(57)【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、
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）上の前記接続素子（３）の、はんだ電極を接触させるための少なくとも二つのはんだ個所（１５，１５’）と、
前記接続素子（３）上に設けられた少なくとも二つのコンタクトバンプ（１４）と、
を有しており、
前記はんだ個所（１５，１５’）は、前記接続素子（３）と前記導電性の構造体（２）との間の少なくとも一つのコンタクト面（８）を形成しており、
前記コンタクト面（８）は、中心角αが少なくとも９０°である、楕円、長円又は円の少なくとも一つの扇形の形状を有しており、
前記二つのはんだ個所（１５，１５’）は、それぞれ前記二つのコンタクトバンプ（１４）上に配置されている、
ことを特徴とするガラス板。
【請求項２】
前記はんだ個所（１５，１５’）は、前記接続素子（３）と前記導電性の構造体（２）との間の、相互に離隔された二つのコンタクト面（８’，８''）を形成しており、
前記二つのコンタクト面（８’，８''）は、ブリッジ部（９）の前記サブストレート（１）側の面を介して相互に接続されており、
前記二つのコンタクト面（８’，８''）はそれぞれ、中心角αが少なくとも９０°である、楕円、長円又は円の少なくとも一つの扇形の形状を有している、
請求項１に記載のガラス板。
【請求項３】
一つのコンタクト面（８）又は複数のコンタクト面（８’，８''）は、相互に対向する二辺に半円が配置されている矩形として成形されている、
請求項１又は２に記載のガラス板。
【請求項４】
各コンタクト面（８’，８''）は、中心角αが少なくとも２２０°である円又は扇形部として成形されている、
請求項２に記載のガラス板。
【請求項５】
前記サブストレート（１）は、平板ガラスまたはフロートガラスであり、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、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乃至４のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項６】
一つのコンタクト面（８）又は複数のコンタクト面（８’，８''）にはスペーサ（１９）が配置されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項７】
前記接続素子（３）は、少なくとも鉄・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７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７に記載のガラス板。
【請求項１０】
前記はんだ材料（４）は、スズと、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物と、を含んでいる、
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】
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１０に記載のガラス板。
【請求項１２】
前記接続素子（３）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１１のいずれか一項に記載のガラス板。
【請求項１３】
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、前記接続素子（３）の一つのコンタクト面（８）又は複数のコンタクト面（８’，８''）に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）を前記はんだ材料（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）上に設けられた少なくとも二つのコンタクトバンプ（１４）上に配置されたはんだ個所（１５，１５’）に、はんだ電極を接触させてエネルギを注入するステップと、
ｅ）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、
ことを特徴とするガラス板の製造方法。
【請求項１４】
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１２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。
【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、接続素子が主としてチタンを含有しており、また、接続素子と導電性の構造体との間のコンタクト面が矩形に成形されている。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。
【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。
【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】
少なくとも一つの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の少なくとも二つのはんだ個所とを有しており、
−はんだ個所は、接続素子と導電性の構造体との間の少なくとも一つのコンタクト面を形成し、
−コンタクト面は、中心角が少なくとも９０°である、楕円、長円又は円の少なくとも一つの扇形の形状を有している。
【０００８】
扇形の中心角は９０°から３６０°、有利には１４０°から３６０°、例えば１８０°から３３０°又は２００°から３３０°である。有利には、接続素子と導電性の構造体との間のコンタクト面は、少なくとも二つの半楕円、特に有利には二つの半円の形状を有している。非常に有利には、コンタクト面は、相互に対向する二辺に半円が配置されている矩形として成形されている。本発明の特に有利な択一的な実施の形態においては、それらのコンタクト面の形状は、２１０°から３６０°の中心角を有している二つの弓形である。コンタクト面の形状は例えば楕円、長円又は円の二つの扇形も含むことができ、その場合には中心角が１８０°から３５０°、有利には２１０°から３１０°である。
【０００９】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、はんだ個所が、接続素子と導電性の構造体との間の、相互に離隔された二つのコンタクト面を形成している。各コンタクト面は、接続素子の二つの脚部領域の内の一方のサブストレート側の面に配置されている。脚部領域はブリッジ部を介して相互に接続されている。二つのコンタクト面は、ブリッジ部のサブストレート側の面を介して相互に接続されている。二つのコンタクト面はそれぞれ、中心角が９０°から３６０°、有利には１４０°から３６０°である、楕円、長円又は円の少なくとも一つの扇形の形状を有している。各コンタクト面は楕円の構造、有利には長円の構造を有することができる。特に有利には、各コンタクト面は円として成形されている。択一的に、各コンタクト面は有利には、少なくとも１８０°、特に有利には少なくとも２００°、非常に有利には少なくとも２２０°、とりわけ少なくとも２３０°の中心角を有する弓形部として成形されている。弓形部は例えば、１８０°から３５０°、有利には２００°から３３０°、特に有利には２１０°から３１０°の中心角を有することができる。本発明による接続素子の一つの別の有利な実施の形態においては、各コンタクト面が、相互に対向する二辺に半楕円、有利には半長円、特に有利には半円が配置されている矩形として成形されている。
【００１０】
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電気的に接続されている。
【００１１】
接続素子ははんだによって、例えば抵抗はんだ付けによって、一つ又は複数のコンタクト面を介して導電性の構造体と接続されている。抵抗はんだ付けでは二つのはんだ電極が使用され、各はんだ電極が接続素子の一つのはんだ個所に接触される。はんだプロセス中は、電流が一方のはんだ電極から接続素子を介して他方のはんだ電極へと流れる。はんだ電極と接続素子とは、有利には可能な限り小さい面を介して接触される。例えば、はんだ電極は先細りされた構造を有している。接触面が小さいことによって、はんだ電極と接続素子とが接触している領域においては高い電流密度が生じる。高い電流密度によって、はんだ電極と接続素子の接触領域が加熱される。はんだ電極と接続素子との間の二つの接触領域それぞれから熱が分散して広がっていく。二つの点熱源が設けられている場合には、等温線を単純にはんだ個所を中心とした同心円として表すことができる。熱分散の正確な形状は接続素子の形状に依存する。接続素子と導電性の構造体との間のコンタクト面の領域における加熱によってはんだ材料が溶融される。
【００１２】
従来技術によれば、接続素子は、例えば、有利には矩形のコンタクト面を介して導電性の構造体と接続される。はんだプロセス中は、矩形のコンタクト面の縁部に沿って、はんだ個所から広がる熱分散に起因して温度差が発生する。これによって、はんだ材料が完全には溶融されないコンタクト面の領域が存在する可能性がある。それらの領域によって接続素子の固着が悪くなり、またガラス板において機械的な応力が生じる。
【００１３】
本発明の利点は、接続素子と導電性の構造体との間の一つ又は複数のコンタクト面の形状にある。それらのコンタクト面の形状は少なくとも、エッジの大部分の領域において丸み付けられており、また有利には円形又は扇形である。コンタクト面の形状は、はんだプロセス中のはんだ個所を軸とした熱分散の形状に近似されている。従ってはんだプロセス中は、コンタクト面の縁部に沿って温度差は発生しないか、又は僅かな温度差しか発生しない。これによって、接続素子と導電性の構造体との間のコンタクト面の領域全体においてはんだ材料が均一に溶融される。このことは、接続素子の固着、はんだプロセス時間の短縮、並びに、ガラス板における機械的応力の回避に関して非常に有利である。特に鉛フリーはんだ材料が使用される場合には特別な利点が得られる。何故ならば、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く、機械的応力を余り良好には補償できないからである。
【００１４】
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８ｍｍの幅且つ１０ｍｍから２４ｍｍの長さを有している。
【００１５】
ブリッジ部によって相互に接続されている二つの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の長さ及び幅を有している。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本発明による接続素子の二つの脚部領域の間のブリッジ部は有利には部分的に平坦に成形されている。特に有利には、ブリッジは三つの平坦なセクションから構成されている。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。サブストレートの表面に対して、脚部領域に直接的に接しているブリッジ部の各平坦なセクションの下面が成す角度は、有利には９０°未満、特に有利には１°から８５°の間、特に有利には２°から７５°の間、とりわけ３°から６０°の間である。ブリッジ部は、脚部領域に接している各平坦なセクションが、直接的に接している脚部領域から反れる方向に傾斜されているように成形されている。
【００２２】
この利点は、導電性の構造体と、ブリッジ部のコンタクト面に接しているセクションとの間において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、導電性の構造体と、ブリッジ部のコンタクト面に接しているセクション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、脚部領域に直接的に接している各平坦なセクションとの間の角度が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、ブリッジ部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が低減され、それと共に最大漏れ幅が低減される。従って、ガラス板における機械的応力の低減が達成される。
【００２３】
最大漏れ幅の定義の意味において、ブリッジ部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。
【００２４】
導電性の構造体及びブリッジ部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。
【００２５】
本発明の一つの別の有利な実施の形態においては、ブリッジ部が湾曲している。ブリッジ部はただ一つの湾曲方向を有することができる。その場合、ブリッジ部は有利には楕円の弧の輪郭、特に有利には長円の弧の輪郭、また極めて有利にはアーチの輪郭を有している。アーチの曲率半径は、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。ブリッジ部の湾曲方向を変化させることもできる。
【００２６】
相互に直接的に接触している少なくとも二つの部分要素からブリッジ部を構成することができる。サブストレート表面の平面へのブリッジ部の突出部を湾曲させることもできる。その場合、有利には、湾曲方向がブリッジ部の中央において変化する。ブリッジ部が一定の幅を有している必要はない。
【００２７】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、二つのはんだ個所はそれぞれコンタクトバンプに配置されている。コンタクトバンプは、接続素子のサブストレート側とは反対側の面に配置されている。コンタクトバンプは有利には接続素子と同一の合金を含んでいる。各コンタクトバンプは有利には、少なくともサブストレートの表面とは反対側の領域において、凸状に湾曲するように成形されている。各コンタクトバンプは例えば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。択一的に、コンタクトバンプを直方体として成形することができ、その場合には、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に成形されている。コンタクトバンプは有利には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。コンタクトバンプ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。コンタクトバンプをエンボス加工部として構成することができる。一つの有利な実施の形態においては、コンタクトバンプを接続素子とワンピースで形成することができる。コンタクトバンプを例えば、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。コンタクトバンプ側とは反対側の、接続素子の表面上に相応の凹部を形成することができる。
【００２８】
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。電極面はコンタクトバンプと接触される。その場合、電極面はサブストレートの表面に対して平行に配置されている。コンタクトバンプの凸状の表面における、サブストレートの表面までの垂直方向の距離が最も長い点が、電極面とサブストレートの表面との間に配置されている。電極面とコンタクトバンプとの間のコンタクト領域がはんだ個所を形成している。はんだ個所の位置は有利には、コンタクトバンプの凸状の表面における、サブストレート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。はんだプロセス中の熱分散は、コンタクトバンプの位置、大きさ、配置構成及び幾何学形状によって決定される。
【００２９】
本発明の一つの有利な実施の形態においては、接続素子の各コンタクト面に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。スペーサを接続素子とワンピースで形成することができる。スペーサを例えば、出発状態においては平坦なコンタクト面を有している接続素子の変形によって、例えば型押し又は深絞りによって、そのコンタクト面上に形成することができる。コンタクト面側とは反対側の、接続素子の表面上に相応の凹部を形成することができる。
【００３０】
コンタクトバンプ及びスペーサによって、はんだ材料の均一で一様な厚さで均一に溶融された層が達成される。これによって、接続素子とガラス板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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明による接続素子は、有利には少なくとも鉄・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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、特定の温度範囲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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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熱膨張率よりも低い。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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を含むこともできる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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２０μｍ、非常に有利には８μｍから１５μｍ、またとりわけ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。
【００５８】
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。
【００５９】
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著しく低減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んでいる。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、また漏れ幅が制限される。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、接続素子の一つ又は複数のコンタクト面に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）はんだ個所にエネルギを注入するステップと、
ｅ）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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】
【００７１】
【図１】本発明によるガラス板の第１の実施の形態の平面図を示す。
【図１ａ】はんだプロセス中の熱分散の概略図を示す。
【図２ａ】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２ｂ】図１によるガラス板の線分Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示す。
【図２ｃ】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３】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４】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｂ−Ｂ’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Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示す。
【図６】本発明による別の択一的なガラス板の線分Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示す。
【図７】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８】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８ａ】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９】本発明によるガラス板の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図９ａ】図９によるガラス板の線分Ｄ−Ｄ’に沿った断面図を示す。
【図１０】接続素子の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図１１】接続素子の別の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図１１ａ】図１１による接続素子の線分Ｅ−Ｅ’に沿った断面図を示す。
【図１２】接続素子の別の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図１３】接続素子の別の択一的な実施の形態の平面図を示す。
【図１３ａ】図１３による接続素子の線分Ｆ−Ｆ’に沿った断面図を示す。
【図１４】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】
【００７２】
図１、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃ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）。接続素子３は、ブリッジ部９を介して相互に接続されている二つの脚部領域７及び７’から構成されている。二つのコンタクト面８’及び８''は脚部領域７及び７’のサブストレート１側の面に配置されている。コンタクト面８’及び８''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。各コンタクト面８’及び８''は３ｍｍの半径とα＝２７６°の中心角とを有する弓形の形状を有している。ブリッジ部９は三つの平坦なセクション１０，１１及び１２から構成されている。二つのセクション１０及び１２のサブストレート側の面はそれぞれ、サブストレート１の表面に対して４０°の角度を成している。セクション１１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。電気的な接続素子３は２４ｍｍの長さを有している。二つの脚部領域７及び７’は６ｍｍの幅を有しており、またブリッジ部９は４ｍｍの幅を有している。
【００７３】
脚部領域７及び７’のサブストレート１側とは反対側の面１３及び１３’にはそれぞれコンタクトバンプ１４が配置されている。コンタクトバンプ１４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。コンタクトバンプ１４の中心点は、コンタクト面８’及び８''が成す円の中心点の上方において、サブストレートの表面に対して垂直に配置されている。はんだ個所１５及び１５’の位置は、コンタクトバンプ１４の凸状の表面における、サブストレートの表面までの垂直方向の距離が最大である点に配置されている。
【００７４】
各コンタクト面８’及び８''には三つのスペーサ１９が配置されている。スペーサ１９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。
【００７５】
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。
【００７６】
図１ａには、はんだプロセス中のはんだ個所１５及び１５’を中心とした熱分散が概略的に簡潔に示されている。ここで、円形の線は等温線である。図１に示した接続素子３のコンタクト面８’及び８''の形状は熱分散に適合されている。これによって、はんだ材料４はコンタクト面８’及び８''の領域において均一且つ完全に溶融される。
【００７７】
図１及び図２ｃ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に対向する面において、銀を含む被覆部５が設けられている。これによって、はんだ材料がコーティング部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と銀を含む層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。
【００７８】
図１及び図２ｃ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。
【００７９】
図１及び図２ｃ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の脚部領域７及び７’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。
【００８０】
図６には、弓形の形状のコンタクト面８’及び８''と部分的に平坦に成形されているブリッジ部９とを備えている、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。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んでいる。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の形成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。
【００８１】
図１及び図２ａに示した実施例に続いて、図７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。ブリッジ部９は湾曲されており、また１２ｍｍの曲率半径を有するアーチの輪郭を形成している。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。
【００８２】
図１及び図２ａ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の別の択一的な実施の形態が示されている。ブリッジ部９は湾曲されており、湾曲方向は２回変化している。脚部領域７及び７’との接続個所において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。これによって、コンタクト面８’，８''と、ブリッジ部９の下面との間の接続部１６及び１６’においてエッジは存在していない。接続素子３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。
【００８３】
図１及び図２ａに示した実施例に続いて、図８ａ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。ブリッジ部９は二つの平坦なセクション２２及び２３から構成されている。二つのセクション２２及び２３のサブストレート側の面はそれぞれ、サブストレート１の表面に対して２０°の角度を成している。二つのセクション２２及び２３のサブストレート側の面は相互に１４０°の角度を成している。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。
【００８４】
図９及び図９ａには、電気的な接続素子３の領域における、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、ＥＮ  １０  ０８８−２に準拠する材料番号１．４５０９の鋼（ThyssenKrupp Nirosta(R) 4509）を含んでいる。脚部領域７及び７’は、ブリッジ部９を介して相互に接続されている。ブリッジ部９は平坦に成形されている三つのセクション１０，１１及び１２から構成されている。各コンタクト面８’及び８''は、相互に対向する辺に半円が配置されている矩形として成形されている。接続素子３は２４ｍｍの長さを有している。ブリッジ部９は４ｍｍの幅を有している。コンタクト面８’及び８''は４ｍｍの長さ及び８ｍｍの幅を有している。
【００８５】
脚部領域７及び７’のサブストレート１側とは反対側の面１３及び１３’にはそれぞれ一つのコンタクトバンプ１４が配置されている。各コンタクトバンプ１４は３ｍｍの長さ及び１ｍｍの幅を有している直方体として成形されており、またサブストレート１とは反対側の面は凸状に湾曲されて成形されている。コンタクトバンプの高さは０．６ｍｍである。はんだ個所１５及び１５’の位置は、コンタクトバンプ１４の凸状の表面における、サブストレートの表面までの垂直方向の距離が最大である点に配置されている。各コンタクト面８’及び８''には二つのスペーサ１９が配置されており、それらのスペーサ１９は半径が２．５×１０-4である半休状に成形されている。はんだ材料４の配置に起因して、危険な機械的応力はガラス板１において観測されない。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。
【００８６】
図１０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。脚部領域７及び７’は、ブリッジ部９を介して相互に接続されている。コンタクト面８及び８’は２．５ｍｍの半径とα＝２８０°の中心角とを有する弓形部として成形されている。ブリッジ部９は湾曲されて成形されている。ブリッジ部の幅はコンタクト面８及び８’との接続部１６及び１６’から出発してブリッジの中心部に向かって短くなっている。ブリッジ部の最小幅は３ｍｍ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。
【００８７】
本発明の択一的な実施の形態においては、図１０に示した輪郭を有している接続素子３がブリッジ状に構成されていない。この場合、電気的な接続素子３はコンタクト面８を介して全面が導電性の構造体と接続されている。
【００８８】
図１１及び図１１ａ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それぞれ示されている。二つの脚部領域７及び７’は、ブリッジ部９を介して相互に接続されている。各コンタクト面８’及び８''は２．５ｍｍの半径とα＝２８６°の中心角とを有する弓形部として成形されている。ブリッジ部９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。ブリッジ部９は部分領域１７を介して脚部領域７と接続されており、且つ部分領域１７’を介して脚部領域７’と接続されている。部分領域１７及び１７’の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。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。コンタクトバンプ１４は５×１０-4ｍの半径を有する半球として成形されている。スペーサ１９は２．５×１０-4ｍの半径を有する半球として成形されている。接続素子３は１０ｍｍの長さを有している。脚部領域７及び７’は５ｍｍの幅を有しており、またブリッジ部９は３ｍｍの幅を有している。サブストレート１の表面からのブリッジ部９の高さは３ｍｍである。ブリッジ部９の高さは有利には１ｍｍから５ｍｍの間である。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。
【００８９】
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平面図で示されている。二つの脚部領域７及び７’は、湾曲したブリッジ部９を介して相互に接続されている。各コンタクト面８’及び８''は２．５ｍｍの半径を有する円として成形されている。脚部領域７，７’とブリッジ部９との間の二つの接続部１６，１６’は、コンタクト面８’及び８''の円の中心点を直接的に結ぶ線について全く反対側に配置されている。ブリッジ部のサブストレート表面の平面へと突出している部分は湾曲している。湾曲方向はブリッジ部の中央において変化している。ブリッジ部９の中央では、２ｍｍの半径を有する弧の形態の、相互に反対側に位置する二つの湾曲部が側方に配置されている。湾曲部の半径は有利には１ｍｍから３ｍｍの間であると考えられる。湾曲部の形状は例えば、１ｍｍから６ｍｍの好適な長さ及び幅を有する矩形であっても良い。湾曲部の縁部によって画定されるブリッジ部９の領域には、例えば、搭載電気系統に接続するための導電性の材料を例えば溶接又は圧着によって被着させることができる。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。
【００９０】
図１３及び図１３ａ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それぞれ示されている。電気的な接続素子３はコンタクト面８を介して全面が導電性の構造体２と接続されている。コンタクト面８は、相互に対向する辺に半円が配置されている矩形として成形されている。コンタクト面は１４ｍｍの長さ及び５ｍｍの幅を有している。接続素子３の周囲は縁部領域２０において上方に向かって折り曲げられている。縁部領域２０のガラス板１からの高さは２．５ｍｍである。本発明の択一的な実施の形態において、縁部領域２０の高さは有利には１ｍｍから３ｍｍの間であると考えられる。接続素子３の直線状の二つの辺の内の一辺では、上方に折り曲げられた縁部において延長素子２１が配置されている。この延長素子２１は、湾曲した部分領域及び平坦な部分領域から構成されている。延長素子２１は湾曲した部分領域によって接続素子３の縁部領域２０と接続されており、また湾曲方向は接続素子３の反対側の辺に向けられている。延長素子２１は平面で見て１１ｍｍの長さ及び６ｍｍの幅を有している。延長素子２１は有利には５ｍｍから２０ｍｍの間の長さ、特に有利には７ｍｍから１５ｍｍの間の長さ、及び２ｍｍから１０ｍｍの幅、特に有利には４ｍｍから８ｍｍの幅を有することができる。延長素子２１には、例えば、搭載電気系統に接続するための導電性の材料を例えば溶接又は圧着によって、若しくは、プラグコネクタの形態で設けることができる。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。
【００９１】
図１４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１４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又はコンタクト面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。はんだ個所１５及び１５’において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。
【００９２】
実施例
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。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。各コンタクト面８’及び８''には三つのスペーサ１９を配置した。各はんだ個所１５及び１５’をコンタクトバンプ１４上に配置した。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。
【００９３】
全ての試験体において、＋８０℃から−３０℃までの温度差では、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。
【００９４】
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℃までの温度差において、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。
【００９５】
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並びにはんだ材料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℃までの温度差において、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。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００９６】
比較例
比較例は実施例と同様に実施された。接続素子の形状を異ならせた。従来技術によれば、接続素子は矩形のコンタクト面を介して導電性の構造体と接続される。コンタクト面の形状は熱分散のプロフィールに適合されていなかった。コンタクト面にはスペーサ１９を配置しなかった。はんだ個所１５及び１５’をコンタクトバンプ上には配置しなかった。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、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。
【００９７】
＋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。
【表４】
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【００９８】
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。
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
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’，８''  接続素子３のコンタクト面、  ９  脚部領域７及び７’の間のブリッジ部、  １０，１１，１２  ブリッジ部のセクション、  １３  脚部領域７のサブストレート１側とは反対側の面、  １３’  脚部領域７’のサブストレート１側とは反対側の面、  １４  コンタクトバンプ、  １５，１５’  はんだ個所、  １６  コンタクト面８とブリッジ部９の下面の接続部、  １６’  コンタクト面８’とブリッジ部９の下面の接続部、  １７，１７’，１８，１８’  ブリッジ部９の部分領域、  １９  スペーサ、  ２０  接続素子３の縁部領域、  ２１  延長素子、  ２２，２３  ブリッジ部のセクション、  α  コンタクト面８’の弓形部の中心角、  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、  Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’，Ｃ−Ｃ’，Ｄ−Ｄ’，Ｅ−Ｅ’，Ｆ−Ｆ’  線分
【図１】
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【図１ａ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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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８ａ】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３ａ】
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【図１４】
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