個所の位置は有利には、コンタクト隆起部２２の凸状の表面における、サブストレート１の表面までの垂直方向の距離が最大である点によって決定される。はんだ個所の位置は、接続素子３におけるはんだ電極の位置に依存しない。このことは、はんだプロセス中の再現可能な均一な熱分散に関して特に有利である。
【００８２】
はんだプロセス中の熱分散は、コンタクト隆起部２２の位置、大きさ、配置構成及び幾何学形状によって決定される。択一的な実施の形態においては、コンタクト隆起部２２が例えば回転楕円体のセグメントとして、又は直方体として成形されており、その種の直方体のサブストレート側とは反対側の面は凸状に湾曲するよう成形されている。コンタクト隆起部２２は有利には０．１ｍｍから２ｍｍまでの高さ、特に有利には０．２ｍｍから１ｍｍまでの高さを有している。コンタクト隆起部２２の長さ及び幅は有利には０．１ｍｍから５ｍｍの間、非常に有利には０．４ｍｍから３ｍｍの間である。
【００８３】
一つの有利な実施の形態においては、コンタクト隆起部２２及びスペーサ１９を接続素子３とワンピースで形成することができる。コンタクト隆起部２２及びスペーサ１９を例えば、出発状態においては平坦な表面を有している接続素子３の変形によって、例えば型押し又は深絞りによって、その表面上に形成することができる。接続素子３のコンタクト隆起部２２側又はスペーサ１９側とは反対側の表面には相応の凹部が形成されると考えられる。
【００８４】
コンタクト隆起部２２及びスペーサ１９によって、はんだ材料４の均一で一様な厚さで均一に溶融される層が達成される。これによって、接続素子３とサブストレート１との間の機械的応力を低減することができる。このことは特に、鉛フリーはんだが使用される場合には非常に有利である。鉛フリーはんだはその延性が鉛含有はんだに比べて低いので、機械的応力を余り良好には補償できない。
【００８５】
図１３には本発明による接続素子３の択一的な実施の形態が平面図で示されている。移行領域９，１１及びブリッジ領域１０は図１ａに応じて成形されている。各脚部領域７及び７’は８ｍｍの幅を有しており、また、移行領域９，１１及びブリッジ領域１０の２倍の幅を有している。驚くべきことに、移行領域９，１１及びブリッジ領域１０よりも幅広に構成されている脚部領域７，７’によってガラス板１における機械的応力が低減されることが分かった。脚部領域７，７’の幅は、有利にはブリッジ領域１０の幅の１５０％から３００％である。
【００８６】
図１４には本発明による接続素子３の択一的な実施の形態が斜視図で示されている。脚部領域７及び７’は例えば７ｍｍの長さ及び５ｍｍの幅を有している。ブリッジ領域１０は平坦に構成されており、また例えば１２ｍｍの長さ及び１０ｍｍの幅を有している。ブリッジ領域１０は脚部領域７，７’よりも幅広であり、製造に起因する凹部２１を有している。凹部２１はブリッジ領域１０のエッジまで延在しており、そのエッジにはブリッジ領域９を介して脚部領域７が繋がっている。凹部２１の形状及び大きさは、脚部領域７及び移行領域９から成る接続素子３の区間に対応する。脚部領域７及び７’の下面におけるコンタクト面８及び８’は矩形の形状であるが、ブリッジ領域１０とは反対側の二つの角はそれぞれ面取りされている。この面取りによって、コンタクト面８，８’の周囲側縁に沿った過度に小さい角度、特に９０°の角度が回避される。これによってガラス板における機械的応力を低減できることが分かった。
【００８７】
接続素子３はブリッジ領域１０上に配置されているプラグコネクタ２０を含む。プラグコネクタ２０は、移行領域９に接している、ブリッジ領域１０の側縁において、ブリッジ領域１０に接続されている。プラグコネクタ２０は規格に応じたタブ型コネクタとして構成されており、図示していない接続ケーブル、例えば搭載電気系統への接続ケーブルの接続部を挿入することができる。
【００８８】
本発明による構成の特別な利点は、接続素子３の製造が簡単であるのと同時に、電気的な接触接続部との快適なインタフェース（プラグコネクタ２０）が提供されることである。脚部領域７，７’、移行領域９，１１、ブリッジ領域１０及び接続プラグ２０はワンピースで構成されている。接続素子３は平坦な出発状態で提供され、その出発状態では移行領域９として、また脚部領域７として予定されている区間が凹部２１内に配置されている。出発状態では、移行領域１１及び脚部領域７’がブリッジ領域１０と同じ平面内に配置されている。プラグコネクタ２０は出発状態において同様に、ブリッジ領域１０と同じ平面内に配置されている。脚部領域７及び移行領域９として予定されている領域をブリッジ領域１０から、例えば打抜き、レーザ加工又はウォータージェット加工によって分離させることができるが、接続部は、移行領域９とブリッジ領域１０との間の接続エッジを介して依然として存在している。プラグコネクタ２０は、このプラグコネクタ２０とブリッジ領域１０との間の接続線を軸にして図示されている位置へと折り曲げられ、出発状態においては上を向いていた面がブリッジ領域１０と対向する。移行領域９及び脚部領域７は、この移行領域９とブリッジ領域１０との間の接続線を軸にして図示されている位置へと曲げられ、続いて、出発状態において上を向いていた面が脚部領域７及び移行領域９の下面を形成する。移行領域９及び脚部領域７を曲げることによって凹部２１が形成される。移行領域１１及び脚部領域７’は同様に平坦な出発状態から図示されている位置へと曲げられる。
【００８９】
図１５には、電気的な接続素子３を備えているガラス板１の本発明による製造方法が詳細に示されている。この図１５には、電気的な接続素子３を備えているガラス板の本発明による製造方法に関する一実施例が示されている。第１のステップとして、はんだ材料４を形状及び体積に応じて小分けすることが必要になる。小分けされたはんだ材料４が電気的な接続素子３のコンタクト面８及び８’上に配置される。電気的な接続素子３がはんだ材料４を用いて導電性の構造体２の上に配置される。エネルギが注入され、電気的な接続素子３が導電性の構造体２と持続的に接続され、またそれによってガラス板１と持続的に接続される。
【実施例】
【００９０】
ガラス板１（厚さ３ｍｍ、幅１５０ｃｍ及び高さ８０ｃｍ）、加熱導体構造体の形態の導電性の構造体２、図１による電気的な接続素子３、接続素子３のコンタクト面８及び８’上の銀層５及びはんだ材料４を備える試験体が作成された。サブストレート１の表面に対して、移行領域９のサブストレート１側の面が成す角度、若しくは、サブストレート１の表面に対して、移行領域１１のサブストレート１側の面が成す角度はα＝４０°であった。接続素子３の材料厚さは０．８ｍｍであった。接続素子３には、ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９の鋼（ThyssenKrupp Nirosta(R) 4509）を含ませた。接続素子３のコンタクト面８及び８’は４ｍｍの幅及び４ｍｍの長さを有していた。はんだ材料４を、所定の層厚、体積及び形状を有している小型のプレートとして、接続素子３のコンタクト面８及び８’上に被着させた。そのようにして被着されたはんだ材料４を用いて、接続素子３を導電性の構造体２に取り付けた。接続素子３を２００℃の温度及び２秒の処理時間で導電性の構造体２にはんだ付けした。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れは、ｂ＝０．４ｍｍの最大漏れ幅でしか観測されなかった。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の銀層５及びはんだ材料４の寸法及び組成は表１から見て取れる。接続素子３及び導電性の構造体２によって設定されるはんだ材料４の配置構成によって、ガラス板１において危険な機械的応力は観測されなかった。ガラス板１と電気的な接続素子３との接続部は導電性の構造体２を介して持続的に安定していた。
【００９１】
全ての試験体において、＋８０℃から−３０℃の温度差では、ガラスサブストレート１は破損せず、またダメージも受けなかったことが観測された。はんだ付けの直後において、接続素子３がはんだ付けされているそれらのガラス板１は急激な温度降下に対して安定していたことが証明された。
【００９２】
更に、電気的な接続素子３の第２の組成でもって試験体が実施された。接続素子３には鉄・ニッケル・コバルト合金を含ませた。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の銀層５並びにはんだ材料４の寸法及び組成は表２から見て取れる。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れ部では、ｂ＝０．４ｍｍの平均漏れ幅が得られた。ここでもまた、＋８０℃から−３０℃の温度差において、ガラスサブストレート１は破損せず、またダメージも受けなかったことが観測された。はんだ付けの直後において、接続素子３がはんだ付けされているそれらのガラス板１は急激な温度降下に対して安定していたことが証明された。
【００９３】
更に、電気的な接続素子３の第３の組成でもって試験体が実施された。接続素子３には鉄・ニッケル合金を含ませた。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の銀層５及びはんだ材料４の寸法及び組成は表３から見て取れる。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れ部では、ｂ＝０．４ｍｍの平均漏れ幅が得られた。ここでもまた、＋８０℃から−３０℃の温度差において、ガラスサブストレート１は破損せず、またダメージも受けなかったことが観測された。はんだ付けの直後において、接続素子３がはんだ付けされているそれらのガラス板１は急激な温度降下に対して安定していたことが証明された。
【００９４】
【表１】
2020113543.tif 000003
【００９５】
【表２】
2020113543.tif 000004
【００９６】
【表３】
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【００９７】
比較例１
比較例は実施例と同様に実施された。接続素子には、ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９の鋼（ThyssenKrupp Nirosta(R) 4509）を含ませた。接続素子の形状を異ならせた。角度αは従来技術に応じて９０°であった。これによって、コンタクト面８及び８’のエッジにおいて毛細管力は生じなかった。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の金属層及びはんだ材料４の寸法及び成分は表４から見て取れる。接続素子３を、実施例と同様にはんだ材料４を用いて導電性の構造体２にはんだ付けした。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れ部では、ｂ＝０．５ｍｍの平均漏れ幅が得られた。
【００９８】
全ての試験体において、＋８０℃から−３０℃の温度差では、ガラスサブストレート１は破損せず、またダメージも受けなかったことが観測された。はんだ付けの直後において、接続素子３がはんだ付けされているそれらのガラス板１は急激な温度降下に対して安定していたことが証明された。もっとも、この比較例１は実施例と比較すると、平均漏れ幅ｂが大きかった。
【００９９】
【表４】
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【０１００】
比較例２
比較例は実施例と同様に実施された。相異点として、接続素子３に対して別の材料を使用した。接続素子３を１００重量パーセントのチタンから構成した。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の金属層及びはんだ材料４の寸法及び成分は表５から見て取れる。接続素子３を、従来技術の方法に応じて、はんだ材料４を用いて導電性の構造体２にはんだ付けした。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れ部では、ｂ＝２ｍｍから３ｍｍの平均漏れ幅が得られた。漏れ幅が大きいことによってガラス板において危険な機械的応力が生じた。
【０１０１】
＋８０℃から−３０℃へと急激に温度を変化させると、はんだ付け直後にガラスサブストレート１は大きなダメージを受けたことが観測された。
【０１０２】
【表５】
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【０１０３】
比較例３
比較例は実施例と同様に実施された。相異点として、接続素子３に対して別の材料を使用した。接続素子３を１００重量パーセントの銅から構成した。電気的な接続素子３、この接続素子３のコンタクト面８，８’上の金属層及びはんだ材料４の寸法及び成分は表６から見て取れる。接続素子３を、従来技術の方法に応じて、はんだ材料４を用いて導電性の構造体２にはんだ付けした。５０μｍの層厚ｔを上回っていた、電気的な接続素子３と導電性の構造体２との間の間隙からのはんだ材料４の漏れ部では、ｂ＝２ｍｍから３ｍｍの平均漏れ幅が得られた。接続素子３の熱膨張率とサブストレート１の熱膨張率との大きな差異並びに大きい漏れ幅によってガラス板において危険な機械的応力が生じた。
【０１０４】
＋８０℃から−３０℃へと急激に温度を変化させると、はんだ付け直後にガラスサブストレート１は大きなダメージを受けたことが観測された。
【０１０５】
【表６】
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【０１０６】
上記の表１から表６の差異、本発明による接続素子３の利点及び観測結果は表７及び表８から見て取れる。
【０１０７】
【表７】
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【０１０８】
【表８】
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【０１０９】
ガラスサブストレート１及び本発明による電気的な接続素子３を備えている本発明によるガラス板は漏れ幅が短く、且つ、急激な温度差に対してより良好に安定していることが分かった。
【０１１０】
この結果は当業者にとって予期せぬほど驚くべきものであった。
【０１１１】
以下、親出願（特願２０１７−２２８６８３）の親出願（特願２０１５−１７５８８５）の親出願（特願２０１４−５０９６５２）の出願当初の請求項である。
［請求項１］
少なくとも一つの電気的な接続素子を備えているガラス板において、
サブストレート（１）と、
前記サブストレート（１）の所定の領域上の導電性の構造体（２）と、
前記導電性の構造体（２）の所定の領域上のはんだ材料（４）の層と、
前記はんだ材料（４）上の接続素子（３）とを有しており、
前記接続素子（３）は、第１の脚部領域（７）と、第２の脚部領域（７’）と、第１の移行領域（９）と、第２の移行領域（１１）と、前記第１の移行領域（９）と前記第２の移行領域（１１）との間のブリッジ領域（１０）とを有しており、
前記第１の脚部領域（７）の下面には第１のコンタクト面（８）が設けられており、且つ、前記第２の脚部領域（７’）の下面には第２のコンタクト面（８’）が設けられており、
前記第１のコンタクト面（８）と、前記第２のコンタクト面（８’）と、前記第１の移行領域（９）のサブストレート（１）側の面（９’）と、前記第２の移行領域（１１）のサブストレート（１）側の面（１１’）とは、前記はんだ材料（４）によって前記導電性の構造体（２）と接続されており、
前記サブストレート（１）の表面と、前記第１の移行領域（９）の前記サブストレート（１）側の面（９’）の接平面（１２）とが成す角度、並びに、前記サブストレート（１）の表面と、前記第２の移行領域（１１）の前記サブストレート（１）側の面（１１’）の接平面（１２）とが成す角度はそれぞれ９０°未満であることを特徴とする、ガラス板。
［請求項２］
前記サブストレート（１）はガラス、有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、又は、ポリマー、有利にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、及び／又は、それらの混合物を含んでいる、請求項１に記載のガラス板。
［請求項３］
前記サブストレート（１）の前記表面と、前記第１の移行領域（９）の前記サブストレート（１）側の面（９’）の接平面（１２）とが成す角度、並びに、前記サブストレート（１）の前記表面と、前記第２の移行領域（１１）の前記サブストレート（１）側の面（１１’）の接平面（１２）とが成す角度はそれぞれ２°から７５°の間、有利には５°から５０°の間である、請求項１又は２に記載のガラス板。
［請求項４］
前記第１の移行領域（９）、前記第２の移行領域（１１）及び前記ブリッジ領域（１０）は部分的に平坦に成形されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項５］
前記第１の移行領域（９）、前記第２の移行領域（１１）及び／又は前記ブリッジ領域（１０）は湾曲されており、且つ、有利には同一の湾曲方向を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項６］
前記第１の移行領域（９）及び前記第２の移行領域（１１）は平坦に成形されており、且つ、前記ブリッジ領域（１０）は角張らせて成形されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項７］
前記第１のコンタクト面（８）及び前記第２のコンタクト面（８’）にはスペーサ（１９）が配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項８］
前記接続素子（３）は、少なくとも一つの鉄・ニッケル合金、鉄・ニッケル・コバルト合金又は鉄・クロム合金を含んでいる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項９］
前記接続素子（３）は、少なくとも５０重量パーセントから７５重量パーセントの鉄、２５重量パーセントから５０重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２０重量パーセントのコバルト、０重量パーセントから１．５重量パーセントのマグネシウム、０重量パーセントから１重量パーセントのケイ素、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、又は、０重量パーセントから１重量パーセントのマンガンを含んでいる、請求項８に記載のガラス板。
［請求項１０］
前記接続素子（３）は、少なくとも５０重量パーセントから８９．５重量パーセントの鉄、１０．５重量パーセントから２０重量パーセントのクロム、０重量パーセントから１重量パーセントの炭素、０重量パーセントから５重量パーセントのニッケル、０重量パーセントから２重量パーセントのマンガン、０重量パーセントから２．５重量パーセントのモリブデン、又は、０重量パーセントから１重量パーセントのチタンを含んでいる、請求項８に記載のガラス板。
［請求項１１］
前記はんだ材料（４）はスズ及びビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物を含んでいる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項１２］
前記はんだ材料（４）の組成におけるスズの割合は３重量パーセントから９９．５重量パーセントであり、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物の割合は０．５重量パーセントから９７重量パーセントである、請求項１１に記載のガラス板。
［請求項１３］
前記接続素子（３）はニッケル、スズ、銅及び／又は銀で被覆されており、有利には０．１μｍから０．３μｍのニッケル及び／又は３μｍから２０μｍの銀で被覆されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のガラス板。
［請求項１４］
少なくとも一つの接続素子（３）を備えているガラス板の製造方法において、
ａ）はんだ材料（４）を、所定の層厚、体積及び形状を有している小型のプレートとして、接続素子（３）のコンタクト面（８，８’）上に配置及び被着させるステップと、
ｂ）導電性の構造体（２）をサブストレート（１）の所定の領域上に被着させるステップと、
ｃ）前記接続素子（３）をはんだ材料（４）によって前記導電性の構造体（２）上に配置するステップと、
ｄ）前記接続素子（３）を前記導電性の構造体（２）にはんだ付けするステップと、
を備えていることを特徴とする、製造方法。
［請求項１５］
導電性の構造体、有利には加熱導体及び／又はアンテナ導体を備えている車両のための、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の電気的な接続素子を備えているガラス板の使用。
【符号の説明】
【０１１２】
１  ガラス板、  ２  導電性の構造体、  ３  電気的な接続素子、  ４  はんだ材料、  ５  湿潤層、  ６  補償体、  ７，７’  電気的な接続素子３の脚部領域、  ８，８’  接続素子３のコンタクト面、  ９，１１  電気的な接続素子３の移行領域、  ９’  移行領域９のサブストレート１側の面、  １０  電気的な接続素子３のブリッジ領域、  １１’  移行領域１１のサブストレート１側の面、  １２  面９’の接平面、  １６  コンタクト面８と移行領域９の面９’の接続部、  １６’  コンタクト面８’と移行領域１１の面１１’の接続部、  １７，１７’，１８，１８’  ブリッジ領域１０の部分領域、  １９  スペーサ、  ２０  プラグコネクタ、  ２１  凹部、  ２２  コンタクト隆起部、  α1  サブストレート１に対して面９’が成す角度、  α2  サブストレート１に対して面１１’が成す角度、  β1  サブストレート１に対して面９’が成す角度、  β2  サブストレート１に対して面１１’が成す角度、  γ  角張ったブリッジ領域１０の平坦な区間同士が成す角度、  ｂ  はんだ材料の最大漏れ幅、  ｔ  はんだ材料の境界部の厚さ、  ｈ  スペーサ１９の高さ、  ｌ  スペーサ１９の幅、  Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’，Ｃ−Ｃ’  線分
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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